DE102010038307B4

DE102010038307B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung einer elektrisch betätigbaren Bremse sowie elektronisches Bremssystem

Info

Publication number: DE102010038307B4
Application number: DE102010038307.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Ohly
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2030-07-24
Also published as: DE102010038307A1

Abstract

Verfahren zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators (2) elektrisch betätigbaren Bremse, bei welchem mittels eines Spannkraftsensors (7) ein Aktuatorspannkraft-Istwert (Fist) und mittels eines Lagesensors (8) ein Aktuatorposition-Istwert (φist) ermittelt werden, und bei welchem mittels einer Reglervorrichtung (1, 1') eine Stellgröße (U) zur Ansteuerung des Aktuators (2) erzeugt wird, wobei die Reglervorrichtung (1, 1') eine Kraftregelung zur Einstellung eines Aktuatorspannkraft-Sollwertes (Fsoll) durchführen kann, und wobei die Reglervorrichtung (1') einen Positionsregler (5) umfasst, welchem ein Aktuatorposition-Eingangssollwert (φin-soll) und ein Aktuatorposition-Eingangsistwert (φin-ist) zugeführt werden, wobei zur Bestimmung des Aktuatorposition-Eingangsistwerts (φin-ist) und/oder zur Überwachung der Reglervorrichtung (1') zumindest zeitweise der Aktuatorposition-Istwert (φist) und ein aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert (Fist) bestimmter Aktuatorposition-Schätzwert (φ*ist) herangezogen werden, sowie Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators (2) elektrisch betätigbaren Bremse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators elektrisch betätigbaren Bremse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9. Sie betrifft ferner ein elektronisches Bremssystem mit einer derartigen Vorrichtung.
Ein Verfahren sowie ein Regelsystem zum Aufbringen definierter Spannkräfte bei einer mittels eines Elektromotors betätigbaren Scheibenbremse sind aus der internationalen Patentanmeldung WO 05/100114 bekannt. Das Regelsystem hat dabei eine Kaskadenstruktur, die aus drei aufeinanderfolgenden Reglern besteht, nämlich einem ersten Regler, welcher als Kraft-Wegregler ausgebildet ist, einem dem ersten Regler nachgeschalteten zweiten Regler, welcher als Drehzahlregler ausgeführt ist, sowie einem dem zweiten Regler nachgeschalteten dritten Regler, welcher als Stromregler ausgeführt ist. Dem Kraft-Wegregler wird als Eingangsgröße unter anderem ein Spannkraft-Istwert zugeführt, welcher mittels eines Spannkraftsensors ermittelt wird.
In der DE 103 02 515 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kraft- und Positionsregelung eines elektrischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Regelkreisstruktur kann in zwei Betriebsarten, Kraftregelung oder Positionsregelung, betrieben werden, wobei der Wechsel zwischen den Betriebsarten durch einen Schalter erfolgt, wodurch der Position-Sollwert für den Motorregler entweder von einem Kraftregler oder von einer weiteren Einheit bereitgestellt wird. Dem Kraftregler werden ein Kraftsollwert und ein gemessener Kraft zugeführt. Bei Ausfall des Kraftsensors wird auf eine Positionsregelung umgeschaltet.
Tritt bei den bekannten Vorrichtungen zur Kraftregelung ein fehlerhaftes Kraftsensorsignal auf, so führt dies zu einer sofortigen Verwendung des fehlerhaften Signals im Kraftregler und damit zu einer entsprechenden Änderung der Stellgröße zur Ansteuerung des Bremsaktuators durch die Kraftregelung. Dies kann zu gefährlichen Fahrsituationen führen, wenn z.B. durch das fehlerhafte Kraftsensorsignal ein ungewünscht starkes Zuspannen oder ein unbeabsichtigtes Lösen der Bremse ausgelöst wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators elektrisch betätigbaren Bremse vorzuschlagen, welches/welche bei einer Kraftregelung im Falle eines fehlerhaften Kraftsensorsignals eine verbesserte Regelung und/oder eine Erkennung des fehlerhaften Kraftsensorsignals ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass zur Kraftregelung und/oder zur Überwachung des Reglers ein aus einem gemessenen Aktuatorspannkraft-Istwert bestimmter Aktuatorposition-Schätzwert sowie ein gemessener Aktuatorposition-Istwert ausgewertet werden.
Unter dem Begriff Aktuatorposition wird erfindungsgemäß neben einer Position, z.B. der axialen Position einer Spindel des Aktuators, auch ein Winkel, z.B. der Winkel eines Rotors des Aktuators, oder eine andere die Position charakterisierende Größe verstanden.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass im Falle eines fehlerhaften Signals des Spannkraftsensors die Reaktion der Reglervorrichtung verringert bzw. verzögert wird. So wird die Möglichkeit geschaffen, den Fehler des Spannkraftsensors zu erkennen und die Reglervorrichtung gegebenenfalls abzuschalten, bevor eine gefährliche Fahrsituation entsteht. Im Nichtfehlerfall wird jedoch die Dynamik der Reglervorrichtung, wie sie z.B. bei hoch-dynamischen Bremskraftverringerungen im Zusammenhang mit Anti-Blockier-Regelvorgängen notwendig ist, nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Kraftregelung der Aktuatorposition-Eingangsistwert des Positionsreglers zumindest zeitweise aus einem Aktuatorposition-Istwert und einem aus einem Aktuatorspannkraft-Istwert bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert bestimmt.
Der Reglervorrichtung werden als Eingangsgrößen bevorzugt zumindest der Aktuatorspannkraft-Sollwert, der Aktuatorspannkraft-Istwert und der Aktuatorposition-Istwert zugeführt, wobei der Aktuatorposition-Eingangssollwert aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert bestimmt wird.
Zur Durchführung einer Kraftregelung werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines vorgegebenen Zusammenhangs zwischen Aktuatorposition und Aktuatorspannkraft aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert ein Sollwert für die Aktuatorposition (Aktuatorposition-Eingangssollwert des Positionsreglers) und aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert ein Schätzwert für die Aktuatorposition bestimmt. Für eine schnelle Bestimmung der Soll- und Istwerte für die Aktuatorposition ist der vorgegebenen Zusammenhang zwischen Aktuatorposition und Aktuatorspannkraft bevorzugt in Form einer Tabelle oder einer, z.B. parametrisierten, Funktion in der Auswerteeinrichtung abgelegt. Der vorgegebene Zusammenhang wird vorteilhafterweise während einer Bremsung anhand von gemessenen Position-Spannkraft-Wertepaaren eingelernt. Dies erfolgt vorzugsweise durch Anpassung einer parametrisierten Funktion an die Position-Spannkraft-Wertepaare. Alternativ ist der vorgegebene Zusammenhang fest vorgegeben.
Bevorzugt wird ein Quotient aus dem aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert und dem Aktuatorposition-Istwert bestimmt. Dieser Quotient wird dann zur Berechnung des Aktuatorposition-Eingangsistwertes des Positionsreglers herangezogen und/oder zur Erkennung eines Auftretens eines Spannkraftsensorfehlers ausgewertet. Besonders bevorzugt wird ein Fehler des Spannkraftsensors erkannt, wenn der Quotient außerhalb eines vorgegebenen Werteintervalls liegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Quotient gefiltert, besonders bevorzugt mit einem Filter erster Ordnung, insbesondere mit einer vorgegebenen Zeitkonstante. Hierdurch folgt die Kraftregelung einer um die Zeitkonstante des Filters reduzierten Dynamik.
Der gefilterte Quotient wird mit dem Aktuatorposition-Istwert multipliziert und das Ergebnis dem Positionsregler als Aktuatorposition-Eingangsistwert zugeführt. Dies entspricht einer „Mischung“ der mit dem Lagesensor gemessenen Aktuatorposition (Aktuatorposition-Istwert) mit dem, auf Basis der mit dem Spannkraftsensor gemessenen Aktuatorspannkraft (Aktuatorspannkraft-Istwert), bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert, wobei das Mischungsverhältnis durch die Wahl des Filters bestimmt wird.
Vorteilhafterweise ist der Filter an- und abschaltbar ausgeführt, um eine Berücksichtigung fehlerhafter Quotienten zu verhindern. Der Filter wird bevorzugt abgeschaltet, wenn der Aktuatorspannkraft-Istwert unterhalb eines vorgegebenen unteren Kraftschwellenwertes oder oberhalb eines vorgegebenen oberen Kraftschwellenwertes liegt oder der Aktuatorposition-Istwert unterhalb eines vorgegebenen unteren Positionsschwellenwertes oder oberhalb eines vorgegebenen oberen Positionsschwellenwertes liegt. Dies stellt eine Plausibilisierung der gemessenen Werte für die Aktuatorspannkraft bzw. Aktuatorposition dar.
Bevorzugt werden Aktuatorpositionswerte, besonders bevorzugt der Aktuatorposition-Istwert, relativ zu einem Referenzpunkt angegeben. Vorteilhafterweise wird als Referenzpunkt der Kontaktpunkt gewählt, bei welchem sich der von dem Aktuator betätigte Bremsklotz der Bremse und die Bremsscheibe der Bremse gerade berühren, wenn der Bremsklotz aus einer von der Bremsscheibe beabstandeten Position auf die Bremsscheibe zu bewegt wird. Bei diesem Kontaktpunkt von Bremsklotz und Bremsscheibe ist die Druckkraft zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe Null, wobei die Druckkraft ansteigt, wenn der Bremsklotz durch den Aktuator weiter auf die Bremsscheibe zu bewegt wird. Bei einer derartigen Wahl des Referenzpunktes ist der Aktuatorposition-Istwert Null, wenn der Kontaktpunkt erreicht ist, und hat Werte größer Null, wenn eine Spannkraft an der Bremse vorliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Reglervorrichtung einen Positionsregler mit einem dem Positionsregler nachgeschalteten Geschwindigkeitsregler. Dem Geschwindigkeitsregler werden dann als Eingangsgrößen ein von dem Positionsregler ausgegebener Aktuatorgeschwindigkeit-Sollwert und ein Aktuatorgeschwindigkeit-Istwert zugeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Aktuatorspannkraft-Sollwert der Reglervorrichtung von einer übergeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt. Der übergeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit liegen üblicherweise Informationen und/oder Anforderungen vor, z.B. bezüglich des Fahrerbremswunschs, Anforderungen eines Schlupfregelsystems (ABS: Antiblockiersystems, TCS: Traktionsregelsystem) oder Fahrerassistenzsystems (ESC: electronic stability control), Initialisierungsanforderung, Anforderung zur Lüftspieleinstellung etc., so dass in der übergeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit über eine passende Regelung der Bremse entschieden werden kann und der entsprechende Aktuatorspannkraft-Sollwert bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein elektronisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer mittels eines Aktuators elektrisch betätigbaren Bremse und mit einer Steuer- und Regeleinheit, wobei die Steuer- und Regeleinheit zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist oder mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist oder zumindest eine erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
Es zeigen schematisch:

1 eine beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Verfahren zur Durchführung einer Kraftregelung,
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung einer Kraftregelung, und
4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bremssystems.

1 gibt schematisch eine Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wieder. Die Vorrichtung umfasst eine Reglervorrichtung 1, mit welcher ein Aktuator 2 einer elektromechanisch betätigbaren Bremse über eine Stellgröße U, z.B. eine Spannung, angesteuert wird. Mittels eines Spannkraftsensors 7 wird die Zuspannkraft F_ist der Bremse gemessen. Zudem wird die jeweils aktuelle Aktuatorposition φ_ist durch ein Positionsmesssystem 8 gemessen. Die Aktuatorpositionsmessung kann durch Messung eines Winkels, z.B. des Aktuators oder eines dem Aktuator nachgeschalteten Getriebes, oder einer Position, z.B. einer axialen Position einer von dem Aktuator angetriebenen Spindel, realisiert sein. Die Aktuatorgeschwindigkeit n_ist (bzw. Aktuatordrehzahl) wird beispielsgemäß durch Differenzieren des der gemessenen Aktuatorposition entsprechenden Signals des Positionsmesssystems 8 gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Aktuatorgeschwindigkeit n_ist auch mit einem zusätzlichen Aktuatorgeschwindigkeitsensor gemessen werden.
Reglervorrichtung 1 umfasst beispielsgemäß eine Auswerteeinrichtung 3 und eine Reglerstruktur 4. Der Auswerteeinrichtung 3 werden als Eingangsgrößen ein Regelungsmodus-Parameter MX, welcher den gewünschte Regelungsmodus (Kraftregelung oder Positionsregelung oder Geschwindigkeitsregelung) der Reglervorrichtung 1 bestimmt, und zumindest ein Sollwert F_soll, φ_soll, Δφ_soll, n_soll als Führungsgröße für die Regelung zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 3 gibt unabhängig von dem Regelungsmodus einen Positions-Sollwert φ_in-soll und einen Positions-Istwert φ_in-ist aus, welche der Reglerstruktur 4 als Reglerstruktur-Eingangssollwert φ_in-soll und Reglerstruktur-Eingangsistwert φ_in-ist (Reglerstruktur-Eingangsgrößen) zugeführt werden. Der Auswerteeinrichtung 3 werden als Eingangsgrößen beispielsgemäß außerdem der Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist und der Aktuatorposition-Istwert φ_ist zugeführt.
Reglerstruktur 4 umfasst beispielsgemäß einen Positionsregler 5 (P-Regler) und einen dem Positionsregler 5 nachgeschalteten Geschwindigkeitsregler 6 (PI-Regler). Positionsregler 5 gibt als Ausgangsgröße einen Aktuatorgeschwindigkeit-Sollwert n_aus-soll aus, welcher als Eingangsgröße an den nachgeschalteten Geschwindigkeitsregler 6 übergeben wird. Außerdem wird Geschwindigkeitsregler 6 als Eingangsgröße der Aktuatorgeschwindigkeit-Istwert n_ist zugeführt.
Optional kann eine Aktuatorgeschwindigkeitsbegrenzung 9 vorhanden sein, welche den von Positionsregler 5 ausgegebenen Aktuatorgeschwindigkeit-Sollwert n_aus-soll auf einen vorgegebenen Maximalwert n_max begrenzt, um den Aktuator 2 vor Beschädigung zu schützen.
Die Funktionsweise der in 1 dargestellten Vorrichtung bzw. die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend, insbesondere im Zusammenhang mit 2 und 3, näher erläutert.
In 2 ist schematisch ein Verfahren zur Durchführung einer Kraftregelung dargestellt. Bei einer Kraftregelung (z.B. gekennzeichnet durch einen Regelungsmodus-Parameter M1) werden der Reglervorrichtung 1 zumindest ein Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist und ein Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll als Eingangsgrößen zugeführt. In der Auswerteeinrichtung 3 werden aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist. und dem Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll ein entsprechender Istwert φ_in-ist und ein entsprechender Sollwert φ_in-soll für die Aktuatorposition bestimmt. Dies geschieht mit Hilfe eines vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs f zwischen der Aktuatorposition φ und der Aktuatorspannkraft F. Die anhand des funktionalen Zusammenhangs f bestimmten Ist- und Sollwert φ_in-ist, φ_in-soll werden dem Positionsregler 5 zugeführt, welcher als P-Regler mit einem proportionalen Anteil der Verstärkung K_p ausgeführt ist. In Positionsregler 5 wird die Differenz aus Sollwert φ_in-soll und Istwert φ_in-ist gebildet, welche als Positionsfehler Δφ₅ (Regeldifferenz) bezeichnet ist. Positionsregler 5 hat die Aufgabe, dass der Istwert φ_in-ist dem Sollwert φ_in-soll folgt, d.h. dass der Positionsfehler Δφ₅ Null wird. Beispielsgemäß ist der Ausgang des Positionsreglers 5 ein entsprechender Sollwert n_aus-soll für den nachfolgenden Geschwindigkeitsregler 6. Der Geschwindigkeitsregler 6 bewertet die Abweichung Δn₆ zwischen dem Aktuatorgeschwindigkeit-Sollwert n_aus-soll und dem Aktuatorgeschwindigkeit-Istwert n_ist, welche dem Geschwindigkeitsregler 6 ebenfalls zugeführt wird, und gibt eine entsprechende Stellgröße U an den Aktuator 2 aus (siehe 1).
Eine Kraftregelung gemäß dem in 2 dargestellten Verfahren besitzt den Nachteil das ein fehlerhaftes Signal, welches den Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist darstellt, z.B. aufgrund eines Fehlers in dem Spannkraftsensor 7 oder einer nachgeschalteten Signalverarbeitung, zu einer sofortigen Änderung der Stellgliedvorgabe (und damit der Stellgröße U) führt. Um gefährliche Fahrsituationen zu verhindern, müsste die Reglervorrichtung 1 entsprechend innerhalb sehr kurzer Zeit (z.B. ca. 60ms) abgeschaltet werden. Ein Ziel der Erfindung ist es, die Kraftregelung gemäß dem in 2 dargestellten Verfahren zu verbessern. Hierzu wird die Dynamik des Kraftreglers im Fehlerfall limitiert, ohne die Dynamik im Nichtfehlerfall zu reduzieren.
3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Durchführung einer Kraftregelung schematisch dargestellt. Reglervorrichtung 1' wird zumindest ein Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist, ein Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll und ein Aktuatorposition-Istwert φ_ist als Eingangsgrößen zugeführt. Reglervorrichtung 1' umfasst beispielsgemäß eine Auswerteeinrichtung 3' und einen Positionsregler 5. Anhand eines vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs f zwischen der Aktuatorposition φ und der Aktuatorspannkraft F wird in der Auswerteeinrichtung 3' aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll ein entsprechender Sollwert φ_in-soll für die Aktuatorposition bestimmt. Ebenso wird anhand des vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs f aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist ein entsprechender Istwert φ*_ist für die Aktuatorposition bestimmt, welcher im Folgenden als Aktuatorposition-Schätzwert bezeichnet ist. In Block 10 wird der Quotient q_ist aus dem Aktuatorposition-Schätzwert φ*_ist (d.h. die aus der gemessenen Aktuatorspannkraft bestimmte Aktuatorposition) und dem Aktuatorposition-Istwert φ_ist (d.h. die gemessene Aktuatorposition) gemäß qist = φ*_ist / φ_ist bestimmt. Der Quotient q_ist wird in Block 11 gefiltert, z.B. mit einem Filter erster Ordnung (T1: Zeitkonstante des PT₁-Filters). Der gefilterte Quotient q_filt wird in Block 12 mit der gemessenen Aktuatorposition φ_ist multipliziert und das Ergebnis dem Positionsregler 5 als Istwert φ_in-ist (Aktuatorposition-Eingangsistwert) zugeführt, d.h. φ_in-ist = φ_ist * q_filt. Des Weiteren wird dem Positionsregler 5 der aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll bestimmte Sollwert für die Aktuatorposition als Sollwert φ_in-ist (Aktuatorposition-Eingangssollwert) zugeführt. In Positionsregler 5 wird die Differenz aus Sollwert φ_m-soll und Istwert φ_in-ist gebildet und zur Regelung herangezogen.
Dadurch, dass zur Bestimmung des Aktuatorposition-Eingangsistwertes φ_in-ist des Positionsreglers 5 neben dem Aktuatorspannkraft-Istwert F_ist, welcher von dem Spannkraftsensor 7 gemessen wird, auch die gemessene Aktuatorposition φ_ist herangezogen wird, basiert die Kraftregelung nicht mehr alleine auf dem gemessenen Spannkraft-Istwert F_ist (bzw. dem hieraus berechneten Aktuatorpositionswertes φ*_ist (Aktuatorposition-Schätzwert). Durch die zusätzliche Berücksichtigung eines zweiten, unabhängigen Wertes für die Aktuatorposition (Messwert φ_ist) wirkt sich ein fehlerhafter Spannkraft-Istwert F_ist nicht mehr so schnell und direkt auf die Kraftregelung aus.
Der vorgegebenen Zusammenhang f zwischen Aktuatorposition φ und Aktuatorspannkraft F kann fest vorgegeben sein oder „online“ während Bremsungen eingelernt werden. Zum Einlernen können gemessene Position-Spannkraft-Wertepaare abgespeichert und anhand einer Fit-Prozedur eine parametrisierte Funktion bestimmt werden (Kennlinienschätzung).
Die Aktuatorpositionswerte φ_ist sollten relativ zu einem Referenzpunkt angegeben werden. Hierzu wird als Referenzpunkt der Kontaktpunkt gewählt, bei welchem sich der von dem Aktuator betätigte Bremsklotz der Bremse und die Bremsscheibe der Bremse gerade berühren, wenn der Bremsklotz aus einer von der Bremsscheibe beabstandeten Position auf die Bremsscheibe zu bewegt wird. Bei diesem Kontaktpunkt von Bremsklotz und Bremsscheibe ist die Druckkraft zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe Null, wobei die Druckkraft (F>0) ansteigt, wenn der Bremsklotz durch den Aktuator weiter auf die Bremsscheibe zu bewegt wird. Bei einer derartigen Wahl des Referenzpunktes ist der Aktuatorposition-Istwert Null, wenn der Kontaktpunkt erreicht ist, und hat positive Werte (φ_ist>0), wenn eine Spannkraft (F>0) an der Bremse vorliegt.
Eine Filterung in Block 11 lässt sich gemäß $q_{filt}^{neu} = (1 - a) * q_{ist} + a * q_{filt}^{alt},$
mit Parameter a im Wertebereich 0 ≤ a ≤ 1, beschreiben. Der Initialwert des Filters beträgt q_filt = 1.
Im Falle von a=1 wird φ_in-ist = φ_ist, da q_filt ^neu konstant den Wert Eins besitzt. D.h. dem Positionsregler 5 wird als Eingangsistwert die gemessene Aktuatorposition-zugeführt.
Im Falle von a=0 wird φ_in-ist = φ_ist * q_filt ^neu = φ*_ist, da q_filt ^neu = q_ist ist. D.h. dem Positionsregler 5 wird als Eingangsistwert die aus der gemessenen Aktuatorspannkraft berechnete Aktuatorposition (Schätzwert) zugeführt.
Der Parameter a kann fest vorgegeben oder auch adaptiv gewählt, z.B. in Abhängigkeit der gemessenen Aktuatorposition, werden.
Wenn man den Parameter a geeignet vorgibt, so kann die Auswirkung eines fehlerhaften Aktuatorspannkraft-Istwertes F_ist erheblich reduziert werden, da der Kraftregler nur der um die Zeitkonstante T1 des Filters reduzierten Dynamik folgt. Eine beispielhafte Wahl ist $a = exp (- T 0 /T 1)$
mit Abtastzeit T0 des Reglers und Zeitkonstante T1 des Filters.
Wenn die Zeitkonstante T1 ungeeignet gewählt wird, so kann dies zu zu großen Regelabweichungen über einen langen Zeitraum oder eventuell zu einem verschlechterten Einschwingverhalten des Reglers führen.
Der Quotient q_ist entspricht einem „online“-Lernverfahren der Spannkraft-Position-Kennlinie f. Voraussetzung ist es, dass der Kontaktpunkt gut gelernt ist, da dieser als Referenzpunkt in die Positionswerte φ_ist eingeht, wie oben bereits beschrieben wurde.
Der Filter 11 ist vorteilhafterweise an- und abschaltbar ausgeführt. Z.B. kann zum Abschalten des Filters der Parameter a auf Null gesetzt werden (d.h. φ_in-ist = φ*_ist).
Filter 11 wird z.B. abgeschaltet, wenn der Positionswert φ_ist negativ ist, d.h. wenn der Bremsklotz von der Bremsscheibe beabstandet ist oder wenn der Kontaktpunkt fehlerhaft bestimmt wurde, so dass negative Positionswerte auch bei vorliegender Spannkraft F>0 auftreten. So wird das Berechnen/Lernen eines inkorrekten Quotient q_ist verhindert.
Beispielsgemäß wird nur dann eine Filterung 10 durchgeführt, wenn der Kraftregler störungsfrei funktioniert. Hierzu können Werteintervalle für die Aktuatorspannkraft zur Plausibilisierung der Aktuatorspannkraft-Istwerte F_ist vorgegeben sein.
Zur Überwachung des Reglers kann die Differenz zwischen aus der Aktuatorspannkraft berechneter Aktuatorposition und gemessener Aktuatorposition daraufhin überwacht werden, dass der Betrag der Differenz einen Grenzwert nicht überschreitet. Wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren die Reaktionszeit des Kraftreglers auf einen Spannkraftsensorfehler vergrößert wird, so kann der Grenzwert größer gewählt werden, als wenn nur die aus der Aktuatorspannkraft berechnete Aktuatorposition zur Kraftregelung herangezogen würde.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Reglervorrichtung, welche in verschiedenen Regelungsmodi betreibbar ist (siehe z.B. 1), oder in einer Reglervorrichtung, welche ausschließlich zur Kraftregelung betrieben werden kann (siehe z.B. 3), durchgeführt werden.
Reglervorrichtung 1, 1' stellt eine dynamische Abgleicheinrichtung dar und sorgt dafür, dass bei einer Kraftregelung die Zuspannkraft F_ist der entsprechenden Führungsgröße Aktuatorspannkraft-Sollwert F_soll folgt.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bremssystems rein schematisch dargestellt. Bremssystem 20 umfasst eine zentrale Kontrolleinheit ECU und zumindest eine elektrisch betätigbare Bremse 22, welche von einem Aktuator 2 betätigbar ist, der von einer Reglervorrichtung 1 gesteuert bzw. geregelt wird. In 4 sind beispielsgemäß vier Radbremsen 22 mit jeweils einem Aktuator 2 und einer zugehörigen Reglervorrichtung 1 dargestellt. Die zentrale Kontrolleinheit ECU ist mit den Reglervorrichtungen 1 verbunden (Verbindungen 21 sind in 4 schematisch dargestellt). In der zentralen Kontrolleinheit ECU wird anhand der der Kontrolleinheit ECU vorliegenden Informationen und Anforderungen, wie z.B. Fahrerbremswunsch, Anforderungen eines Schlupfregelsystems (ABS: Antiblockiersystems, TCS: Traktionsregelsystem) oder Fahrerassistenzsystems (ESC: electronic stability control), Initialisierungsanforderung, Anforderung zur Lüftspieleinstellung etc., beispielsgemäß eine Entscheidung über den gewünschten Regelungsmodus (z.B. Kraftregelung M1) getroffen, welche in Form des Regelungsmodus-Parameter MX an die Reglervorrichtungen 1 weitergegeben wird. Weiterhin gibt die zentrale Kontrolleinheit ECU den Reglervorrichtungen 1 entsprechend der Anforderung, und ggf. des gewünschten Regelungsmodus, einen Sollwert (F_soll, φ_soll, φΔ_soll, n_soll) als Führungsgröße für die Regelung vor.
Eine Reglervorrichtung, welche die beschriebenen Arten von Regelungsmodi M1-M4 durchführen kann, ist vorteilhaft, um verschiedene Anforderungen an die Bremse erfüllen zu können. So wird eine Kraftregelung z.B. zur Einstellung der vom Fahrer gewünschten Bremskraft oder bei schlupfgeregelten Bremsvorgängen durchgeführt. Eine Positionsregelung wird z.B. durchgeführt, um das Lüftspiel bei einer Scheibenbremse, d.h. den Abstand zwischen der Bremsscheibe und dem verschiebbaren Bremsbelag, auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Um eine elektromechanische Bremse, welche einen mechanischen Verriegelungsmechanismus zur Realisierung einer Parkbremsfunktion umfasst, zu verriegeln, wird ebenfalls eine Positionsregelung durchgeführt, um den Aktuator in die passende Position zum Eingreifen der Verriegelung zu bringen. Eine Geschwindigkeitsregelung kann z.B. zur Bestimmung des den Bremsbelägen abgewandten Anschlags des Aktuators durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators (2) elektrisch betätigbaren Bremse, bei welchem mittels eines Spannkraftsensors (7) ein Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) und mittels eines Lagesensors (8) ein Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) ermittelt werden, und bei welchem mittels einer Reglervorrichtung (1, 1') eine Stellgröße (U) zur Ansteuerung des Aktuators (2) erzeugt wird, wobei die Reglervorrichtung (1, 1') eine Kraftregelung zur Einstellung eines Aktuatorspannkraft-Sollwertes (F_soll) durchführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglervorrichtung (1') einen Positionsregler (5) umfasst, welchem ein Aktuatorposition-Eingangssollwert (φ_in-soll) und ein Aktuatorposition-Eingangsistwert (φ_in-ist) zugeführt werden, wobei zur Bestimmung des Aktuatorposition-Eingangsistwerts (φ_in-ist) und/oder zur Überwachung der Reglervorrichtung (1') zumindest zeitweise der Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) und ein aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) bestimmter Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglervorrichtung (1, 1') als Eingangsgrößen zumindest der Aktuatorspannkraft-Sollwert (F_soll), der Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) und der Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) zugeführt werden, wobei der Aktuatorposition-Eingangssollwert (φ_in-soll) aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert (F_soll) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Zusammenhangs (f) zwischen Aktuatorposition (φ) und Aktuatorspannkraft (F) aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) der Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) bestimmt wird, und insbesondere anhand des Zusammenhangs (f) zwischen Aktuatorposition (φ) und Aktuatorspannkraft (F) aus dem Aktuatorspannkraft-Sollwert (F_soll) der Aktuatorposition-Eingangssollwert (φ_in-soll) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient (q_ist) aus dem aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) und dem Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) bestimmt wird (10).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient (q_ist), insbesondere mit einem Filter erster Ordnung, gefiltert wird (11).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gefilterte Quotient (q_filt) mit dem Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) multipliziert wird (12) und das Ergebnis der Multiplikation (12) dem Positionsregler (5) als Aktuatorposition-Eingangsistwert (φ_in-ist) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (11) an- und abschaltbar ausgeführt ist und abgeschaltet wird, wenn der Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) unterhalb eines vorgegebenen unteren Kraftschwellenwertes oder oberhalb eines vorgegebenen oberen Kraftschwellenwertes, insbesondere außerhalb eines vorgegebenen Kraftwertebereichs, liegt oder der Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) unterhalb eines vorgegebenen unteren Positionsschwellenwertes oder oberhalb eines vorgegebenen oberen Positionsschwellenwertes liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler des Spannkraftsensors (7) erkannt wird, wenn der Quotient (q_ist) außerhalb eines vorgegebenen Werteintervalls liegt.
Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung einer mittels eines Aktuators (2) elektrisch betätigbaren Bremse mit einem Spannkraftsensor (7) zur Ermittlung eines Aktuatorspannkraft-Istwertes (F_ist), mit einem Lagesensor (8) zur Ermittlung eines Aktuatorposition-Istwertes (φ_ist) und mit einer Reglervorrichtung (1, 1'), welche eine Stellgröße (U) erzeugt, mit welcher der Aktuator (2) angesteuert wird und mit welcher eine Kraftregelung zur Einstellung eines Aktuatorspannkraft-Sollwertes (F_soll) durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglervorrichtung (1, 1') eine Auswerteeinrichtung (3') und einen Positionsregler (5) umfasst, wobei in der Auswerteeinrichtung (3') aus einem Aktuatorspannkraft-Istwert (F_ist) ein Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) bestimmt wird und der bestimmte Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) und der Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) zur Kraftregelung und/oder zur Überwachung der Reglervorrichtung (1, 1') herangezogen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung (3') aus dem bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) und dem Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) ein Aktuatorposition-Eingangsistwert (φ_in-ist) bestimmt wird und der bestimmte Aktuatorposition-Eingangsistwert ((p_in-ist) und ein Aktuatorposition-Eingangssollwert (φ_in-soll) dem Positionsregler (5) als Eingangsgrößen von der Auswerteeinrichtung (3') zugeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (3') ein Mittel (10) zur Bestimmung eines Quotienten (q_ist) aus dem aus dem Aktuatorspannkraft-Istwert bestimmten Aktuatorposition-Schätzwert (φ*_ist) und dem Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) umfasst, und insbesondere zusätzlich einen Filter (11) zur Filterung des Quotienten (q_ist) und ein Mittel (12) zur Bestimmung eines Produktes aus dem gefilterten Quotient (q_filt) und dem Aktuatorposition-Istwert (φ_ist) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.
Elektronisches Bremssystem (20) für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer mittels eines Aktuators (2) elektrisch betätigbaren Bremse (22) für eine Betriebs- und/oder Feststellbremsfunktion und mit einer Steuer- und Regeleinheit (ECU), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit (ECU) zumindest eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 aufweist oder dass in der Steuer- und Regeleinheit (ECU) ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.