DE102006015032A1 - Frictional coefficient determination method, especially for motor vehicle brakes, involves determining frictional relationship between frictional coefficients and normal force components - Google Patents

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Abstract

A method for determining the frictional coefficient (mu) of a self-intensifying brake (10) with a first braking element (26,311) receiving an actuator force (FA) from an actuator (16) in alternation with a second braking element (12,313) for generating a frictional force (FR) and a frictional moment (NR), involves determining a functional relationship between the frictional coefficients (mu) and the components of the normal force (FN), and then determining the components of (FA) and of (FN) and finally the frictional coefficients (mu) from the given functional relationship. Independent claims are given for the following. (1) (A) Application of method (2) (B) Computer unit for determining frictional coefficients of self-intensifying brake (3) (C) Computer/microprocessor program product.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Reibungskoeffizienten einer Bremse, eine entsprechende Recheneinheit, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The The invention relates to a method for determining a friction coefficient a brake, a corresponding arithmetic unit, a corresponding Computer program and a corresponding computer program product.

Stand der TechnikState of technology

Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Bremsen. Genannt seien hier beispielsweise Bremsen, die durch Seilzug, Gestänge, Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft betätigbar sind. Insbesondere in Kraftfahrzeugen kommen neben den herkömmlichen hydraulisch betätigbaren vermehrt auch elektrische bzw. elektromechanische Bremsen zum Einsatz, bei denen die Bremse nicht mehr manuell vom Fahrer sondern elektrisch bzw. elektromechanisch von einem Elektromotor zugestellt bzw. festgestellt und gelöst wird, bspw. (selbstverstärkende) elektromechanische Scheibenbremsen. Bei solchen Scheibenbremsen bringt ein elektrischer Aktuator eine Betätigungskraft auf, die die Reibbeläge der Bremse an die sich drehende Bremsscheibe anlegt. Eine zusätzlich vorsehbare Selbstverstärkungseinrichtung in Gestalt einer Keilanordnung nutzt die in der sich drehenden Bremsscheibe enthaltene, kinetische Energie zum weiteren Zustellen der Reibbeläge, d.h. die Reibbeläge werden mit einer gegenüber der Aktuatorkraft deutlich erhöhten Kraft, die nicht von dem elektrischen Aktuator aufgebracht wird, gegen die Bremsscheibe gepresst. Das Grundprinzip einer solchen Bremse ist aus der DE 198 19 564 bekannt.The prior art has a variety of different brakes. Mentioned here, for example, brakes that can be actuated by cable, linkage, hydraulic fluid or compressed air. In particular, in motor vehicles in addition to the conventional hydraulically actuated increasingly also electrical or electro-mechanical brakes are used in which the brake is no longer supplied manually by the driver but electrically or electromechanically by an electric motor or detected and released, for example. (Self-energizing) electromechanical disc brakes. In such disc brakes, an electric actuator applies an actuating force which applies the friction linings of the brake to the rotating brake disc. An additionally conceivable self-reinforcing device in the form of a wedge arrangement uses the kinetic energy contained in the rotating brake disc for further advancement of the friction linings, ie the friction linings are pressed against the brake disc with a force which is significantly increased compared to the actuator force and which is not applied by the electric actuator pressed. The basic principle of such a brake is from the DE 198 19 564 known.

Allen genannten Bremsen ist gemeinsam, dass ein erstes drehfestes Bremselement mit einem zweiten drehbaren Bremselement zusammenwirkt, bspw. Reibbelag-Bremsscheibe, Bremsbacke-Bremszylinder usw., um ein Reibmoment NR zu erzeugen. Der Wechselwirkung lässt sich eine Normalkraft FN, die senkrecht auf der Berührungsfläche der beiden Bremselemente steht, und eine Reibkraft FR, die der Relativbewegung zwischen den beiden Bremselementen entgegenwirkt, zuordnen. Die Reibkraft steht über den Abstand r des Ansetzpunktes von der Drehachse mit dem Reibmoment NR, NA = r·FR, und über einen Reibungskoeffizienten (Reibwert) μ mit der Normalkraft, FR = μ·FN (Coulomb-Reibung), in Beziehung. Zu erwähnen ist, dass für eine Schwimmsattelscheibenbremse die Beziehung FR = 2μ·FN gilt.Allen said brakes have in common that a first non-rotatable brake element cooperates with a second rotatable brake element, for example. Friction brake disc, brake shoe brake cylinder, etc., to generate a friction torque N R. The interaction can be a normal force F N , which is perpendicular to the contact surface of the two brake elements, and a frictional force F R , which counteracts the relative movement between the two brake elements assign. The friction force is over the distance r of the attachment point from the axis of rotation with the friction torque N R , N A = r · F R , and a friction coefficient (coefficient of friction) μ with the normal force, F R = μ · F N (Coulomb friction) , in relationship. It should be mentioned that for a floating caliper disc brake the relationship F R = 2μ * F N applies.

In der DE 101 51 950 , auf deren Offenbarung hier ausdrücklich bezug genommen wird, wird beschrieben, wie das Reibmoment einer elektromechanischen Keilbremse und der Reibungskoeffizient bestimmt werden können. Das Ergebnis wird zur Regelung der Bremskraft verwendet, um bspw. ein Blockieren der Bremse zu vermeiden.In the DE 101 51 950 , the disclosure of which is hereby expressly referred to, describes how the friction torque of an electromechanical wedge brake and the friction coefficient can be determined. The result is used to control the braking force, for example, to avoid a brake lock.

Um für einen Einsatz, insbesondere in Kraftfahrzeugen, geeignet zu sein, müssen selbstverstärkende Bremsen eine Regelung aufweisen, die bspw. sicherstellt, dass bei einer normalen Bremsung beide Bremsen einer Fahrzeugachse gleich stark bremsen. Ist dies nicht der Fall, kommt es zum sogenannten "Schiefziehen" des Fahrzeuges, was aus Sicherheitsgründen unbedingt vermieden werden muss. Auch darf es nicht dazu kommen, dass die Bremse in einer für den Fahrzeugführer nicht vorhersehbaren Weise plötzlich viel stärker oder schwächer bremst, als es dem Verzögerungswunsch des Fahrzeugführers entspricht. Zu einer Änderung des Verzögerungsverhaltens einer Bremse kann es insbesondere durch einen sich ändernden Reibungskoeffizienten kommen. Besonders bei selbstverstärkenden, elektromechanischen Bremsen, die einen hohen Selbstverstärkungsfaktor aufweisen können, ist die genaue Kenntnis des Reibungskoeffizienten von großer Bedeutung, da das Verhältnis von aufgebrachter Aktuatorkraft zu tatsächlich erzeugter Reibkraft sehr stark vom Reibungskoeffizienten abhängt. Vorzugsweise wird versucht, das aktuell vorliegende Reibmoment durch eine Messung der Reibkraft zu ermitteln. Die Reibkraft lässt sich beispielsweise mit einem Sensor messen, der zwi schen einem Reibbelag der Bremse und einem Bauteil angeordnet ist, an dem sich der Reibbelag beim Bremsen abstützt.Around for one Use, especially in motor vehicles, to be suitable, need self-energizing brakes have a rule that ensures, for example, that in a normal braking both brakes of a vehicle axle equally strong brake. If this is not the case, it comes to the so-called "skewing" of the vehicle, something for security reasons absolutely must be avoided. Also, it must not come to that brake in a for the driver unpredictable way suddenly much stronger or weaker slows down when it wants to decelerate of the driver equivalent. To a change of delay behavior It can be a brake in particular by a changing Friction coefficients come. Especially with self-reinforcing, electromechanical brakes, which have a high self-boosting factor can have is the exact knowledge of the coefficient of friction of great importance, because the ratio from applied actuator force to actually generated frictional force very much depends on the friction coefficient. Preferably, an attempt is made the currently existing friction torque by measuring the friction force to investigate. The friction force leaves For example, to measure with a sensor between a rule Brake lining of the brake and a component is arranged on which the friction lining is supported during braking.

Die Messung der Reibkraft ist allerdings mit vielen Störgrößen behaftet, die sich beispielsweise aus schnellen Auf- und Abbewegungen der Bremse im Fahrbetrieb ergeben, welche durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden. Fahrbahnunebenheiten können an der Radbremse eines Kraftfahrzeuges Beschleunigungen bis zum 20-fachen Wert der Erdbeschleunigung verursachen. Die Massenträgheitskräfte, die durch solche Stöße hervorgerufen werden, erzeugen beträchtliche Störungen des Reibkraftmesssignals. Diese Störeinflüsse sind umso größer, je weiter die Messtelle vom Reibbelag entfernt ist, bspw. an der Befestigungsstelle der Bremse am Fahrwerk.The However, measuring the frictional force is associated with many disturbances, for example, from fast up and down movements of the Brake in driving result, which caused by road bumps become. Road bumps can on the wheel brake of a motor vehicle accelerations up to 20 times the value of gravitational acceleration. The inertia forces that caused by such shocks will generate considerable disorders the Reibkraftmesssignals. These disturbances are the greater, ever continue the measuring point is removed from the friction lining, for example. At the attachment point of Brake on the chassis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibungskoeffizienten einer selbstverstärkenden Bremse möglichst einfach und genau zu bestimmen.Of the Invention is based on the object, a friction coefficient a self-energizing brake preferably easy and precise to determine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Recheneinheit, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung eines Reibungskoeffizienten einer selbstverstärkenden Bremse mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.These Task is solved by a method, a computing unit, a computer program and a computer program product for determining a coefficient of friction a self-reinforcing Brake with the features of the independent claims.

Die nachfolgend aufgeführten Erläuterungen und Vorteile beziehen sich auf alle erfindungsgemäßen Lösungen, soweit es nicht ausdrücklich anders beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Recheneinheit weist entsprechende Mittel zum Durchführen der beschriebenen Schritte auf.The listed below Explanations and advantages relate to all solutions according to the invention, unless it is expressly stated is described differently. The arithmetic unit according to the invention has corresponding Means to perform the steps described.

Erfindungsgemäß wird ein Reibungskoeffizient, d.h. Gleitreibungskoeffizient, einer selbstverstärkenden Bremse bestimmt. Die Bremse weist ein erstes Bremselement, das von einem eine Aktuatorkraft FA erzeugenden Aktuator mit einem zweiten Bremselement zum Erzeugen einer Reibkraft FR und eines Reibmoments NR in Wechselwirkung bringbar ist, auf, wobei eine Abhängigkeit einer zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement wirkenden Normalkraft FN von der Aktuatorkraft und dem Reibungskoeffizient besteht. In diesem Fall wird ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Reibungskoeffizienten und Komponenten der Normalkraft und Komponenten der Aktuatorkraft bestimmt, die Komponenten der Normalkraft und der Aktuatorkraft werden bestimmt und der Reibungskoeffizient wird aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft und den bestimmten Komponenten der Normalkraft bestimmt. In dieser Offenbarung ist der Begriff "bestimmen" insbesondere als Oberbegriff für "ermitteln", "messen", "schätzen", "berechnen" usw. zu verstehen, also für jede Maßnahme, die ein Ergebnis liefert.According to the invention, a friction coefficient, ie sliding friction coefficient, of a self-energizing brake is determined. The brake has a first brake element, which can be brought into contact with a second brake element for generating a friction force F R and a friction torque N R from an actuator producing an actuator force F A , wherein a dependence of an actuator acting between the first and the second brake element Normal force F N consists of the actuator force and the coefficient of friction. In this case, a functional relationship between the friction coefficient and components of the normal force and components of the actuator force is determined, the components of the normal force and the actuator force are determined and the friction coefficient is determined from the functional relationship, the particular components of the actuator force and the determined components of the normal force , In this disclosure, the term "determine" is to be understood in particular as a generic term for "ascertain", "measure", "estimate", "calculate", etc., that is to say for every measure that yields a result.

Erfindungsgemäß kann ein Reibungskoeffizient für jede selbstverstärkende Bremse bestimmt werden, für die eine Abhängigkeit der Normalkraft von der Aktuatorkraft und dem Reibwert besteht. Die Erfindung ist somit nicht auf beispielsweise Keilbremsen beschränkt, sondern kann auch für Servobremsen, Duoservobremsen usw. verwendet werden. Ein Aktuator (Aktor) setzt üblicherweise Regelsignale in mechanische Arbeit um. Der Aktuator kann insbesondere als (Elektro-)Motor, Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, Piezoaktor (Translator), usw. ausgebildet sein. Mit der vorgestellten Erfindung kann der Reibungskoeffizient einfach bestimmt werden, da die Normalkraft und die Aktuatorkraft relativ genau und auf einfache Weise bestimmt werden können, wie später noch weiter ausgeführt wird. Diese beiden Kräfte können einfacher als die Reibkraft bestimmt werden. Der Reibwert kann vorteilhaft anderen Verfahren oder Vorrichtungen zugeführt werden, die weitere vorteilhafte Maßnahmen durchführen, wie z.B. die Regelung der Bremskraft, die Überprüfung der Bremsleistung usw.According to the invention can Friction coefficient for every self-reinforcing Brake to be determined for the one dependence the normal force consists of the actuator force and the coefficient of friction. The invention is thus not limited to, for example, wedge brakes, but can also for Servo brakes, Duoservobremsen etc. are used. An actuator (Actuator) usually sets Control signals in mechanical work to. The actuator can in particular as (electric) motor, hydraulic or pneumatic cylinder, piezoelectric actuator (Translator), etc. be formed. With the presented invention For example, the friction coefficient can be easily determined because the normal force and the Aktuatorkraft determined relatively accurately and easily can be, like later even further becomes. These two forces can easier to be determined as the frictional force. The coefficient of friction can be advantageous other methods or devices are supplied, the further advantageous activities carry out, such as. the regulation of the braking force, the checking of the braking power, etc.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.advantageous Further developments are the subject of the dependent claims and the following description.

In vorteilhafter Ausgestaltung werden der Aktuator elektrisch, das zweite Bremselement als drehbare Bremsscheibe und das erste Bremselement als Reibbelag, auf den der elektrische Aktuator in einem frei vorgebbaren Wirkwinkel β über eine Keilanordnung mit einem Keilwinkel α wirkt, um den Reibbelag an die Bremsscheibe zu pressen, ausgebildet. Der Wirkwinkel ist als Winkel zwischen Aktuatorkraft und Normalkraft zu verstehen. Das vorgeschlagene Verfahren kann besonders einfach im Spezialfall β = 90° für Keilbremsen verwendet werden, bei denen die Aktuatorkraft senkrecht zur Normalkraft und damit parallel zur Reibkraft wirkt. Ein derartiges eingeschränktes Bestimmungsverfahren, das im Gegensatz zur vorgestellten Ausführungsform keinen frei vorgebbaren Wirkwinkel berücksichtigt, ist ausführlich in der genannten DE 101 51 950 erläutert, auf die erneut ausdrücklich verwiesen wird. Um nicht die gesamte DE 101 51 950 an dieser Stelle zu wiederholen, werden nur die wesentlichen Ergebnisse kurz angeführt. Der zuständige Fachmann kann die DE 101 51 950 zur Klärung offener Fragen zu Rate ziehen. Gemäß der DE 101 51 950 kann der Reibungskoeffizient μ anhand des Keilwinkels α, der Beträge der Normalkraft FN und der Aktuatorkraft FA bestimmt werden zu μ = tan α – FA/FN. Die Aktuatorkraft kann beispielsweise aus der Aktuatorstromaufnahme, die Normalkraft mittels eines Kraftsensors bestimmt werden. Zusätzlich kann zu dem Reibungskoeffizienten die an der Grenzflächen zwischen Bremsscheibe und Reibbelag herrschende Temperatur, näherungsweise die Temperatur der Bremsscheibe, und eine Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe bestimmt werden. Die Drehgeschwindigkeit ω der Bremsscheibe ist zur Gleitgeschwindigkeit v (Tangentialgeschwindigkeit) des Reibbelags auf der Bremsscheibe gemäß v = ωr proportional, wie es jedem zuständigen Fachmann geläufig ist. r kennzeichnet den Abstand des Reibbelags von der Drehachse. Anhand 2 wird später das bevorzugte Verfahren zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten bei beliebigem Winkel β ausführlich erläutert.In an advantageous embodiment of the actuator are electrically, the second brake element as a rotatable brake disc and the first brake element as friction lining on which the electric actuator in a freely definable operating angle β via a wedge assembly with a wedge angle α acts to press the friction lining to the brake disc, educated. The effective angle is to be understood as the angle between the actuator force and the normal force. The proposed method can be used particularly easily in the special case β = 90 ° for wedge brakes, in which the actuator force acts perpendicular to the normal force and thus parallel to the frictional force. Such a restricted determination method, which, in contrast to the presented embodiment, does not take into account a freely definable effective angle, is described in detail in the cited DE 101 51 950 which is expressly referred to again. Not to the whole DE 101 51 950 to repeat here, only the essential results are briefly quoted. The competent expert can the DE 101 51 950 to clarify open questions for advice. According to the DE 101 51 950 For example, the friction coefficient μ can be determined from the wedge angle α, the values of the normal force F N and the actuator force F A to be μ = tan α-F A / F N. The actuator force can be determined, for example, from the Aktuatorstromaufnahme, the normal force by means of a force sensor. In addition, the friction coefficient at the boundary between the brake disc and friction lining temperature prevailing, approximately the temperature of the brake disc, and a rotational speed of the brake disc can be determined. The rotational speed ω of the brake disk is proportional to the sliding speed v (tangential speed) of the friction lining on the brake disk in accordance with v = ωr, as is familiar to any person skilled in the art. r indicates the distance of the friction lining from the axis of rotation. Based 2 Later, the preferred method for determining the friction coefficient at arbitrary angle β will be explained in detail.

Vorteilhafterweise wird der funktionale Zusammenhang zu

Figure 00050001
bestimmt, wobei μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normalkraft und FA den Betrag der Aktuatorkraft bezeichnet. Damit ist die Bestimmung des Reibungskoeffizienten für Keilbremsen mit beliebigem Wirkwinkel auf besonders einfache Weise möglich.Advantageously, the functional relationship becomes too
Figure 00050001
where μ is the coefficient of friction, F N is the amount of normal force, and F A is the amount of actuator force. Thus, the determination of the coefficient of friction for wedge brakes with any angle of action is possible in a particularly simple manner.

Vorteilhafterweise wird zu jedem Reibungskoeffizienten eine Temperatur der Bremselemente und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement bestimmt. Folglich liegen die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit der genannten Parameter vor. Der Gleitreibungskoeffizient ist theoretisch unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit und damit konstant. In der Praxis ist aber eine Temperatur-, Geschwindigkeits- und Kraft- bzw. Druckabhängigkeit feststellbar. Daher werden die Reibungskoeffizienten bevorzugt in Abhängigkeit dieser Parameter bestimmt, um eine genauere Beurteilung des Reibungskoeffizienten durchführen zu können. Es ist zweckmäßig, wenn die Temperatur, insbesondere an der Grenzfläche der beiden Bremselemente, berechnet oder geschätzt oder mittels eines Sensors gemessen wird. Eine Berechnung oder Schätzung kann auf einfache Weise über Temperaturmodelle hergeleitet und durchgeführt werden. Die Reibwärme kann mittels der Reibkraft und des Reibwegs berechnet werden. Die Materialparameter der Bremselemente sind überdies ebenfalls bekannt. Der Reibweg ergibt sich aus der zurückgelegten Strecke. Insgesamt kann somit die in die Bremsanlage über die Bremsreibung eingebrachte Wärme abgeschätzt und daraus die Temperatur berechnet werden. Ebenso ist es einfach möglich, einen Temperatursensor, bspw. an der Bremsscheibe, vorzusehen. Zweckmäßigerweise wird die Relativgeschwindigkeit mittels eines Sensors gemessen. Dazu kann bspw. die Rotationsgeschwindigkeit der Bremsscheibe bestimmt werden, woraus auf einfache Weise die Relativgeschwindigkeit über den Radius berechenbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, bereits vorhandene Sensoren zu verwenden. Bspw. wird die Geschwindigkeit ebenfalls von einem Sensor des ABS-Systems oder von einem Tachometer bestimmt. Dann ist besonders vorteilhaft kein zusätzlicher Sensor notwendig.advantageously, For each coefficient of friction, a temperature of the brake elements and a relative speed between the first and the second Brake element determined. Consequently, the friction coefficients are dependent on the mentioned parameters. The coefficient of sliding friction is theoretical independently from the sliding speed and thus constant. In practice is but a temperature, speed and force or pressure dependence ascertainable. Therefore, the friction coefficients are preferred in dependence this parameter determines to perform a more accurate assessment of the coefficient of friction can. It is useful if the temperature, in particular at the interface of the two brake elements, calculated or estimated or measured by means of a sensor. A calculation or estimate can in a simple way over Temperature models are derived and carried out. The frictional heat can be calculated by the friction force and the Reibwegs. The material parameters the brake elements are also also known. The friction path results from the traveled Route. Altogether thus in the brake system over the Brake friction introduced heat estimated and from that the temperature can be calculated. It is also easy possible, a temperature sensor, for example. On the brake disc to provide. Conveniently, the relative velocity is measured by means of a sensor. For this purpose, for example, determines the rotational speed of the brake disc be, from which easily the relative speed over the Radius is calculable. It is particularly advantageous already existing Sensors to use. For example. the speed will be too determined by a sensor of the ABS system or by a tachometer. Then, particularly advantageous, no additional sensor is necessary.

Zweckmäßigerweise wird die Normalkraft mittels eines im Kraftfluss der Normalkraft angeordneten Kraftsensors gemessen. Aus der Bestimmung werden insbesondere die Komponenten der Normalkraft erhalten, bspw. in kartesischen, Zylinder-, oder Kugelkoordinaten, sowie deren Betrag. Beispielsweise kann die Messung der Normalkraft in den Reibbelägen selbst oder in bzw. an den Belagträgern erfolgen, ferner an den Abstützflächen des Keils der Keilanordnung, im die Bremsscheibe übergreifenden Sattel oder auch im Rahmen der Scheibenbremse. Generell ist eine Messung von Kräften nahe am Entstehungsort vorteilhaft, um eine Verfälschung der Messsignale durch träge Massen zu vermeiden. Die Normalkraft kann jedoch auch indirekt bestimmt werden, z. B. aus dem Maß der bei einer gegebenen Bremsung erfolgenden Verschiebung eines Keils der Keilanordnung einer Keilbremse. Bei einem Bremsvorgang führt die Normalkraft zu einer Aufweitung des Sattels der Scheibenbremse und zu einer Kompression der Reibbeläge und, in geringerem Umfang, auch der Bremsscheibe. Diese Elastizitäten der Bremse werden durch eine entsprechende Verschiebung des Keils in Betätigungsrichtung ausgeglichen. Bezeichnet man mit dem Begriff "Null-Lage" diejenige Stellung der Reibbeläge, bei der das sogenannte Lüftspiel gerade überwunden ist und die Reibbeläge somit kraftfrei an der Bremsscheibe anliegen, kann aus dem Maß der Verschiebung des Keils in Betätigungsrichtung direkt die Normalkraft berechnet werden. Ist die Federkennlinie des Systems Bremse linear, ist die Normalkraft direkt proportional zum Verschiebeweg des Keils. Der Verschiebeweg des Keils kann entweder direkt gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators ermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, aus dem Motordrehwinkel eines dem Aktuator zugehörigen Elektromotors den Verschiebeweg des Keils zu berechnen, insbesondere dann, wenn der Elektromotor über ein steigungstreues Vorschubsystem auf den Keil einwirkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufweitung des Bremssattels mit einem handelsüblichen Positionsmesssystem ermittelt werden. Da der Zusammenhang zwischen der Aufweitung des Bremssattels und der wirkenden Normalkraft für praktische Zwecke linear ist, stellt die Messung der Aufweitung des Bremssattels eine weitere Möglichkeit dar, die Normalkraft zu ermitteln.Conveniently, is the normal force by means of a force flow in the normal force arranged force sensor measured. In particular, from the provision the components of the normal force, for example in Cartesian, Cylinder, or spherical coordinates, as well as their amount. For example can measure the normal force in the friction linings themselves or in or on the brake pads take place, also on the support surfaces of the Wedge of the wedge assembly, in the brake disc cross-saddle or else in the context of the disc brake. In general, a measurement of forces is close at the place of origin advantageous to a distortion of the measurement signals by inert masses to avoid. However, the normal force can also be determined indirectly be, for. B. from the measure of shifting a wedge at a given braking the wedge assembly of a wedge brake. In a braking operation leads the Normal force to a widening of the caliper of the disc brake and to a compression of the friction linings and, to a lesser extent, also the brake disc. These elasticities of Brake will be activated by a corresponding displacement of the wedge operating direction balanced. If the term "zero position" is used to denote that position of the friction linings the so-called Lüftspiel just overcome is and the friction linings thus rest without force on the brake disc, can from the degree of displacement of the wedge in the direction of actuation directly the normal force can be calculated. Is the spring characteristic of the system brake linear, the normal force is directly proportional to the displacement of the wedge. The displacement of the wedge can either measured directly or determined from operating data of the actuator. For example, it is possible from the motor rotation angle of the actuator associated electric motor, the displacement of the wedge, in particular, when the electric motor via a gradual feed system acts on the wedge. alternative or additionally can be the widening of the caliper with a commercial Position measuring system can be determined. Because the connection between the widening of the caliper and the acting normal force for practical Purpose is linear, the measurement represents the widening of the caliper another possibility to determine the normal force.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird bzw. werden die Aktuatorkraft oder deren Komponenten mittels eines im Kraft fluss der Aktuatorkraft angeordneten Kraftsensors gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators ermittelt, insbesondere aus dem Motorstrom eines einem elektrischen Aktuator zugehörigen Elektromotors während einer Betätigung der Bremse. Der Kraftsensor kann z. B. die Reaktionskraft erfassen, mit der sich ein dem Aktuator zugehöriger Elektromotor am Gehäuse des Aktuators bzw. der Bremse abstützt. Die Reaktionskraft entspricht bis auf das Vorzeichen der Aktuatorkraft. Der Kraftsensor kann aber auch an der Stelle angeordnet sein, an der die Aktuatorkraft in den Keil der Keilanordnung eingeleitet wird. Ebenso kann ein Kraftsensor in oder an einem Kraftübertragungsmittel des Aktuators angeordnet sein, beispielsweise an einer Spindel oder einer Zug- bzw. Druckstange. Die Aktuatorkraft muss aber nicht direkt gemessen werden, sondern kann indirekt ermittelt werden, beispielsweise aus dem Motorstrom des dem Aktuator zugehörigen Elektromotors. Der Motorstrom ist ein Maß für das vom Motor abgegebene Drehmoment, welches beispielsweise durch einen Spindeltrieb in eine Axialkraft gewandelt wird. Der Motorstrom ist deshalb proportional zur erzeugten Aktuatorkraft. Bei nicht zu hohen Genauigkeitsanforderungen ist eine solche indirekte Ermittlung der Aktuatorkraft eine geeignete und günstige Lösung.According to a preferred embodiment, the actuator force or its components is measured by means of a force flow of Aktuatorkraft force sensor or determined from operating data of the actuator, in particular from the motor current of an electric actuator associated electric motor during operation of the brake. The force sensor can, for. B. detect the reaction force with which an actuator associated electric motor on the housing of the actuator or the brake is supported. The reaction force corresponds to the sign of Aktuatorkraft. However, the force sensor can also be arranged at the point at which the Aktuatorkraft is introduced into the wedge of the wedge assembly. Likewise, a force sensor can be arranged in or on a force transmission means of the actuator, for example on a spindle or a pull or push rod. However, the Aktuatorkraft does not have to be measured directly, but can be determined indirectly, for example, from the motor current of the electric motor associated with the actuator. The motor current is a measure of the torque output by the engine, which is converted, for example by a spindle drive in an axial force. The motor current is therefore proportional to the generated Actuator power. If the accuracy requirements are not too high, such an indirect determination of the actuator force is a suitable and favorable solution.

Der Kraftsensor kann als direkter Kraft- oder Dehnungssensor, bspw. kapazitiv (Piezo), resistiv (DMS) oder über einen hydraulischen Druckaufnehmer arbeiten. Er kann ebenso mittels Wegmessung über Wirbelstrom, induktiv, kapazativ oder magnetisch arbeiten. Derartige Kraftsensoren können robust aber trotzdem klein ausgestaltet werden und sind daher leicht an der Bremsanlage anzubringen.Of the Force sensor can be used as a direct force or strain sensor, eg. capacitive (piezo), resistive (DMS) or via a hydraulic pressure transducer work. He can also by means of displacement measurement via eddy current, inductive, work capacitively or magnetically. Such force sensors can be robust but still small and are therefore easy on to install the brake system.

Zweckmäßigerweise wird eine Tiefpassfilterung bei der Bestimmung der Normalkraft und/oder der Aktuatorkraft und/oder des Reibungskoeffizienten durchgeführt. Ein Reibungskoeffizient, bspw. zwischen Belag und Scheibe, verändert sich üblicherweise nicht sehr schnell. Da aber bei der Bestimmung Störungen durch Signalgeräusche oder Nichtlinearitäten auftreten können (z.B. durch Reibung im Antriebstrang verursacht), ist es vorteilhaft, eine Tiefpassfilterung zu verwenden. Da die Zeit, die für die Bestimmung benötigt werden kann, situationsabhängig ist, ist es zweckmäßig, auch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters situationsabhängig zu wählen. Falls ein schnelles Konvergieren erwünscht ist (z.B. zur Erkennung des Kontakts zwischen Reibbelag und Bremsscheibe), sollte sie klein gewählt werden, sollen numerische Störungen minimiert werden (z.B. im normalen Betrieb), bietet sich eine größere Zeitkonstante an.Conveniently, is a low-pass filtering in the determination of the normal force and / or the actuator force and / or the friction coefficient performed. One Coefficient of friction, for example between lining and disc, usually changes not very fast. But as in the determination of interference by signal noise or nonlinearities may occur (caused for example by friction in the drive train), it is advantageous to use low-pass filtering. Since the time for the determination needed can be, depending on the situation is, it is useful, too to choose the time constant of the low-pass filter depending on the situation. If a fast convergence desired is (for example, to detect the contact between friction lining and brake disk), she should be chosen small are supposed to be numerical errors can be minimized (e.g., during normal operation) provides a greater time constant at.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Erfindung zur Regelung der Aktuatorkraft auf Grundlage des bestimmten Reibungskoeffizienten verwendet wird. Wird beispielsweise ein Reibungskoeffizient einer bestimmten Größe festgestellt, kann die Aktuatorkraft frühzeitig vermindert werden, um ein Blockieren der Bremse zu vermeiden. Auf diese Weise kann bspw. ein Blockieren der Bremse oder eine zu geringe Bremsung vermieden werden.It is particularly useful if the invention for controlling the Aktuatorkraft based on the determined Friction coefficient is used. For example, a friction coefficient of a certain size, can the actuator force early on be reduced in order to avoid a brake lock. On This way can, for example, a brake lock or too low Braking to be avoided.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zur Unterscheidung einer Selbstverstärkung und einer Selbstschwächung bei einer Bremse verwendet werden. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft ohne Verwendung eines Geschwindigkeitssensors auskommen. Eine Selbstschwächung entspricht einer Vorzeichenänderung der auf den Keil wirkenden Reibkraft μFN und somit einer Vorzeichenänderung des Reibungskoeffizienten im funktionalen Zusammenhang. Ist demnach der bestimmte Reibungskoeffizient negativ, entspricht dies einem Selbstschwächungsbereich der Bremse. Dieses Ergebnis kann beispielsweise verwendet werden, um die Richtung der anzulegenden Aktuatorkraft zu prüfen und zu steuern.The invention can be used particularly advantageously for distinguishing between self-amplification and self-attenuation in a brake. This embodiment can advantageously manage without the use of a speed sensor. A self-attenuation corresponds to a change in sign of the wedge acting frictional force μF N and thus a change in sign of the friction coefficient in the functional context. Accordingly, if the certain friction coefficient is negative, this corresponds to a self-weakening range of the brake. This result can be used, for example, to check and control the direction of the actuator force to be applied.

Zweckmäßigerweise kann die Erfindung zur Bestimmung eines Radstillstands verwendet werden. Die Selbstverstärkungskraft bzw. die auf den Keil wirkende Reibkraft ist statisch betrachtet von der Reibung zwischen Straße und Reifen begrenzt. Eine plötzliche Änderung von μFN kann als μ-Sprung auf der Straße und damit als ein Blockieren des Rades interpretiert werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, können μFN, die Keilposition, die Keilgeschwindigkeit, die Keilbeschleunigung und die Normalkraft bestimmt und unter Plausibilitätsbetrachtungen miteinander in Verbindung gesetzt werden. Während des Radstillstands ist die weitere Bestimmung des Reibungskoeffizienten nicht mehr zweckmäßig. Wird der Reibungskoeffizient zu Regelungszwecken verwendet, bspw. zur Normalkraftbegrenzung, sollte die Begrenzung in diesem Fall entweder weiter konstant gehalten oder etwas reduziert werden. Wenn ein neuer Reibungskoeffizient bestimmt werden kann, kann dieser erneut zur Regelung verwendet werden. Der beim Radstillstand zuletzt bestimmte Wert des Bremsmoments kann als Maß für die Reibkraft zwischen Straße und Fahrzeug verwendet und anderen Einrichtungen, wie z.B. ABS, ESP, ASC usw. zugeführt werden.Conveniently, the invention can be used to determine a wheel stop. The self-reinforcing force or the frictional force acting on the wedge is statically limited by the friction between the road and the tire. A sudden change of μF N can be interpreted as μ-jump on the road and thus as a wheel lock. To increase accuracy, μF N , wedge position, wedge speed, wedge acceleration, and normal force can be determined and associated with one another for plausibility considerations. During the wheelstep the further determination of the friction coefficient is no longer appropriate. If the coefficient of friction is used for control purposes, for example for normal force limiting, the limitation in this case should either be kept constant or reduced slightly. If a new friction coefficient can be determined, it can be used again for regulation. The value of the braking torque last determined during wheel standstill can be used as a measure of the friction force between the road and the vehicle and supplied to other devices, such as ABS, ESP, ASC, etc.

Der funktionale Zusammenhang kann vorteilhaft zur Ausgestaltung des Aktuators verwendet werden, so dass die vom Aktuator zu erzeugende Aktuatorkraft anhand eines vorbestimmten minimalen Reibmoments unter Berücksichtigung des Reibungskoeffizienten vorgegeben wird. Es ist zweckmäßig, eine Bremse auf Basis der Reibmomentanforderungen anstelle der Normalkraftanforderung auszulegen. Bei der Messung und Regelung der Normalkraft wird die Reibkraft bzw. das Reibmoment nur indirekt geregelt, da die Reibkraft proportional zu Normalkraft und Reibwert ist. Daher wird eine Bremse, die gerade ausreichende Reibkraft bei kleinem Reibwert erzeugen kann, deutlich mehr Reibkraft als notwendig bei hohem Reibwert entwickeln. Der Aktutator sollte so ausgelegt werden, dass bei kleinem und bei großem Reibwert genügend Aktuatorkraft in die jeweils notwendige Richtung (Zug- bzw. Schubkraft) bereitgestellt werden kann. Wenn die Aktuatorkraft auf Basis der Normalkraft berechnet wird, wird eine maximale Normalkraft im gesamten Reibwertbereich zugrunde gelegt. Dies soll im Folgenden am Beispiel einer Schwimmsattelbremse erläutert werden. Es sei wiederum erwähnt, dass für eine Schwimmsattelscheibenbremse die Beziehung FR = 2μ·FN gilt.The functional relationship can advantageously be used for the design of the actuator, so that the actuator force to be generated by the actuator is predefined on the basis of a predetermined minimum friction torque taking into account the friction coefficient. It is expedient to design a brake based on the friction torque requirements instead of the normal force requirement. When measuring and regulating the normal force, the frictional force or the frictional torque is controlled only indirectly, since the frictional force is proportional to the normal force and coefficient of friction. Therefore, a brake that can generate sufficient friction force at low friction, develop significantly more friction than necessary at high friction. The actuator should be designed so that with small and large friction coefficient enough actuator force in the direction necessary in each case (tensile or shear force) can be provided. If the actuator force is calculated on the basis of the normal force, a maximum normal force in the entire coefficient of friction range is used. This will be explained below using the example of a floating caliper brake. Again, for a floating caliper disc brake, the relation F R = 2μ * F N holds.

Beispielsweise soll die Bremse ein Reibmoment von 2000 Nm bei möglichen Reibwerten zwischen 0,2 und 1,0 bereitstellen können. Der Radius wird mit 0,1 m und der Wirkwinkel mit β = 90° (tangentialer Antrieb) vorausgesetzt. Die maximal bereitzustellende Normalkraft berechnet sich zu:

Figure 00110001
For example, the brake should be able to provide a friction torque of 2000 Nm with possible coefficients of friction between 0.2 and 1.0. The radius becomes 0.1 m and the effective angle with β = 90 ° (tangential drive) provided. The maximum normal force to be provided is calculated as:
Figure 00110001

Zweckmäßigerweise sollte der Aktuator symmetrisch ausgelegt werden, d.h. Zug- und Druckkraft sollen gleich groß sein, wobei eine Druckkraft bspw. bei kleinem Reibwert und eine Zugkraft bei großem Reibwert notwendig ist, um jeweils dasselbe Reibmoment bereitzustellen. Aus dem oben genannten Zusammenhang zwischen Aktuatorkraft und Normalkraft FA = FN (tan α – μ) folgt:

Figure 00110002
und daraus
Figure 00110003
Conveniently, the actuator should be designed symmetrically, ie tensile and compressive force should be the same size, with a compressive force, for example. At low friction and a tensile force at high friction is necessary to provide the same friction torque. From the above relation between actuator force and normal force F A = F N (tan α - μ) follows:
Figure 00110002
and it
Figure 00110003

Damit wird die erforderliche Aktuatorkraft zu FA = 20kN bestimmt.Thus, the required actuator force is determined to be F A = 20kN.

Wird hingegen auf Momentbasis ausgelegt, erhält man

Figure 00110004
und darausIf, on the other hand, it is designed on a torque basis, you get
Figure 00110004
and it

Figure 00110005
Figure 00110005

Die erforderliche Motorkraft beträgt in diesem Fall nur FA = 6,7 kN. Deshalb ist es ein Vorteil, den Aktuator auf Basis des Reibmoments und des Reibungskoeffizient auszulegen.The required engine power in this case is only F A = 6.7 kN. Therefore, it is an advantage to design the actuator based on the friction torque and the friction coefficient.

Auch unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors kann der Aktuator in diesem Fall wesentlich kleiner ausgelegt werden.Also considering a safety factor, the actuator can be essential in this case be designed smaller.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit weist Berechnungsmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere Mittel zum Speichern eines funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Reibungskoeffizienten und Komponenten der Normalkraft und Komponenten der Aktuatorkraft, Mittel zum Bestimmen der Komponenten der Aktuatorkraft, Mittel zum Bestimmen der Komponenten der Normalkraft und Mittel zum Bestimmen des Reibungskoeffizienten aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft und den bestimmten Komponenten der Normalkraft. Die Recheneinheit kann insbesondere als Steuergerät in einem Kfz ausgebildet sein.A Computing unit according to the invention comprises calculating means for the steps of a method according to the invention perform, in particular means for storing a functional relationship between the coefficient of friction and components of the normal force and components the actuator force, means for determining the components of the actuator force, Means for determining the components of the normal force and means for determining the coefficient of friction from the functional relationship, the specific components of the actuator force and the particular Components of normal force. The arithmetic unit can in particular as a control unit be trained in a car.

Besonders bevorzugt ist in den Mitteln zum Speichern des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Reibungskoeffizienten und Komponenten der Normalkraft und Komponenten der Aktuatorkraft der funktionale Zusammenhang

Figure 00120001
gespeichert, wobei μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normalkraft, FA den Betrag der Aktuatorkraft, α den Keilwinkel und β den Wirkwinkel bezeichnet.It is particularly preferred in the means for storing the functional relationship between the friction coefficient and components of the normal force and components of the actuator force, the functional relationship
Figure 00120001
where μ denotes the coefficient of friction, F N the amount of the normal force, F A the amount of the actuator force, α the wedge angle and β the effective angle.

Bevorzugterweise werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Recheneinheit in einem Embedded System, Steuergerät oder ECU in einem Kfz verwendet.preferably, become the method according to the invention and the computing unit according to the invention used in an embedded system, ECU or ECU in a car.

Ein erfindungsgemäßes Computer- bzw. Mikroprozessorprogramm enthält Programmcodemittel, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere der erfindungsgemäßen Recheneinheit, ausgeführt wird.A computer or microprocessor program according to the invention contains program code means for carrying out the method according to the invention when the program is run on a computer, a microprog processor or a corresponding arithmetic unit, in particular the arithmetic unit according to the invention, is executed.

Ein erfindungsgemäßes Computer- bzw. Mikroprozessorprogrammprodukt beinhaltet Programmcodemittel, die auf einem maschinen- bzw. computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere der erfindungsgemäßen Recheneinheit, ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) und Fahrzeugnetze (Body-Bus, Infotainment-Bus etc.) ist möglich.One Computer computer according to the invention or microprocessor program product includes program code means, stored on a machine or computer readable medium are to a method according to the invention perform, if the program product on a computer, a microprocessor or on a corresponding arithmetic unit, in particular of the arithmetic unit according to the invention, accomplished becomes. Suitable media In particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, etc. Also a download of a program over Computer networks (internet, intranet, etc.) and vehicle networks (body bus, Infotainment bus etc.) is possible.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description and attached drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained Features not only in the specified combination, but also usable in other combinations or alone are without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The Invention is based on an embodiment schematically shown in the drawing and is below under Referring to the drawings described in detail.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch eine selbstverstärkende, elektromechanische Scheibenbremse, bei der die Erfindung verwendet werden kann; 1 shows schematically a self-energizing, electromechanical disc brake, in which the invention can be used;

2 zeigt schematisch eine Keilanordnung einer selbstverstärkenden elektromechanischen Bremse zur Verwendung mit der Erfindung. 2 schematically shows a wedge assembly of a self-energizing electromechanical brake for use with the invention.

In 1 ist eine selbstverstärkende, elektromechanische Scheibenbremse, wie sie in ähnlicher Weise auch in der DE 101 51 950 offenbart ist, insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Scheibenbremse 10 weist eine drehbare Bremsscheibe 12 auf, die von einem Bremssattel 14 übergriffen wird. Ein elektrischer Aktuator 16, der einen Elektromotor 18 und einen Spindeltrieb 20 umfasst, erzeugt eine Betätigungs- oder Aktuatorkraft FA, die über den Spindeltrieb 20 in einem Wirkwinkel β in einen Keil 22 einer Keilanordnung 24 eingeleitet wird, um den Keil 22 längs einer Richtung x zu verschieben und dadurch einen Reibbelag 26 an die Bremsscheibe 12 anzupressen. Ein weiterer, auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 12 angeordneter Reibbelag 28 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Sattel 14, der hier nach dem Schwimmsattelprinzip arbeitet, das Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt ist und deshalb hier nicht weiter erläutert wird, bei einem Bremsvorgang an die Bremsscheibe 12 gepresst. An dem Reibbelag 26 wirken während eines Bremsvorgangs Kräfte, wie sie genauer in 2 dargestellt sind.In 1 is a self-energizing, electromechanical disc brake, as in the same way in the DE 101 51 950 is disclosed in total with 10 designated. The disc brake 10 has a rotatable brake disc 12 on that from a caliper 14 is overruled. An electric actuator 16 that has an electric motor 18 and a spindle drive 20 includes generates an actuator or actuator force F A , via the spindle drive 20 in an angle of action β in a wedge 22 a wedge arrangement 24 is initiated to the wedge 22 along a direction x to move and thereby a friction lining 26 to the brake disc 12 to press. Another, on the opposite side of the brake disc 12 arranged friction lining 28 is in the illustrated embodiment of the saddle 14 who works here according to the floating caliper principle, which is well known to those skilled in the art and therefore will not be further explained here, in a braking operation to the brake disc 12 pressed. On the friction lining 26 act during a braking action, as they are more accurate in 2 are shown.

Während einer Bremsung kann aufgrund eines sich ändernden Reibungskoeffizienten μ zwischen dem Reibbelag 26 und der Bremsscheibe 12 die Selbstverstärkung der Bremse so groß werden, dass zum Aufrechterhalten eines gewünschten Reibmoments die Aktuatorkraft FA zu Null wird oder sogar negative Werte annehmen muss (auf den Keil 22 wirkt dann keine Druckkraft mehr, sondern eine Zugkraft), um ein "Festgehen", d. h. ein unerwünschtes Blockieren der Bremse, zu verhindern.During braking, due to a changing friction coefficient μ between the friction lining 26 and the brake disc 12 the self-amplification of the brake become so great that to maintain a desired friction torque, the actuator force F A is zero or even negative values must (on the wedge 22 then no pressure force acts, but a tensile force) in order to prevent a "festgehen", ie an undesirable locking of the brake.

Zur Reibmomentregelung kann die Scheibenbremse 10 eine nicht weiter dargestellte Einrichtung zur Reibmomentermittlung aufweisen, die erfindungsgemäß die die Aktuatorkraft FA und die Normalkraft FN bestimmt. Aus dem funktionalen Zusammenhang kann aus diesen Größen der Reibungskoeffizient und daraus das Reibmoment bestimmt und durch entsprechende Veränderung der Aktuatorkraft FA geregelt werden.For frictional torque control, the disc brake 10 have a device for friction torque determination, not shown, according to the invention determines the actuator force F A and the normal force F N. From the functional relationship can be determined from these variables, the friction coefficient and from the friction torque and regulated by appropriate change of Aktuatorkraft F A.

2 zeigt eine Keilanordnung, die zur Verwendung in einer selbstverstärkenden, elektromechanischen Bremse, insbesondere gemäß 1, geeignet ist. Ein elektrischer Aktuator, der üblicherweise einen Elektromotor und einen Spindeltrieb umfasst, erzeugt eine Betätigungs- oder Aktuatorkraft FA, die in einen Keil 300 in einem Wirkwinkel β eingeleitet wird, um den Keil in x-Richtung (in der Abbildung nach rechts) zu verschieben. Ein Reibbelag 311 liegt an einer Seitenfläche, ein Widerlager 312 zum Abstützen des Keils an einer anderen Seitenfläche des Keils 300 an. Die Aktuatorkraft FA verschiebt den einen Keilwinkel α aufweisenden Keil 300 in x-Richtung, wodurch der Reibbelag 311 in Kontakt mit einer sich drehenden Bremsscheibe 313 gerät. Sobald der Reibbelag 311 die Bremsscheibe 313 berührt, entsteht eine normal zur Bremsscheibe gerichtete Rückwirk- oder Normalkraft FN sowie eine in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 313 wirkende Reibkraft FR. Diese Kräfte werden zum größten Teil in das Widerlager, bspw das Gehäuse der Bremse, eingeleitet und dort abgestützt, was zu einer Abstützkraft FB führt. 2 shows a wedge assembly for use in a self-energizing, electro-mechanical brake, in particular according to 1 , suitable is. An electric actuator, which typically includes an electric motor and a spindle drive, generates an actuating or actuator force F A that fits into a wedge 300 β is introduced at an angle of action to move the wedge in the x direction (in the figure to the right). A friction lining 311 lies on a side surface, an abutment 312 for supporting the wedge on another side surface of the wedge 300 at. The actuator force F A shifts the wedge having a wedge angle α 300 in the x direction, reducing the friction lining 311 in contact with a rotating brake disc 313 device. Once the friction lining 311 the brake disc 313 touched, arises a normal to the brake disc court tete reaction force or normal force F N and one in the circumferential direction of the brake disc 313 acting friction force F R. These forces are for the most part in the abutment, for example, the housing of the brake, initiated and supported there, resulting in a supporting force F B.

Unter Beachtung der in x-Richtung wirkenden Kräfte am Keil erhält man: μFN + FA sinβ – FB sinα = 0 (1) Taking into account the forces acting on the wedge in the x direction, one obtains: uF N + F A sinβ - F B sinα = 0 (1)

Unter Beachtung der in y-Richtung wirkenden Kräfte am Keil erhält man: FB cosα + FA cosβ – FN = 0 (2) Taking into account the forces acting on the wedge in the y direction, one obtains: F B Cos + F A cosβ - F N = 0 (2)

Durch Auflösen von (2) nach FB:

Figure 00160001
und Einsetzen in (1): μFN + FA sinβ – (FN – FA cosβ) tanα = 0ergibt sich der funktionale Zusammenhang für μ:
Figure 00160002
mit den beiden Spezialfällen
Figure 00160003
By resolving (2) to F B :
Figure 00160001
and insertion in (1): uF N + F A sinβ - (f N - F A cosβ) tan α = 0 gives the functional relationship for μ:
Figure 00160002
with the two special cases
Figure 00160003

Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung eines Reibungskoeffizienten (μ) einer selbstverstärkenden Bremse (10) mit einem ersten Bremselement (26; 311), das von einem eine Aktuatorkraft (FA) erzeugenden Aktuator (16) mit einem zweiten Bremselement (12; 313) zum Erzeugen einer Reibkraft (FR) und eines Reibmoments (NR) in Wechselwirkung bringbar ist, wobei eine Abhängigkeit einer zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement wirkenden Normalkraft (FN) von der Aktuatorkraft und dem Reibungskoeffizient (μ) besteht, mit folgenden Schritten: Bestimmen eines funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Reibungskoeffizienten (μ) und Komponenten der Normalkraft (FN) und Komponenten der Aktuatorkraft (FA), Bestimmen der Komponenten der Aktuatorkraft (FA), Bestimmen der Komponenten der Normalkraft (FN) und Bestimmen des Reibungskoeffizienten (μ) aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft (FA) und den bestimmten Komponenten der Normalkraft (FN).Method for determining a coefficient of friction (μ) of a self-energizing brake ( 10 ) with a first brake element ( 26 ; 311 ) generated by an actuator (F A ) generating actuator ( 16 ) with a second braking element ( 12 ; 313 ) for generating a frictional force (F R ) and a friction torque (N R ) can be brought into interaction, wherein a dependence of acting between the first and the second brake element normal force (F N ) of the actuator force and the friction coefficient (μ) consists, with the following steps: determining a functional relationship between the friction coefficient (μ) and components of the normal force (F N ) and components of the actuator force (F A ), determining the components of the actuator force (F A ), determining the components of the normal force (F N ) and Determining the friction coefficient (μ) from the functional relationship, the specific components of the actuator force (F A ) and the specific components of the normal force (F N ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (16) elektrisch, das zweite Bremselement als drehbare Bremsscheibe (12; 313) und das erste Bremselement als Reibbelag (26; 311), auf den der elektrische Aktuator in einem frei vorgebbaren Wirkwinkel (β) über eine Keilanordnung (22, 24; 300) mit einem Keilwinkel (α) wirkt, um den Reibbelag (26; 311) an die Bremsscheibe (12; 313) zu pressen, ausgebildet werden.Method according to claim 1, characterized in that the actuator ( 16 ) electrically, the second brake element as a rotatable brake disc ( 12 ; 313 ) and the first brake element as a friction lining ( 26 ; 311 ), to which the electric actuator in a freely definable operating angle (β) via a wedge arrangement ( 22 . 24 ; 300 ) with a wedge angle (α) acts to the friction lining ( 26 ; 311 ) to the brake disc ( 12 ; 313 ) to be trained. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionale Zusammenhang bestimmt wird zu
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wobei μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normalkraft, FA den Betrag der Aktuatorkraft, α den Keilwinkel und β den Wirkwinkel bezeichnet.A method according to claim 2, characterized in that the functional relationship is determined to
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where μ denotes the coefficient of friction, F N the amount of the normal force, F A the amount of the actuator force, α the wedge angle and β the effective angle. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Reibungskoeffizienten (μ) eine Temperatur und/oder eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten (26; 311) und dem zweiten (12; 313) Bremselement bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that to the friction coefficient (μ) a temperature and / or a relative speed between the first ( 26 ; 311 ) and the second ( 12 ; 313 ) Brake element is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraft (FN) oder deren Komponenten mittels eines im Kraftfluss der Normalkraft angeordneten Kraftsensors gemessen wird bzw. werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the normal force (F N ) or its components is or are measured by means of a force sensor arranged in the force flow of the normal force. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorkraft (FA) oder deren Komponenten mittels eines im Kraftfluss der Aktuatorkraft angeordneten Kraftsensors gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators (16) ermittelt wird bzw. werden, insbesondere aus dem Motorstrom eines einem elektrischen Aktuator (16) zugehörigen Elektromotors (18) während einer Betätigung der Bremse.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator force (F A ) or its components are measured by means of a force sensor arranged in the force flow of the actuator force or from operating data of the actuator ( 16 ) is determined, in particular from the motor current of an electric actuator ( 16 ) associated electric motor ( 18 ) during operation of the brake. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefpassfilterung bei der Bestimmung der Normalkraft (FN) und/oder der Aktuatorkraft (FA) und/oder des Reibungskoeffizienten (μ) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a low-pass filtering in the determination of the normal force (F N ) and / or the actuator force (F A ) and / or the friction coefficient (μ) is performed. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Regelung der Aktuatorkraft auf Grundlage des bestimmten Reibungskoeffizienten.Use of a method according to one of claims 1 to 7 for controlling the actuator force based on the determined friction coefficient. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Unterscheidung einer Selbstverstärkung und einer Selbstschwächung.Use of a method according to one of claims 1 to 7 for distinguishing a self-reinforcement and a self-weakening. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Bestimmung eines Radstillstands.Use of a method according to one of claims 1 to 7 for determining a wheel stop. Recheneinheit zur Bestimmung eines Reibungskoeffizienten (μ) einer selbstverstärkenden Bremse mit einem ersten Bremselement (26; 311), das von einem eine Aktuatorkraft (FA) er zeugenden Aktuator (16) mit einem zweiten Bremselement (12; 313) zum Erzeugen einer Reibkraft (FR) und eines Reibmoments (NR) in Wechselwirkung bringbar ist, wobei eine Abhängigkeit einer zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement wirkenden Normalkraft (FN) von der Aktuatorkraft und dem Reibungskoeffizient (μ) besteht, mit: Mitteln zum Speichern eines funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Reibungskoeffizienten (μ) und Komponenten der Normalkraft (FN) und Komponenten der Aktuatorkraft (FA), Mitteln zum Bestimmen der Komponenten der Aktuatorkraft (FA), Mitteln zum Bestimmen der Komponenten der Normalkraft (FN) und Mitteln zum Bestimmen des Reibungskoeffizienten (μ) aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft (FA) und den bestimmten Komponenten der Normalkraft (FN).Arithmetic unit for determining a coefficient of friction (μ) of a self-energizing brake with a first brake element ( 26 ; 311 ) generated by an actuator force (F A ) generating actuator ( 16 ) with a second braking element ( 12 ; 313 ) For generating a frictional force (F R) and a friction torque (N R) in interaction can be brought, wherein a dependence of a force acting between the first and second brake elements normal force (consists F N) of the actuator force and the friction coefficient (μ), with In that means for storing a functional relationship between the friction coefficient (μ) and components of the normal force (F N ) and components of the actuator force (F A ), means for determining the components of the actuator force (F A ), means for determining the components of the normal force ( F N ) and means for determining the coefficient of friction (μ) from the functional relationship, the particular components of the actuator force (F A ) and the determined components of the normal force (F N ). Recheneinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mitteln zum Speichern des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Reibungskoeffizienten (μ) und Komponenten der Normalkraft (FN) und Komponenten der Aktuatorkraft (FA) der funktionale Zusammenhang
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gespeichert ist, wobei μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normalkraft, FA den Betrag der Aktuatorkraft, α den Keilwinkel und β den Wirkwinkel bezeichnet.Computing unit according to claim 11, characterized in that in the means for storing the functional relationship between the friction coefficient (μ) and components of the normal force (F N ) and components of the actuator force (F A ) of the functional relationship
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where μ denotes the coefficient of friction, F N the amount of the normal force, F A the amount of the actuator force, α the wedge angle and β the effective angle. Computer- bzw. Mikroprozessorprogramm mit Programmcodemitteln um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere gemäß Anspruch 11, ausgeführt wird.Computer or microprocessor program with program code means to all steps of a method according to one of claims 1 to 7 to perform if the program is on a computer, a microprocessor or a corresponding arithmetic unit, in particular according to claim 11, executed becomes. Computer- bzw. Mikroprozessorprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem maschinen- bzw. computerles baren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere gemäß Anspruch 11, ausgeführt wird.A computer or microprocessor program product comprising program code means stored on a machine-readable medium for carrying out all the steps of a method as claimed in any one of claims 1 to 7 when the program product is stored on a computer, microprocessor or on a corresponding arithmetic unit, in particular according to claim 11, is executed.
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