DE19742920A1 - Verfahren zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte - Google Patents
Verfahren zum Aufbringen definierter BetätigungskräfteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer
mittels eines Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Bremse, bei dem beim
Spannen der Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition und dem
Aktuatormoment besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter Zusammenhang zwischen
der Aktuatorposition und dem Aktuatormoment besteht, sowie Regelsysteme zur
Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 22 787 U1
bekannt. Bei der Durchführung des vorbekannten Verfahrens wird eine Kennlinie, die den
Zusammenhang zwischen dem dem Aktuator zuzuführenden, eingesteuerten Motorstrom und
der bei diesem Motorstrom zu erwartenden Betätigungskraft darstellt, mittels einer
elektronischen Steuervorrichtung derart abgefragt, daß der gewünschten Betätigungskraft der
entsprechende Stromwert zugeordnet wird. Der Ermittlung des Betätigungskraft-Istwerts
dienen Radsensoren, wobei die Kennlinie veränderbar ist, so daß der gespeicherte
Zusammenhang zwischen Motorstrom und Betätigungskraft dem tatsächlichen Zusammenhang
angepaßt werden kann.
Weniger vorteilhaft ist insbesondere die zur Durchführung des bekannten Verfahrens
notwendige Verwendung der Radsensoren anzusehen, deren Signale durch Drift und Offset
gestört werden. Aus diesem Grund ist das vorbekannte Verfahren unzuverlässig und seine
Durchführung aufwendig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren sowie Regelsysteme
vorzuschlagen, die es ermöglichen, die Funktionszuverlässigkeit bei der Durchführung des
Verfahrens zu erhöhen und die weitere Möglichkeiten zur Aufbringung definierter
Betätigungskräfte darstellen. Die Verfahren sollen dabei insbesondere ohne Verwendung der
teueren, störanfälligen Sensoren durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die sich aus dem ersten sowie
zweiten Zusammenhang ergebenden Aktuatormomente zur Ermittlung des Wirkungsgrades
ausgewertet werden.
Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens werden die Aktuatormomente bei gleichen
Aktuatorpositionen ausgewertet, vorzugsweise im Sinne der Ermittlung eines
Aktuatormomentwertes, der an dieser Aktuatorposition beim Wirkungsgrad η=1 aufgebracht
werden müßte.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird
das Aktuatormoment aus dem Aktuatorstrom bzw. dem Aktuatorstrom und der
Aktuatorspannung bzw. dem Aktuatorstrom und der Aktuatorposition bzw. der
Aktuatorspannung und der Aktuatorposition bzw. dem Aktuatorstrom, der Aktuatorspannung
und der Aktuatorposition ermittelt.
Außerdem ist es besonders vorteilhaft, wenn aus dem Aktuatormomentwert über die
Getriebeübersetzung ein Schätzwert der Betätigungskraft ermittelt wird.
Nach einem weiteren vorteilhaften Erfindungsmerkmal wird zur Erhöhung der Güte des
Verfahrens die durch die beiden Zusammenhänge begrenzte Fläche für einen
Aktuatorpositionsbereich ausgewertet. Die Auswertung erfolgt dabei vorzugsweise derart,
daß
- a) der Aktuatormomentwert durch Mittelung des maximalen und des minimalen Aktuatormomentes berechnet wird,
- b) der Aktuatormomentwert durch Berechnung der Ordinate der die Fläche halbierenden horizontalen Gerade bestimmt wird,
- c) die Aktuatormomente aus beiden Zusammenhängen bei jeweils gleicher Aktuatorposition gemittelt werden und durch die entstehenden Mittelwerte eine Ausgleichsgerade gelegt wird, deren Ordinate als Schätzwert für den Aktuatormomentwert verwendet wird,
- d) der Schwerpunkt der Fläche berechnet wird und seine Ordinate als Schätzwert für den Aktuatormomentwert verwendet wird.
Eine Verbesserung der angestrebten Regelung wird nach einem weiteren vorteilhaften
Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, daß die Aktuatormomente vor der Ermittlung des
Wirkungsgrades um die Trägheitsmomente der Bremse korrigiert werden.
Außerdem ist es besonders sinnvoll, wenn die Bremse bei der Betätigung zusätzlich derart
angesteuert wird, daß eine Aktuatormoment-Aktuatorposition-Fläche durchfahren wird, z. B.,
wenn dem Betätigungssignal der Bremse ein sinus- oder cosinusförmiges Ansteuersignal
überlagert wird.
Eine erste erfindungsgemäße Regelschaltung zur Durchführung des vorhin erwähnten
Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß
- a) ein Lageregler vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem die Aktuator-Sollposition und einem die Aktuator-Istposition repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul vorgesehen ist, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert, die die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazügehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt,
- c) dem Lageregler ein Lagesollwertgenerator vorgeschaltet ist, der das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein der gewünschten Betätigungskraft entsprechendes Signal sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell das Aktuator-Sollpositionssignal erzeugt,
- d) ein Schätzmodul vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment und/oder das der Aktuatorposition entsprechende Signale zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert, die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signale erzeugt.
Eine zweite erfindungsgemäße Regelschaltung zur Durchführung des obigen Verfahrens
zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, daß
- a) ein Momentenregler vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem das Aktuator-Sollmoment und einem das Aktuator-Istmoment repräsentierende Signale zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul vorgesehen ist, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert, die die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt,
- c) dem Momentenregler ein Momentensollwertgenerator vorgeschaltet ist, der das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein der gewünschten Betätigungskraft entsprechendes Signal sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell das Aktuator-Sollmomentensignal erzeugt,
- d) ein Schätzmodul vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment und/oder das der Aktuatorposition entsprechende Signale zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert, das die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signale erzeugt.
Bei einer dritten erfindungsgemäßen Regelschaftung zur Durchführung des obigen Verfahrens
sind die folgenden Komponenten vorgesehen:
- a) ein Betätigungskraftregler, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem den Betätigungskraft-Wunschwert und einem dem rekonstruierten Betätigungskraft- Istwert repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert, die die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt, wobei
- c) dem Betätigungskraftregler ein Betätigungskraftrekonstruktionsmodul vorgeschaltet ist, das das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein das Aktuator-Istmoment und/oder ein die Aktuator-Istposition repräsentierende Signale sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell den Betätigungskraft-Istwert erzeugt,
- d) ein Schätzmodul, dem das dem Aktuatormoment und/oder das der Aktuatorposition entsprechende Signal zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert, die die dazugehörigen Aktuatormomente aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition repräsentierenden Signale erzeugt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Bremsenmodell-Adaptionsmodul die
Bremsenmodellgrößen mittels Parameterschätzung berechnet.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß
das Bremsenmodell die Steifigkeit oder den Wirkungsgrad der Bremse abbildet.
Bei einer vierten erfindungsgemäßen Regelschaltung zur Durchführung des oben erwähnten
Verfahrens sind die folgenden Schaltungskomponenten vorgesehen:
- a) ein Bremsmomentregler vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem den Bremsmoment-Wunschwert und einem den rekonstruierten Bremsmoment-Istwert repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Kennlinien-Adaptionsmodul vorgesehen ist, dem zur Adaption der geschätzte Betätigungskraftwert und das dem Radschlupf entsprechende Signal zugeführt werden und das Parameter (Kennliniengrößen) für einen Zusammenhang (Kennlinie) zwischen dem Radschlupf und dem Bremsmoment erzeugt,
- c) dem Bremsmomentregler ein Bremsmomentrekonstruktionsmodul vorgeschaltet ist, der den Zusammenhang beinhaltet und dem ein dem Radschlupf entsprechendes Signal sowie die adaptierten Parameter (Kennliniengrößen) zugeführt werden und der den Bremsmoment-Istwert erzeugt,
- d) ein Schätzmodul vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment und das der Aktuatorposition entsprechende Signal zugeführt werden und das den geschätzten Betätigungskraftwert erzeugt.
Eine fünfte erfindungsgemäße Regelschaltung zur Durchführung des obigen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, daß
- a) ein Schlupfregler vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem den Radschlupf-Sollwert und einem den Radschlupf-Istwert repräsentierende Signale zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Kenninien-Adaptionsmodul, dem zur Adaption der geschätzte Betätigungskraftwert und das dem Radschlupf entsprechende Signal zugeführt werden und das Parameter (Kennliniengrößen) für einen Zusammenhang (Kennlinie) zwischen dem Radschlupf und dem Bremsmoment erzeugt, wobei
- c) dem Schlupfregler ein Radschlupfsollwertgenerator vorgeschaltet ist, der den Zusammenhang beinhaltet und dem ein dem gewünschten Bremsmoment entsprechendes Signal sowie die adaptierten Parameter (Kennliniengrößen) zugeführt werden und der das Radschlupf-Sollsignal erzeugt,
- d) ein Schätzmodul, dem das dem Aktuatormoment und das der Aktuatorposition entsprechende Signale zugeführt werden und das den geschätzten Betätigungskraftwert erzeugt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kennlinien-Adaptionsmodul die Kennlinie mittels
Parameterschätzung adaptiert.
Bei einer sechsten erfindungsgemäßen Regelschaltung zur Durchführung des oben
beschriebenen Verfahrens sind schließlich die folgenden Schaltungskomponenten vorgesehen:
- a) ein Betätigungskraftregler, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz zwischen einem den Betätigungskraft-Wunschwert und einem den Betätigungskraft-Istwert repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal der Aktuator über eine elektronische Leistungseinheit angesteuert wird,
- b) ein Betätigungskraftsensor, dessen Ausgangssignal der Betätigungskraft-Istwert ist, und
- c) ein Betätigungskraftsensor-Überwachungsmodul, das mittels des geschätzten Betätigungskraftwertes den Betätigungskraftsensor überwacht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung von sechs Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung hervor, in der für einander entsprechende Einzelteile gleiche Bezugszeichen
verwendet werden. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit des Aktuatormomentes
von der Aktuatorposition bzw. der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung des Zeitverlaufs der Aktuatorposition am
Beispiel der Überlagerung des Betätigungssignals mit einem Sinussignal;
Fig. 3 bis 8 diagrammatische Darstellungen verschiedener Methoden zur Bestimmung des
dem Wirkungsgrad η = 1 entsprechenden fiktiven Aktuatormomentes;
Fig. 9 bis 14 fünf Ausfürungsbeispiele von zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendbaren Regelschaltungen.
Bei der Erklärung des in Fig. 1 gezeigten Diagramms wird angenommen, daß der vorhin
erwähnte Aktuator durch einen Elektromotor gebildet ist. Das Aktuatormoment läßt sich bei
einem Elektromotor entweder aus einer oder mehreren der Größen Motorstrom IAkt,
Motorspannung UAkt und Motorposition ϕAkt berechnen. Die Motorposition ϕAkt muß
meßbar sein (bei vielen Motortypen konstruktionsbedingt gegeben, z. B. elektronisch
kommutierter Synchronmotor, Switched Reluctance Motor) oder aus dem Motorstrom IAkt
und der Motorspannung UAkt rekonstruierbar sein.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Verlauf des Aktuatormomentes MAkt über der Aktuatorposition
ϕAkt aufgetragen. Für einen Wirkungsgrad von η = 1 liegen die Aktuatormomentwerte beim
quasistatischen Zuspannen (Beschleunigung Akt so gering, daß Trägheitsmomente J und
Massen m vernachlässigbar) sowie beim Lösen auf der gleichen Kurve. Treten für einen
Wirkungsgrad von η = 1 nicht zu vernachlässigende Trägheitsmomente auf, so läßt sich aus
dem gemessenen Aktuatormoment MAkt,dyn über die Trägheiten und die Beschleunigung
(Akt) ein entsprechendes statisches Moment MAkt,stat bestimmen.
MAkt,stat,η=1 = MAkt,dyn,η=1-AktJ-mAktν2
wobei ν ein die Übersetzung des zwischen Aktuator und Bremse geschalteten Getriebes
berücksichtigender Faktor ist.
Die gesuchte Betätigungskraft FBet kann für den Fall η = 1 direkt aus dem statischen
Aktuatormoment berechnet werden:
Für den Fall η < 1 verläuft das statische Aktuatormoment beim Zuspannen oberhalb der
Kennlinie für η = 1 und beim Lösen unterhalb dieser Kennlinie. Die entstehende Fläche ist
antiproportional zum Wirkungsgrad der Bremse, d. h. je größer die beschriebene Fläche,
desto geringer der Wirkungsgrad der Bremse.
Für η < 1 läßt sich das dynamische Aktuatormoment wie folgt ausdrücken:
MAkt,stat,η=1 = MAkt,dyn,η<1-(J + mν2)Akt-dgesωAkt-sign(ωAkt).(MC0+γ.FB)
wobei ωAkt die Aktuatorgeschwindigkeit, dges die viskose Reibung, MC0 die "trockene"
Reibung und γ ein Proportionalitätsfaktor zur Berücksichtigung des Betätigungskraft
einflusses auf die trockene Reibung darstellen.
Für η < 1 ist eine Berechnung des Aktuatormomentwertes MAkt,stat,η=1 aufgrund der
unbekannten Reibparameter nicht direkt möglich. Man kann sich jedoch eine besondere
Eigenschaft elektrischer Bremsen zunutze machen. Konstruktionsbedingt wechselt nämlich bei
Drehrichtungsumkehr, also zwischen dem Zustand "Spannen" und dem Zustand "Lösen" der
Bremse nur das Vorzeichen der "trockenen" Reibungsanteile. Der Absolutwert der trockenen
Reibung ist aufgrund der Bauart der reibungsbehafteten Bauteile (Lager, z. B. Kugellager,
Tonnenlager etc. sowie Spindeltriebe, z. B. Rollengewindetriebe) drehrichtungsunabhängig.
Diese Eigenschaft ist jedoch nur unter der Annahme richtig, daß an gleicher Position die
gleiche Spannkraft als Gegenkraft anliegt, was jedoch für ein Durchfahren gleicher Positionen
in geringem zeitlichen Abstand richtig ist, da sich die Steifigkeitskennlinie (Zusammenhang
zwischen Betätigungskraft und Aktuatorposition) nur sehr langsam ändert.
Bestimmt man also die beiden Momente MAkt,η<1,spannen und MAkt,η<1,lösen bei gleicher
Aktuatorposition ϕAkt jedoch für unterschiedliche Drehrichtungen, so ist der trockene
Reibanteil von seinem Betrag für beide Drehrichtungen (Spannen und Lösen) gleich.
Folglich kann durch Addition der beiden Momente MAkt,η<1,spannen und MAkt,η<1,lösen bei
gleicher Aktuatorposition ϕAkt die trockene Reibung (MC0 + γFBet) eliminiert werden.
Mit den beiden Momenten MAkt,dyn,η<1,spannen und MAkt,dyn,η<1,lösen bei gleicher
Aktuatorposition läßt sich der gesuchte Aktuatormomentwert MAkt,stat,η=1 (η = 1) demnach
wie folgt bestimmen:
-(J + mν2).(Akt,spannen+Akt,lösen)
-dges.(ωAkt,spannen+ωAkt,lösen)].
-dges.(ωAkt,spannen+ωAkt,lösen)].
In dieser Gleichung ist jedoch immer noch der unbekannte, zeitvariante Parameter dges
(viskose Reibung) enthalten. Zur Lösung dieses Problems bieten sich zwei Vorgehensweisen
an:
- - dges kann durch Identifikationsverfahren geschätzt werden. Dazu ist es zweckmäßig, die Bremse im gelüfteten Zustand (FBet = 0 also in Phasen, in denen die Bremse nicht vom Fahrer oder vom übergeordneten Regelsystem betätigt wird) dynamisch anzuregen, und dges mittels Parameterschätzung zu bestimmen.
- - Es ist jedoch günstiger sicherzustellen, daß die Punkte gleicher Position bzw. gleicher Betätigungskraft beim Spannen und beim Lösen mit betragsmäßig gleicher Geschwindigkeit durchfahren werden. Dann wird der Term, mit dem dges multipliziert wird, zu Null und der Einfluß der viskosen Reibung wird ebenfalls mit sich selbst kompensiert. Dies kann man z. B. erreichen, indem man dem Aktuatorpositionssollsignal oder dem Betätigungskraftsollsignal einen Sinus mit kleiner Amplitude (vom Fahrer nicht spürbar) überlagert und so "Hysterezyklen" durchfahrt (siehe Fig. 1). Die Geschwindigkeit ωAkt hat dann den Verlauf eines Cosinus, so daß sich an gleicher Aktuatorposition die gleiche Geschwindigkeit einstellt.
Vorteil des letzteren Verfahrens unter Verwendung einer Anregung, die dazu führt, daß
gleiche Positionen mit gleichen Geschwindigkeiten durchfahren werden, ist also, daß die drei
unbekannten Reibungsparameter viskose Reibung dges, coulombsche Reibung MC0 und der
die Last berücksichtigende Reibfaktor γ nicht bekannt sein müssen. Sie werden bei der
Berechnung mit sich selbst kompensiert. Es ergibt sich dadurch folgender vereinfachter
Zusammenhang:
-(J + mν2).(Akt,spannen+Akt,lösen)].
Es bleiben also bei geeigneter Anregung nur noch die Trägheitsmomente und Massen, die aus
den Aktuatormomenten herausgerechnet werden müssen.
Indem für eine Aktuatorposition oder Betätigungskraft jeweils das erforderliche Moment zum
Spannen und zum Lösen der Bremse bestimmt wird, kann also der Wirkungsgrad bzw. die
Betätigungskraft berechnet werden.
Die Gestaltung des Meßverfahrens bzw. der Anregung bestimmt dabei, in welchem Umfang
nachträgliche Korrekturrechnungen bzw. zusätzliche Identifikationsverfahren notwendig sind.
Die praktische Umsetzung des beschriebenen Prinzips erfordert, daß eine Bewegungsumkehr
in der Bremse erfolgt. Es müssen somit Bereiche ausgewertet werden, in denen durch die
Betätigungskraftvorgabe eine Bewegungsumkehr vorhanden ist oder in denen diese
Bewegungsumkehr künstlich angeregt wurde. Im letzteren Fall wird also ein entsprechendes
Positionssignal oder Kraftsignal vorgegeben. Da dieses Anregungssignal nur kleine
Änderungen um einen Arbeitspunkt vorgibt bzw. es nur Sinn macht, eine Bewegungsumkehr
in einem kleinen Bereich auszuwerten, darf der Zusammenhang zwischen Kraft und Position in
diesem Bereich als linear angenommen werden. Somit unterscheiden sich die Kurvenformen
des Kraft- bzw. Positionssignals nicht und die Unterscheidung ist für die folgenden
prinzipiellen Betrachtungen nicht relevant. Bei der Auswahl des Signals bei künstlicher
Anregung muß man sich vor allem daran orientieren, daß die Betätigungskraftschätzung
während der normalen Benutzung der Bremse durchgeführt werden soll. Folglich muß man
bestrebt sein, daß trotz der notwendigen Richtungsumkehr zwischen Spannen und Lösen die
Betätigungskraft zumindest im Mittel dem Fahrerwunsch entspricht und daß die
Schwankungen vernachlässigbar gering bleiben. Für das Positions- bzw. Kraftsignal, das eine
Bewegungsumkehr in der Bremse bewirken soll, bietet sich eine Sinusschwingung an. Daher
ist es naheliegend, dem vom Fahrer oder einem übergeordneten Regelsystem vorgegebenen
Bremskraftsollwert einen Sinus zu überlagern. Bei dieser Vorgehensweise folgt der Mittelwert
der Bremskraft immer dem Fahrerwunsch. Wird das Verfahren auf Bereiche angewandt, in
denen die Bewegungsumkehr durch die Betätigungskraftvorgabe hervorgerufen wird,
erfordert dies Korrekturrechnungen, da im allgemeinen die Punkte gleicher Betätigungskraft
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und wechselnden Beschleunigungen durchfahren
werden.
Wenn das Positions- bzw. Kraftsignal, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Sinusschwingung um
einen konstanten Mittelwert ist, sind die Voraussetzungen bezüglich der Geschwindigkeit,
unter denen keine Reibungskorrektur erforderlich ist, erfüllt. Daher ist es zweckmäßig, in
gewissen Abständen den aktuellen Fahrerwunsch zu speichern und diesem Wert für die Dauer
der Messung eine Schwingung zu überlagern. Um die Forderung nach möglichst minimalem
Eingriff in das Bremsverhalten zu erfüllen, sollte die Meßdauer dabei möglichst kurz sein.
Allerdings muß sie mindestens eine Periodendauer betragen, wodurch sich Grenzen für die
verwendbare Frequenz ergeben. Außerdem muß sichergestellt werden, daß das Verfahren nur
bei annähernd konstantem Fahrerwunsch gestartet wird und daß bei einer starken Änderung
des vom Fahrer vorgegebenen Sollwerts das Verfahren gestoppt wird, damit die Ist-
Bremskraft dem Sollwert wieder folgt. Durch die vorgeschlagene Methode läßt sich der
Wirkungsgrad bzw. die Betätigungskraft elektrischer Bremsen schätzen. Der Schätzwert steht
jedoch nicht kontinuierlich zur Verfügung.
Für die Betrachtung sollen zunächst alle dynamischen Einflüsse vernachlässigt werden. Der zu
erwartende Verlauf, der in Fig. 3 mit "I" bezeichnet ist, ist am zweckmäßigsten in einem
Koordinatensystem mit der Aktuatorposition als Abszisse und dem Drehmoment des
Aktuators als Ordinate dargestellt, wobei die einzelnen Abschnitte den zugehörigen Phasen der
Schwingung (Fig. 2) durch Buchstaben und Zahlen zugeordnet sind. Im folgenden werden
diese Diagramme ausgehend vom ersten Maximum des Sinus besprochen.
Der Punkt A (Fig. 2) ist das Schwingungsmaximum und damit auch ein Umkehrpunkt der
Bewegung. Er wird im Drehmoment-Position-Diagramm in Fig. 3 in einen Bereich abgebildet,
weil durch die Umkehr der Bewegungsrichtung auch das Reibmoment sein Vorzeichen
wechselt und somit ein Sprung im Aktuatormoment auftritt. Das zur Aufrechterhaltung der
Position erforderliche Aktuatormoment vermindert sich dabei, denn ab diesem Punkt hemmt
die Reibung den Rücklauf der Bremse und unterstützt damit das Halten der Position bzw. der
Betätigungskraft.
Die fallende Flanke 1 wird ebenfalls in einen Bereich abgebildet. Das Aktuatormoment nimmt
dabei mit der Position ab, weil das Gegenmoment, das aus der Spannkraft resultiert, sinkt
(Federcharakteristik).
Im Punkt C, dem Minimum, kommt es wieder zu einer Bewegungsumkehr. Dadurch erhöht
sich das erforderliche Moment, weil nun zusätzlich zum Drehmoment, das aus der Spannkraft
resultiert, auch die Reibung überwunden werden muß. Somit wird dieser Punkt auch in einen
Bereich im Drehmoment-Position-Diagramm abgebildet.
Die steigende Flanke (in Fig. 2 mit 2 bezeichnet) wird in einen Bereich abgebildet.
Proportional zur Zunahme der Position steigt auch das erforderliche Drehmoment an, da die
Spannkraft mit dem Weg zunimmt und dieser Zusammenhang für die betrachteten kleinen
Änderungen um einen Arbeitspunkt als linear angenommen werden darf.
Punkt E in Fig. 2 entspricht wieder dem Punkt A. Damit beginnt der Zyklus von neuem.
Wenn man die Effekte berücksichtigt, die durch die viskose Reibung auftreten, ergeben sich
andere Drehmoment-Position-Diagramme, die in Fig. 3 mit "II" und "III" gekennzeichnet sind.
Bei diesen Diagrammen, von denen beim Diagramm "II" die viskose Reibung berücksichtigt
und die Trägheit nicht berücksichtigt wurden, während beim Diagramm "III" sowohl die
viskose Reibung als auch die Trägheit berücksichtigt wurden unterscheiden sich die Bereiche 1
und 2 vom gerade besprochenen Diagramm "I".
Bereich 1 ist leicht nach unten ausgewölbt, weil die viskose Reibung die Rückwärtsbewegung
des Getriebes hemmt, also weniger Aktuatormoment zum Halten der vorgegebenen
Betätigungskraft notwendig ist. Das Extremum der Wölbung liegt bei Punkt B, denn dort ist
auch die Geschwindigkeit maximal.
Bereich 2 ist nach oben gewölbt, weil das Vorzeichen der Geschwindigkeit hier positiv ist, also
die viskose Reibung zusätzlich zum Gegenmoment, das aus der Betätigungskraft resultiert,
vom Aktuator überwunden werden muß. Das Extremum der Wölbung liegt hier bei Punkt D,
da hier das Maximum der Geschwindigkeit für diesen Bewegungsabschnitt zu finden ist.
Bisher ist der Einfluß des Drehmomentes unberücksichtigt geblieben, das aufgewendet werden
muß, um die Massen zu beschleunigen. Dieser Effekt soll nun auch in die Überlegungen
einbezogen werden.
Da das Positionssignal sinusförmig ist, ist auch die zweite Ableitung wieder ein Sinus. Folglich
ist der Betrag der Beschleunigung proportional zur Abweichung von der mittleren Position.
Das Vorzeichen wird klar, wenn man bedenkt, daß in der ersten Hälfte (Abschnitt zwischen C
und D) des Bereichs 2 die Geschwindigkeit von Null aus zu ihrem Maximum ansteigt. Folglich
wird für die Beschleunigung der Massen ein zusätzliches Moment benötigt: Der Verlauf des
Drehmoments liegt über dem, der sich ohne Berücksichtigung der Trägheit ergäbe. In der
zweiten Hälfte des Bereichs 2 nimmt die Geschwindigkeit ab. Damit entlastet die Energie, die
in den Massen gespeichert ist, den Antrieb und das Moment sinkt unter die Kurve, die ohne
Berücksichtigung der Trägheit durchlaufen würde.
Im Bereich 1 ist das Verhalten analog. Hier ist in der ersten Hälfte (Abschnitt zwischen A und
B) das Aktuatormoment aufgrund der Trägheit vermindert, da weiter verzögert wird. In der
zweiten Hälfte ist wegen der einsetzenden Beschleunigung ein zusätzliches Moment
erforderlich.
Zusammenfassend läßt sich also sagen, daß die Einflüsse durch die Beschleunigung der
Trägheiten die Steigung in den Bereichen 1 und 2, die aus der Zunahme der Betätigungskraft
resultiert, verändert werden. Da der Betrag der Beschleunigung quadratisch von der
Frequenz abhängt, kann bei hohen Frequenzen der Einfluß der Trägheitskräfte sogar
überwiegen, so daß sich eine negative Steigung ergibt.
Aus den Ausgangssignalen, deren prinzipieller Verlauf im vorherigen Abschnitt für eine
Sinusüberlagerung erläutert wurde, soll letztlich ein Schätzwert für den Wirkungsgrad bzw.
die Betätigungskraft gewonnen werden. Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten
dazu vorgestellt. Für die weiteren Betrachtungen wird angenommen, daß die oben
beschriebenen Voraussetzungen durch die Form des gewählten Eingangssignals erfüllt sind.
Da der Schätzwert für die Zuspannkraft dem Positionsmittelwert der Schwingung zugeordnet
sein soll, legt Fig. 4 es nahe, für die Berechnung von MAkt,stat,η=1 die Aktuatormomente an
den Punkten B und D zu verwenden (man beachte, daß die Werte für MB und MD bereits um
die Trägheitseinflüsse korrigiert sind). Für die Praxis ist dieser Ansatz aber offensichtlich
ungeeignet, da die Schätzung dabei auf zwei isolierten Meßwerten beruhen würde und damit
extrem empfindlich gegen Störungen wäre. Daher werden verschiedene Auswertungsmethoden
vorgeschlagen.
Allen Methoden ist gemeinsam, daß sie nur eine Periode der Schwingung benutzen, also genau
einen Durchlauf durch die Schleife, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.
Die diagrammatisch in Fig. 5 dargestellte Methode ist sehr einfach, denn bei ihr stützt sich der
Schätzwert wiederum nur auf zwei Meßwerte.
Als Schätzwert wird dabei gemäß
der Mittelwert von Minimum und Maximum des Aktuatormomentes verwendet, der im
Idealfall genau mit dem gesuchten Wert zusammenfällt.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Methode wird zur Berechnung des Schätzwertes für
MAkt,stat,_η=1 die Ordinate der die Fläche horizontal halbierenden Geraden herangezogen. Zu
diesem Zweck wird der Kurvenzug in eine obere und eine untere Begrenzungslinie geteilt. Die
Funktionen foben(ϕAkt) bzw. funten(ϕAkt), die diese Linien darstellen, werden integriert,
wodurch sich die Flächen Foben und Funten ergeben. MAkt,stat,_η=1 ergibt sich somit aus:
Bei der in Fig. 7 dargestellten Methode werden die Bereiche 1 und 2 des Kurvenzuges durch
Geraden angenähert. Dabei werden Steigung und Achsenabschnitt so gewählt, daß die Summe
der Fehlerquadrate minimiert wird. Es ist offensichtlich, daß es wenig zweckmäßig wäre, die
senkrechten Bereiche A und C mit in diese Näherung einzubeziehen. Folglich darf die Gerade
nur an die Meßwerte angepaßt werden, die in einem Bereich in der Mitte des Kurvenzugs
liegen.
Aus den beiden Geraden wird eine mittlere Gerade gebildet, die im Idealfall genau durch den
Punkt (ϕAkt,mittel, MAkt,stat,η=1) geht. Die Schätzgleichung lautet also:
wobei yoben und yunten die Achsenabschnitte und moben und munten die Steigungen der
jeweiligen Geraden bezeichnen.
Fig. 4 macht deutlich, daß der Punkt mit den Koordinaten (ϕAkt,mittel, MAkt,stat,η=1) im
Idealfall mit dem Schwerpunkt der Fläche zusammenfällt. Daher wird bei der in Fig. 8
dargestellten Methode die Ordinate des Schwerpunkts als Schätzwert für MAkt,stat,η=1
verwendet.
Zur Berechnung des Schwerpunkts wird der Kurvenzug gemäß Fig. 6 in eine obere und eine
untere Kurve zerlegt. Die Schwerpunktsberechnung erfolgt dann durch Integration nach
folgenden Gleichungen:
Für den oberen Kurvenzug:
Für den unteren Kurvenzug
Für den zu schätzenden Aktuatormomentwert MAkt,stat,η=1,schätz ergibt sich daraus:
Wie bereits oben erwähnt, steht der Aktuatormoment-Schätzwert MAkt,η=1,schätz nicht
kontinuierlich zur Verfügung. Er wird vielmehr beim Auswerten der Fläche nur einmal
ermittelt. Für eine Regelung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte ist jedoch eine
kontinuierliche Rückführung notwendig.
Im Zusammenhang mit den folgenden Fig. 9 bis 14 wird beschrieben, wie der
Aktuatormoment-Schätzwert MAkt,η=1,schätz erfindungsgemäß dazu verwendet wird, ein
Modell der Bremse bzw. der Raddynamik zu adaptieren, um über das Modell eine
kontinuierliche Rückführungsgröße bereitstellen zu können.
Die in Fig. 9 dargestellte erfindungsgemäße Regelschaltung zum Aufbringen definierter
Betätigungskräfte besteht im wesentlichen aus einem Lageregler 10, einem dem Lageregler 10
vorgeschalteten Lagesollwertgenerator 11, einer dem Lageregler 10 nachgeschalteten
elektronischen Leistungseinheit 12, einem Bremsenmodell-Adaptionsmodul 13 sowie einem
Schätzmodul 14. Die elektronische Leistungseinheit 12, der als Eingangssignal das
Ausgangssignal CMD (Command = Stellgröße) des Lagereglers 10 zugeführt wird, erzeugt
elektrische Ausgangsgrößen (z. B. eine Aktuatorspannung UAkt und oder einen Aktuatorstrom
IAkt), mit denen ein lediglich schematisch angedeuteter Aktuator 15 angesteuert wird, der
unter Zwischenschaltung eines Getriebes 16 eine elektromechanisch betätigbare Bremse
betätigt, die mit dem Bezugszeichen 17 versehen ist. Der Aktuator 15, der vorzugsweise durch
einen Elektromotor gebildet ist, ist vorzugsweise mit einem Winkelmeßsystem 18 ausgestattet,
dessen der Aktuator-Istposition entsprechendes Signal vorzugsweise einer
Lagesignalaufbereitungsschaltung 19 zugeführt wird, deren Ausgangssignal ϕAkt einer
Summationsstelle 20, einem Aktuatormomentberechnungsmodul 21 sowie dem vorhin
erwähnten Schätzmodul 14 zur Verfügung gestellt wird. In der Summationsstelle 20 wird aus
einem eine Aktuator-Sollposition repräsentierenden Signal ϕsoll und dem vorhin erwähnten
Signal ϕAkt eine Regelabweichung ΔϕAkt gebildet, die als Eingangsgröße des Lagereglers 10
dient. Das Signal ϕsoll wird vom Lagesollwertgenerator 11 erzeugt, der ein Bremsenmodell
enthält und dem ein einem Betätigungskraftwunsch entsprechendes Signal FBet,soll zugeführt
wird. Dem Bremsenmodell werden adaptierte Modellgrößen zur Verfügung gestellt, die im
Bremsenmodell-Adaptionsmodul 13 aus den Ausgangssignalen M*Akt,η=1,schätz und ϕ*Akt
und/oder M*Akt des Schätzmoduls 14 erzeugt werden, dem als Eingangsgröße der im
Aktuatormomentberechnungsmodul 21 ermittelte Aktuatormoment MAkt zugeführt wird. Die
Berechnung des Aktuatormomentes erfolgt mit von der elektronischen Leistungseinheit 12
gelieferten Aktuatoreingangsgrößen und gegebenenfalls dem die Aktuator-Istposition
repräsentierenden Signal ϕAkt.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Regelschaltung sind die bereits im Zusammenhang mit Fig. 9
erwähnten Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied gegenüber
der in Fig. 9 gezeigten Schaltung besteht darin, daß ein Momentenregler 22 vorgesehen ist,
dem ein Momentensollwertgenerator 23 vorgeschaltet ist. Der Momentensollwertgenerator 23,
der das Bremsenmodell beinhaltet und dem als Eingangssignal das vorhin erwähnte
Betätigungskraftwunschsignal FBet,soll zugeführt wird, erzeugt ein das Aktuator-Sollmoment
Msoll repräsentierendes Signal, aus dem in einer zweiten Summationsstelle 24 eine dem
Momentenregler 22 zuzuführende Regelabweichung ΔMAkt gebildet wird, indem von Msoll
das vorhin erwähnte, das Aktuator-Istmoment MAkt repräsentierende Signal subtrahiert wird.
Das Aktuator-Istmomentsignal MAkt wird wieder vom Aktuatormomentberechnungsmodul 21
geliefert. Ansonsten entsprechen sowohl die Signalerzeugung als auch deren Verarbeitung
weitgehend denen, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben wurden.
Die in Fig. 11 dargestellte dritte Regelschaltung weist einen Betätigungskraftregler 25 auf,
dem als Eingangsgröße eine Regelabweichung ΔFBet zugeführt wird, die durch Subtraktion
eines eine rekonstruierte Betätigungskraft repräsentierenden Signals FBet,rek von dem bereits
vorhin erwähnten Betätigungskraftwunschsignal FBet,soll in einer dritten Summationsstelle 27
gebildet wird. Das der rekonstruierten Betätigungskraft entsprechende Signal FBet,rek wird
dabei vorzugsweise von einem Betätigungskraftrekonstruktionsmodul 26 geliefert, das das
Bremsenmodell beinhaltet und dem als Eingangsgrößen das Aktuator-Istpositionssignal ϕAkt
und/oder der im Aktuatormomentberechnungsmodul 21 ermittelte Aktuatormomentwert MAkt
zugeführt werden.
Bei den in Fig. 9 bis 11 gezeigten Ausführungen der erfindungsgemäßen Regelschaltung kann
es besonders vorteilhaft sein, wenn das Bremsenmodell-Adaptionsmodul 13 die Modellgrößen
mittels Parameterschätzung berechnet. Das Bremsenmodell kann dabei vorzugsweise entweder
die Steifigkeit der Bremse 17 oder deren Wirkungsgrad abbilden.
Bei der in Fig. 12 dargestellten vierten Regelschaltungsvariante ist ein Bremsmomentregler 28
vorgesehen, dem als Eingangsgröße eine Regelabweichung ΔMB zugeführt wird, die durch
Subtraktion eines ein rekonstruiertes Bremsmoment repräsentierenden Signals MB,rek von
einem Bremsmomentwunschsignal MB,soll in einer vierten Summationsstelle 30 gebildet wird.
Das dem rekonstruierten Bremsmoment entsprechende Signal MB,rek wird dabei vorzugsweise
von einem Bremsmomentrekonstruktionsmodul 29 geliefert, das einen Zusammenhang
zwischen dem am Rad auftretenden Schlupf λrad und dem dazugehörigen Bremsmoment
beinhaltet und dem als Eingangsgrößen das dem Radschlupf entsprechende Signal λrad sowie
adaptierte Kennliniengrößen zugeführt werden. Die adaptierten Kennliniengrößen werden
dabei vorzugsweise in einem Kennlinien-Adaptionsmodul 31 erzeugt, dem das Radschlupf-
Signal λrad sowie ein geschätzter Betätigungskraftwert F*Bet,schätz zugeführt werden, der von
einem gegenüber den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 9 bis 11 modifizierten Schätzmodul
32 geliefert wird.
Die fünfte Regelschaltung gemäß Fig. 13 zeichnet sich dadurch aus, daß ein Schlupfregler 33
vorgesehen ist, dem als Eingangsgröße eine Regelabweichung Δλrad zugeführt wird, die
durch Subtraktion des im Zusammenhang mit Fig. 12 erwähnten Radschlupfsignals λrad von
einem Radschlupfsollsignal λrad,soll in einer fünften Summationsstelle 35 gebildet wird. Das
dem gewünschten Radschlupf entsprechende Signal λrad,soll wird dabei vorzugsweise von
einem dem Schlupfregler 33 vorgeschalteten Radschlupfsollwertgenerator 34 geliefert, der
einen Zusammenhang zwischen dem am Rad auftretenden Schlupf λrad und dem
dazugehörigen Bremsmoment bzw. eine diesen Zusammenhang darstellende Kennlinie
beinhaltet und dem als Eingangsgrößen das im Zusammenhang mit Fig. 12 erwähnte
Bremsmomentwunschsignal MB,soll sowie adaptierte Kennliniengrößen zugeführt werden. Die
adaptierten Keimliniengrößen werden, ähnlich wie bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführung, in
einem Kennlinien-Adaptionsmodul 31 erzeugt, dem das Radschlupf-Signal λrad sowie der
oben erwähnte geschätzte Betätigungskraftwert F*Bet,schätz zugeführt werden.
Bei den in Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungen der erfindungsgemäßen Regelschaltung
kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das Kennlinien-Adaptionsmodul 31 bzw. 36 die
Kennlinie mittels Parameterschätzung adaptiert.
Die in Fig. 14 dargestellte sechste Regelschaltung weist schließlich einen
Betätigungskraftregler 37 auf, dem, ähnlich wie bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführung, als
Eingangsgröße die Regelabweichung ΔFBet zugeführt wird, die durch Subtraktion einer
mittels eines Betätigungskraftsensors 38 an der Bremse 17 sensierten Betätigungskraft
FBet,sens von dem bereits vorhin erwähnten Betätigungskraftwunschsignal FBet,soll in einer
sechsten Summationsstelle 39 gebildet wird. Das der sensierten Betätigungskraft
entsprechende Signal FBet,sens wird außerdem einem Betätigungskraftsensor-
Überwachungsmodul 40 zugeführt, dem als zweite Eingangsgröße der im Zusammenhang mit
Fig. 12 und 13 erwähnte geschätzte Betätigungskraftwert F*Bet,schätz zugeführt wird, und der
den Betätigungskraftsensor 38 überwacht.
Claims (23)
1. Verfahren zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Bremse, bei dem beim Spannen der
Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter
Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment
(MAkt) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus dem ersten sowie zweiten
Zusammenhang ergebenden Aktuatormomente zur Ermittlung des Wirkungsgrades (η)
ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatormomente
(MAkt) bei gleichen Aktuatorpositionen (ϕAkt) ausgewertet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatormomente
(MAkt) im Sinne der Ermittlung eines Aktuatormomentwertes (MAkt,η=1) ausgewertet
werden, der beim Wirkungsgrad η=1 aufgebracht werden muß.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß das
Aktuatormoment aus dem Aktuatorstrom (IAkt) bzw. dem Aktuatorstrom (IAkt) und
der Aktuatorspannung (UAkt) bzw. dem Aktuatorstrom (IAkt) und der
Aktuatorposition (ϕAkt) bzw. der Aktuatorspannung (UAkt) und der Aktuatorposition
(ϕAkt) bzw. dem Aktuatorstrom (IAkt), der Aktuatorspannung (UAkt) und der
Aktuatorposition (ϕAkt) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem
Aktuatormomentwert (MAkt,η=1) über die Getriebeübersetzung ein Schätzwert der
Betätigungskraft (FBet,schätz) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die durch
die beiden Zusammenhänge begrenzte Fläche für einen Aktuatorpositionsbereich
ausgewertet wird.
7. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fläche derart ausgewertet wird, daß der Aktuatormomentwert (MAkt,η=1) durch
Mittelung des maximalen und des minimalen Aktuatormomentes berechnet wird.
8. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fläche derart ausgewertet wird, daß der Aktuatormomentwert (MAkt,η=1) durch
Berechnung der Ordinate der die Fläche halbierenden horizontalen Gerade bestimmt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche derart
ausgewertet wird, daß die Aktuatormomente aus beiden Zusammenhängen bei jeweils
gleicher Aktuatorposition gemittelt werden und durch die entstehenden Mittelwerte
eine Ausgleichsgerade gelegt wird, deren Ordinate als Schätzwert für den
Aktuatormomentwert (MAkt,η=1) verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche derart
ausgewertet wird, daß der Schwerpunkt der Fläche berechnet wird und seine Ordinate
als Schätzwert für den Aktuatormomentwert (MAkt,η=1) verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die
Aktuatormomente vor der Ermittlung des Wirkungsgrades um die Trägheitsmomente
der Bremse korrigiert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremse bei der Betätigung zusätzlich derart angesteuert wird, daß eine
Aktuatormoment-Aktuatorposition-Fläche durchfahren wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betätigungssignal der
Bremse ein sinus- oder cosinusförmiges Ansteuersignal überlagert wird.
14. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Bremse, wobei beim Spannen der
Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter
Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment
(MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Lageregler (10) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (ΔϕAkt) zwischen einem die Aktuator-Sollposition (ϕsoll) und einem die Aktuator-Istposition (ϕAkt) repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul (13) vorgesehen ist, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), die die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt,
- c) dem Lageregler (10) ein Lagesollwertgenerator (11) vorgeschaltet ist, der das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein der gewünschten Betätigungskraft entsprechendes Signal (FBet,soll) sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell das Aktuator-Sollpositionssignal (ϕsoll) erzeugt,
- d) ein Schätzmodul (14) vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment (MAkt) und/oder das der Aktuatorposition (ϕAkt) entsprechende Signale zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signale erzeugt.
15. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Bremse, wobei beim Spannen der
Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter
Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment
(MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Momentenregler (22) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (ΔMAkt) zwischen einem das Aktuator-Sollmoment (Msoll) und einem das Aktuator-Istmoment (MAkt) repräsentierenden Signal zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul (13) vorgesehen ist, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), die die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt,
- c) dem Momentenregler (22) ein Momentensollwertgenerator (23) vorgeschaltet ist, der das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein der gewünschten Betätigungskraft entsprechendes Signal (FBet,soll) sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell das Aktuator-Sollmomentsignal (Msoll) erzeugt,
- d) ein Schätzmodul (14) vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment (MAkt) und/oder das der Aktuatorposition (ϕAkt) entsprechende Signale zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), das die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signale erzeugt.
16. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Bremse, wobei beim Spannen der
Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter
Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment
(MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Betätigungskraftregler (25) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (ΔFBet) zwischen einem den Betätigungskraft-Wunschwert (FBet,soll) und einem den rekonstruierten Betätigungskraft-Istwert (FBet,rek) repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Bremsenmodell-Adaptionsmodul (13) vorgesehen ist, dem zur Adaption der dem Wirkungsgrad η=1 entsprechende Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), die die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signalen zugeführt werden und das Modellgrößen für ein Bremsenmodell erzeugt,
- c) dem Betätigungskraftregler (25) ein Betätigungskraftrekonstruktionsmodul (26) vorgeschaltet ist, das das Bremsenmodell beinhaltet und dem ein das Aktuator- Istmoment (MAkt) und/oder ein die Aktuator-Istposition (ϕAkt) repräsentierende Signale sowie die adaptierten Modellgrößen zugeführt werden und der aus dem Bremsenmodell den Betätigungskraft-Istwert (FBet,rek) erzeugt,
- d) ein Schätzmodul (14) vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment (MAkt) und/oder das der Aktuatorposition (ϕAkt) entsprechende Signale zugeführt werden und das den dem Wirkungsgrad η=1 entsprechenden Aktuatormomentwert (M*Akt,η=1,schätz), die die dazugehörigen Aktuatormomente (M*Akt) aus einem oder beiden Zusammenhängen und/oder die die dazugehörige Aktuatorposition (ϕ*Akt) repräsentierenden Signale erzeugt.
17. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Radbremse für Kraftfahrzeuge,
wobei beim Spannen der Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der
Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der
Bremse ein zweiter Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Schlupfregler (33) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (Δλrad) zwischen einem den Radschlupf-Sollwert (λrad,soll) und einem den Radschlupf-Istwert (λrad) repräsentierende Signale zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Kennlinien-Adaptionsmodul (36) vorgesehen ist, dem zur Adaption der geschätzte Betätigungskraftwert (F*Bet,schätz) und das dem Radschlupf (λrad) entsprechende Signal zugeführt werden und das Parameter (Kennliniengrößen) für einen Zusammenhang (Kennlinie) zwischen dem Radschlupf und dem Bremsmoment erzeugt,
- c) dem Schlupfregler (33) ein Radschlupfsollwertgenerator (34) vorgeschaltet ist, der den Zusammenhang beinhaltet und dem ein dem gewünschten Bremsmoment (MB,soll) entsprechendes Signal sowie die adaptierten Parameter (Kennliniengrößen) zugeführt werden und der das Radschlupf-Sollsignal (λrad,soll) erzeugt,
- d) ein Schätzmodul (32) vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment (MAkt) und das der Aktuatorposition (ϕAkt) entsprechende Signale zugeführt werden und das den geschätzten Betätigungskraftwert (F*Bet,schätz) erzeugt.
18. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Radbremse für Kraftfahrzeuge,
wobei beim Spannen der Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der
Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der
Bremse ein zweiter Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Bremsmomentregler (28) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (ΔMB) zwischen einem den Bremsmoment-Wunschwert (MB,soll) und einem den rekonstruierten Bremsmoment-Istwert (MB,rek) repräsentierenden Signalen zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Kennlinien-Adaptionsmodul (31) vorgesehen ist, dem zur Adaption der geschätzte Betätigungskraftwert (F*Bet,schätz) und das dem Radschlupf (λrad) entsprechende Signal zugeführt werden und das Parameter (Kennliniengrößen) für einen Zusammenhang (Kennlinie) zwischen dem Radschlupf und dem Bremsmoment erzeugt,
- c) dem Bremsmomentregler (28) ein Bremsmomentrekonstruktionsmodul (29) vorgeschaltet ist, der den Zusammenhang beinhaltet und dem ein dem Radschlupf (λrad) entsprechendes Signal sowie die adaptierten Parameter (Kennliniengrößen) zugeführt werden und der den rekonstruierten Bremsmoment-Istwert (MB,rek) erzeugt,
- d) ein Schätzmodul (32) vorgesehen ist, dem das dem Aktuatormoment (MAkt) und das der Aktuatorposition (ϕAkt) entsprechende Signale zugeführt werden und das den geschätzten Betätigungskraftwert (F*Bet,schätz) erzeugt.
19. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bremsenmodell-Adaptionsmodul (13) die
Bremsenmodellgrößen mittels Parameterschätzung berechnet.
20. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach einem der Ansprüche 17 oder 18 dadurch
gekennzeichnet, daß das Kennlinien-Adaptionsmodul (31) die Kennlinie mittels
Parameterschätzung adaptiert.
21. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 14 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bremsenmodell die Steifigkeit der Bremse (17) abbildet.
22. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bremsenmodell den Wirkungsgrad der Bremse (17) abbildet.
23. Regelschaltung zum Aufbringen definierter Betätigungskräfte bei einer mittels eines
Aktuators über ein Getriebe elektrisch betätigbaren Radbremse für Kraftfahrzeuge,
wobei beim Spannen der Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der
Aktuatorposition (ϕAkt) und dem Aktuatormoment (MAkt) besteht und beim Lösen der
Bremse ein zweiter Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition (ϕAkt) und dem
Aktuatormoment (MAkt) besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein Betätigungskraftregler (37) vorgesehen ist, dem als Eingangssignal die Regeldifferenz (ΔFBet) zwischen einem den Betätigungskraft-Wunschwert (FBet,soll) und einem einen sensierten Betätigungskraft-Istwert (FBet,sens) repräsentierenden Signal zugeführt wird und mit dessen Ausgangssignal (CMD) der Aktuator (15) über eine elektronische Leistungseinheit (12) angesteuert wird,
- b) ein Betätigungskraftsensor (38) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal der sensierte Betätigungskraft-Istwert (FBet,sens) ist,
- c) ein Betätigungskraftsensor-Überwachungsmodul (40) vorgesehen ist, das mittels des geschätzten Betätigungskraftwertes (FBet,schätz) den Betätigungskraftsensor (38) überwacht.
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