EP4259499A1

EP4259499A1 - Verfahren zum bestimmen einer kontaktposition und elektrisch betätigte kraftfahrzeugbremse

Info

Publication number: EP4259499A1
Application number: EP21806987.0A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Böhm
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-10-18
Also published as: WO2022128004A1; US20240042985A1; DE102020215831A1; CN116568574A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse entlang eines Verfahrwegs eines Aktuators, wobei eine Ausgangskontaktposition mittels einer Referenzkontaktposition verifiziert wird, und wobei die Ausgangskontaktposition anders bestimmt wird als die Referenzkontaktposition. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine zugehörige elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition und elektrisch betätigte Kraftfahrzeug bremse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse entlang eines Verfahrwegs sowie eine zugehörige elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse.

Elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremsen können beispielsweise als Scheibenbremse oder als Trommelbremse ausgeführt sein. Typischerweise wird dabei eine Spannkraft mittels eines Elektromotors, eines Vorschaltgetriebes und eines Rotations-/Translationsgetriebes erzeugt. Zum Messen von Spannkräften wird typischerweise ein in einem Spannmodulgehäuse gelagerter Spannkraftsensor verwendet, welcher ein Signal liefert, das der Kraft, mit der die Bremsbeläge an eine Bremsscheibe oder Bremstrommel gedrückt werden, entspricht.

Grundsätzlich kann durch Auswertung von Spannkräften auch eine Kontaktposition bestimmt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei bekannten Vorgehensweisen Fehler auftreten können, welche zu Problemen bei der Steuerung der Kraftfahrzeugbremse führen können.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse entlang eines Verfahrwegs eines Aktuators bereitzustellen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Kraftfahrzeugbremse gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse entlang eines Verfahrwegs eines Aktuators. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: - Bestimmen einer Ausgangskontaktposition basierend auf einer Messung einer Spannkraft, - Bestimmen einer Referenzkontaktposition basierend auf einer Ermittlung eines Motordrehmoments des Aktuators, - Vergleichen der Ausgangskontaktposition mit der Referenzkontaktposition und, - nur wenn eine Abweichung zwischen der Ausgangskontaktposition und der Referenzkontaktposition höchstens so groß ist wie ein Schwellenwert, Bestimmen der Ausgangskontaktposition als Kontaktposition.

Bei diesem Verfahren wird die Kontaktposition somit auf zwei unterschiedliche Arten bestimmt und die Ergebnisse werden miteinander verglichen. Die Ausgangskontaktposition basiert dabei auf einer Messung einer Spannkraft. Die Referenzkontaktposition basiert hingegen auf einer Ermittlung eines Motordrehmoments des Aktuators. Hierfür können Sensoriken zur Strommessung verwendet werden, welche in typischen Motoren ohnehin vorhanden sind. Somit kann mit minimalem apparativem Aufwand eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Bestimmens einer Kontaktposition erreicht werden, wodurch auch die Zuverlässigkeit beim Betrieb einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse deutlich verbessert werden kann.

Die elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse kann beispielsweise eine Scheibenbremse oder eine Trommelbremse sein. Die Bezeichnung Ausgangskontaktposition ist so zu verstehen, dass es sich um eine Kontaktposition handelt, welche zunächst im System abgespeichert wird und nur bei Übereinstimmung mit der Referenzkontaktposition im Rahmen des angegebenen Schwellenwertvergleichs als Kontaktposition bestimmt und damit weiterverarbeitet wird. Es kann in diesem Fall auch davon gesprochen werden, dass die Ausgangskontaktposition als Kontaktposition ausgegeben wird. Die Referenzkontaktposition ist diejenige Kontaktposition, mit welcher die Ausgangskontaktposition verglichen wird. Die Abweichung, welche mit dem Schwellenwert verglichen wird, kann eine absolute oder eine relative Abweichung sein. Dementsprechend kann der Schwellenwert vorgegeben werden. Bei einem absoluten Schwellenwert wird typischerweise ein bestimmter Betrag entlang des Verfahrwegs vorgegeben. Bei einem relativen Schwellenwert wird typischerweise ein bestimmter Prozentsatz der Ausgangskontaktposition vorgegeben, wobei sich die Referenzkontaktposition innerhalb eines Intervalls um die Ausgangskontaktposition befinden muss, welches anhand des Prozentsatzes und des aktuellen Werts der Ausgangskontaktposition berechnet wird, um die Ausgangskontaktposition als Kontaktposition zu bestimmen.

Die Referenzkontaktposition kann vorteilhaft folgendermaßen bestimmt werden: - Zuspannen der Kraftfahrzeugbremse ausgehend von einer unbetätigten Position, dabei Überwachen des Motordrehmoments, und - Bestimmen der Referenzkontaktposition basierend auf dem Motordrehmoment.

Hierfür kann typischerweise eine ohnehin vorhandene Möglichkeit zur Motordrehmomentbestimmung verwendet werden, welche typischerweise auf der Messung einer Stromaufnahme basiert. Zusätzlicher apparativer Aufwand wird somit nicht erzeugt. Die Kraftfahrzeugbremse kann sich beispielsweise zu Beginn dieses Vorgangs in ihrer Standby-Position befinden und von dort aus zuspannen, wobei wie erwähnt die Referenzkontaktposition basierend auf dem Motordrehmoment bestimmt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden für das Motordrehmoment in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Werte ermittelt. Nach jeder Ermittlung eines Werts wird eine jeweilige Gesamtheit von einer vorgegebenen Anzahl unmittelbar zurückliegender Werte definiert. Die Referenzkontaktposition wird folgendermaßen bestimmt: - nach jeder Definition einer Gesamtheit Berechnen eines Streuungsmaßes über die Gesamtheit, - wenn das Streuungsmaß betragsmäßig mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Streuungsschwellenwert, Bestimmen einer derzeitigen Position, und - Bestimmen der Referenzkontaktposition basierend auf der derzeitigen Position.

Unter einer Gesamtheit ist dabei insbesondere eine Gruppe von Werten zu verstehen, wobei eine Anzahl von beispielsweise mindestens fünf oder mindestens zehn und/oder höchstens fünfzehn oder höchstens zwanzig Werten, oder auch von zehn oder fünfzehn Werten, vorgegeben werden kann, welche in einer jeweiligen Gesamtheit enthalten sein sollen. Die Anzahl kann insbesondere eine Zahl größer eins repräsentieren. Die Gesamtheit kann als gleitendes Fenster verstanden werden, wobei sie bei jeder Bestimmung eines neuen Werts um einen Wert verschoben wird. Ein neuer Wert führt somit dazu, dass der bislang älteste Wert nicht mehr Teil der Gesamtheit ist. Durch die Verwendung eines Streuungsmaßes kann eine gewisse Mittelung über die Werte erreicht werden, wobei es sich gezeigt hat, dass beim Übergang einer Kraftfahrzeugbremse von einem nicht kontaktierenden in einen kontaktierenden Zustand ein solches Streuungsmaß typischerweise innerhalb eines sehr kurzen Wegs sehr stark ansteigt. Durch den Vergleich mit einem vorgegebenen Streuungsschwellenwert kann somit sehr exakt eine derzeitige Position bestimmt werden. Die derzeitige Position ist diejenige, an welcher sich der Aktuator entlang seines Verfahrwegs gerade zum Zeitpunkt der Überschreitung des Streuungsschwellenwerts durch das Streuungsmaß befindet. Basierend auf dieser derzeitigen Position kann die Referenzkontaktposition bestimmt werden.

Bei dem Streuungsmaß kann es sich insbesondere um eine empirische Varianz handeln. Es handelt sich dabei um ein quadratisches Streuungsmaß. Dies hat sich für typische Ausführungen als vorteilhaft erwiesen, da es im hier relevanten Fall sehr schnell ansteigt. Auch andere Streuungsmaße können jedoch verwendet werden. Die Referenzkontaktposition kann insbesondere durch Subtraktion eines Korrekturwerts von der derzeitigen Position bestimmt werden. Der Korrekturwert ist dabei typischerweise ein vorgegebener Wert, welcher einen typischen Abstand zwischen Referenzkontaktposition und derzeitiger Position angibt. Dieser kann beispielsweise experimentell für einen bestimmten Bremsentyp bestimmt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung haben die Zeitpunkte gleiche zeitliche Abstände voneinander. Mit anderen Worten wird bei einer solchen Ausführung immer nach Ablauf einer bestimmten Zeit ein Wert für das Motordrehmoment gemessen. Entsprechend wird immer nach Ablauf einer solchen vorbestimmten Zeit eine neue Gesamtheit definiert und die bereits beschriebene Vorgehensweise mit Berechnung eines Streuungsmaßes und Schwellenwertvergleich angewandt.

Bevorzugt wird zur Ermittlung des Motordrehmoments eine Stromaufnahme eines Elektromotors des Aktuators gemessen. Über eine solche Stromaufnahme kann ein guter Rückschluss auf das Motordrehmoment gezogen werden, ohne dass ein separater Drehmomentsensor erforderlich wäre. Das Motordrehmoment kann insbesondere aus der Stromaufnahme berechnet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das Motordrehmoment folgendermaßen ermittelt: - Messen einer Stromaufnahme eines Elektromotors des Aktuators, - Berechnen eines Ausgangsmotordrehmoments basierend auf der Stromaufnahme, und - Berechnen des Motordrehmoments durch Subtraktion eines Beschleunigungsmoments des Elektromotors von dem Ausgangsdrehmoment.

Das Ausgangsdrehmoment ist somit dasjenige Drehmoment, welches unmittelbar basierend auf einer gemessenen Stromaufnahme berechnet wird. Davon kann das Beschleunigungsmoment des Elektromotors abgezogen werden, um auf das in weiteren Berechnungen zu verwendende Motordrehmoment zu kommen. Das Beschleunigungsmoment kann insbesondere als Produkt aus Trägheitsmoment und aus der Ableitung der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors berechnet werden. Dies hat sich als vorteilhafte Vorgehensweise erwiesen. Alternativ wäre es auch möglich, das Ausgangsdrehmoment anders in das Motordrehmoment zu überführen, welches in weiteren Berechnungen verwendet wird.

Das Verfahren kann gemäß einer vorteilhaften Ausführung ferner folgende Schritte aufweisen: - Vergleichen der Ausgangskontaktposition mit einem unteren Grenzwert und/oder einem oberen Grenzwert, - Bestimmen der Ausgangskontaktposition als Kontaktposition nur dann, wenn die Ausgangskontaktposition mindestens so groß ist wie der untere Grenzwert und/oder wenn die Ausgangskontaktposition höchstens so groß ist wie der obere Grenzwert.

Durch eine solche Ausführung können obere und untere Grenzwerte angegeben werden, so dass vermieden werden kann, dass fehlerhafte Kontaktpositionen ausgegeben werden, welche offensichtlich außerhalb des zu erwartenden Bereichs liegen. Wenn die Ausgangskontaktposition kleiner ist als der untere Grenzwert und/oder wenn die Ausgangskontaktposition größer ist als der obere Grenzwert, kann bevorzugt eine Fehlermeldung ausgegeben werden.

Die Ausgangskontaktposition kann insbesondere folgendermaßen bestimmt werden: - Zuspannen der Kraftfahrzeugbremse ausgehend von einer unbetätigten Position, dabei Überwachen der Spannkraft, - wenn die Spannkraft einen Spannkraftschwellenwert erreicht, Bestimmen einer aktuellen Position, und - Bestimmen der Ausgangskontaktposition basierend auf der aktuellen Position.

Die aktuelle Position ist dabei diejenige Position, an welcher die Spannkraft den Spannkraftschwellenwert erreicht. Insbesondere kann durch Subtraktion eines weiteren Korrekturwerts von der aktuellen Position die Ausgangskontaktposition bestimmt werden. Dies hat sich als zuverlässige Bestimmung einer Ausgangskontaktposition erwiesen. Der weitere Korrekturwert wird dabei als weiterer Korrekturwert bezeichnet, um ihn vom weiter oben bereits erwähnten Korrekturwert, welcher im Rahmen der Bestimmung der Referenzkontaktposition verwendet wird, sprachlich abzugrenzen. Es handelt sich dabei grundsätzlich ebenso um einen Korrekturwert.

Wenn die Abweichung zwischen der Ausgangskontaktposition und der Referenzkontaktposition größer ist als der Schwellenwert, kann insbesondere eine Fehlermeldung ausgegeben werden.

Typischerweise führt eine Fehlermeldung nicht dazu, dass die Kraftfahrzeugbremse abgeschaltet wird, sondern es kann insbesondere davon abgesehen werden, einen ermittelten Wert, welcher zur Fehlermeldung geführt hat, zur Aktualisierung einer Lüftspielposition oder zu anderen Steuerungszwecken zu berücksichtigen.

Eine Fehlermeldung kann jedoch beispielsweise auch zur Ausgabe einer Warnung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs führen.

Die Position kann beispielsweise basierend auf einem gemessenen Motorwinkel bestimmt werden. Hierfür kann ein Übersetzungsfaktor verwendet werden, wobei die Position des Aktuators typischerweise der Übersetzungsfaktor multipliziert mit dem Motorwinkel ist. Ein verwendeter Motorwinkelsensor kann derart ausgebildet sein, dass er keinen festen Referenzpunkt hat, sondern nur Veränderungen des Winkels und vollständige Umdrehungen aufnehmen kann. Auch in diesem Fall ist eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, da die Kontaktpositionen relativ zueinander bestimmt werden können.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse, welche dazu konfiguriert ist, ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen. Bezüglich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die beschriebenen Vorteile können damit implementiert werden. Insbesondere kann die Sicherheit erhöht werden, da eine Ausgangskontaktposition nur dann als Kontaktposition verwendet wird, wenn sie einem Schwellenwertvergleich mit der Referenzkontaktposition, welche auf andere Weise bestimmt wird, standhält.

Eine erfindungsgemäße elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse kann insbesondere einen oder mehrere Bremsbacken und eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel aufweisen. Sie kann ferner einen Aktuator aufweisen, welcher zu seinem Antrieb einen Elektromotor aufweist und welcher dazu ausgebildet ist, die Bremsbacken gegen die Bremsscheibe oder gegen die Bremstrommel zu drücken. Des Weiteren kann die Kraftfahrzeugbremse typischerweise zumindest einen Spannkraftsensor und eine Vorrichtung zum Messen einer Stromaufnahme des Elektromotors aufweisen. Sie kann ferner insbesondere eine elektronische Steuerungsvorrichtung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:

Fig. 1 : einen Verfahrweg eines Aktuators und zugehörige Kräfte,

Fig. 2: eine Bestimmung einer Ausgangskontaktposition,

Fig. 3: eine Vorgehensweise zum Bestimmen einer

Ausgangskontaktposition,

Fig. 4a, 4b: eine Vorgehensweise zur Bestimmung einer Referenzkontaktposition, und

Fig. 5: eine Berechnungsvorschrift.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Verfahrweg eines Aktuators und zugehörige Spannkräfte.

Der Verfahrweg, auch als Arbeitsbereich bezeichnet, einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse ist typischerweise limitiert und konstruktiv durch den mechanischen Aufbau festgelegt. Er ist typischerweise so gewählt, dass eine Dicke einer Bremsscheibe oder Bremstrommel, eine Dicke von Reibbelägen, ein einzustellendes Belaglüftspiel sowie eine ausreichende Positionsreserve berücksichtigt werden können. Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Anordnung für einen Fall, in welchem eine elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse mit neuen Belägen bestückt ist. Dabei ist auf der horizontalen Achse eine Position X_Aktuator entlang eines Verfahrwegs angegeben und entlang der vertikalen Achse ist eine Spannkraft F_SP angegeben. Der maximal mögliche Arbeitsbereich MAB verläuft zwischen den Grenzen X_Mech,Min und X_Mech,Max. Innerhalb dieses Bereichs befindet sich ein verfügbarer Arbeitsbereich VAB zwischen den Grenzen, welche durch die Abstände ΔX_{Min, Reserve} und ΔX_{Max, Reserve} eingezeichnet sind. In einem Abstand ΔX_Min vom linken Ende befindet sich eine Standby-Position SP, und zwar an einer Position Xstandby. Mit einem weiteren Abstand X_LS, welcher das Lüftspiel angibt, befindet sich eine Kontaktposition KP. Diese definiert hier den Nullpunkt eines Koordinatensystems einer Spannposition X_SP in horizontaler Richtung, d.h. X_SP=0. Wie aus Fig. 1 leicht ersichtlich wird, ist die Spannkraft FSP links der Kontaktposition KP null und steigt rechts davon stärker als linear an. Diese Spannkraft F_SP kann gemessen werden und auch zur Bestimmung der Kontaktposition KP verwendet werden.

Zur Bestimmung der Position X_Aktuator bzw. Spannposition X_SP steht ein Motorwinkelsensor zur Verfügung, welcher ein Winkelsignal eines Motorwinkelsφ_Motor bereitstellt. Ein solcher Motorwinkelsensor ist typischerweise insbesondere bei elektrisch kommutierten Motoren zum Zwecke der Motoransteuerung bereits vorhanden. Der Motorwinkel φ_Motor und die Position X_Aktuator sind über einen Getriebeübersetzungsfaktor i miteinander verknüpft: X_Aktuator = i * φ_Motor.

Typischerweise handelt es sich bei einem solchem Motorwinkelsensor um einen Sensor, welcher nur Motordrehungen relativ messen kann, jedoch nicht bezogen auf einen absoluten Referenzpunkt. Somit kann beispielsweise eine Position relativ zu einem ad hoc definierten Referenzpunkt, beispielsweise eine bestimmte Kontaktposition, betrachtet werden. Das hierin beschriebene Verfahren ist derart ausgeführt, dass ein solcher Motorwinkelsensor ohne absoluten Referenzpunkt ausreichend ist. Auf einen Motorwinkelsensor mit absolutem Referenzpunkt kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Die Standby-Position X_Standby ist die Position mit definiertem Abstand X_LS von Belag zur Bremsscheibe oder Bremstrommel, in welche der Aktuator gefahren wird, wenn keine Kraftanforderung vorliegt. Sie wird auch als Lüftspielposition bezeichnet. Die Kontaktposition KP repräsentiert die Position, bei der die Beläge gerade an die Bremsscheibe oder Bremstrommel anliegen und repräsentiert bezüglich der Betätigung einer Radbremse den Übergang von der kraftfreien zur kraftschlüssigen Bewegung. Die Kenntnis dieser Kontaktposition KP ist typischerweise für ein Kraftregelsystem wichtig, damit beispielsweise die Standby-Position X_Standby richtig angefahren werden kann und in dieser Position ein definierter Abstand zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe oder der Bremstrommel eingestellt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Vorgehensweise zur Bestimmung einer Ausgangskontaktposition. Dabei wird die Kraftfahrzeugbremse zugespannt, so dass die Position ausgehend von der Standby-Position X_Standby zunächst das Lüftspiel überwindet und dann an der Kontaktposition KP ein Kontakt zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe bzw. Bremstrommel erreicht wird. Dies kann jedoch noch nicht unmittelbar gemessen werden. Deshalb wird zunächst weiter zugespannt, bis die Spannkraft F_SP einen Spannkraftschwellenwert F₁ erreicht. Wird eine solche Schwellenwertüberschreitung detektiert, so befindet sich der Aktuator an einer aktuellen Position X₁. Davon wird nun ein weiterer Korrekturwert subtrahiert, welcher einen typischen, beispielsweise empirisch ermittelten, Abstand zwischen aktueller Position und Kontaktposition angibt. Dies erlaubt eine exakte Bestimmung der Kontaktposition KP, welche in das weiter zu beschreibende Verfahren als Ausgangskontaktposition eingeht. Als Ausgangskontaktposition wird typischerweise eine Kontaktposition bezeichnet, welche mittels einer Spannkraftmessung bestimmt wird.

Der eben beschriebene Vorgang kann beispielsweise bei einer Initialisierung durchgeführt werden. Dabei wird ein Nullpunkt X₀ festgelegt, welcher ab seiner Bestimmung als Nullpunkt des Koordinatensystems für die Spannposition X_SP dient. Eine solche Bestimmung eines Nullpunkts kann beispielsweise bei einer Initialisierung oder auch bei einer Betätigung der Kraftfahrzeugbremse aufgrund einer Bremskraftanforderung erfolgen. Dabei können jedoch grundsätzlich auch Fehler auftreten, beispielsweise durch ein fehlerhaftes Signal des Spannkraftsensors. Wird ein solcher Fehler nicht erkannt und dementsprechend ein Nullpunkt des Koordinatensystems verschoben, kann dies beispielsweise zu einem vergrößerten Lüftspiel oder auch zu einem verkleinerten Lüftspiel und somit einem veränderten Ansprechverhalten führen.

Deshalb kann eine Plausibilisierung der Ausgangskontaktposition erfolgen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei wird zunächst eine Kontaktdetektion KD basierend auf der Spannkraft F_SP und einem Motorwinkel φ_Motor durchgeführt. Dies kann insbesondere wie mit Bezug auf Fig. 2 erläutert erfolgen. Ausgangswert dieser Kontaktdetektion KD ist die Ausgangskontaktposition X_K,A, welche in eine Plausibilitätsprüfung PP eingeht. Zusätzlich wird eine Referenzkontaktdetektion RKD durchgeführt, und zwar basierend auf einem Motordrehmoment M_Akt und dem bereits erwähnten Motorwinkel φ_Motor. Es wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 4 erläutert werden, wie dies erfolgt. Ausgangswert der Referenzkontaktdetektion ist eine Referenzkontaktposition X_{K, Referenz}, welche ebenfalls in die Plausibilitätsprüfung eingeht.

In der Plausibilitätsprüfung PP wird eine Differenz zwischen der Ausgangskontaktposition X_K,A und der Referenzkontaktposition X_{K, Referenz} ermittelt, und diese Differenz wird wiederum mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Ist die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert, so wird zusätzlich ein Vergleich mit einem unteren Grenzwert X_K,Min und einem oberen Grenzwert X_K,Max durchgeführt. Befindet sich die Ausgangskontaktposition X_K,A zwischen diesen beiden unteren und oberen Grenzwerte X_K,Min, X_K,Max, so kann sie ausgegeben werden, d.h. die Ausgangskontaktposition X_K,A wird als Kontaktposition X_K bestimmt bzw. übernommen und dementsprechend ausgegeben. Zusätzlich wird ein Statussignal Status(X_K) auf eins gesetzt, um anzuzeigen, dass eine verifizierte Kontaktposition anliegt. Ansonsten, d.h. wenn die Differenz größer ist als der Schwellenwert oder wenn sich die Ausgangskontaktposition X_K,A außerhalb des durch die beiden unteren und oberen Grenzwerte X_K,Min, X_K,Max definierten Bereichs liegt, wird das Statussignal Status(X_K) auf Null gesetzt, was einer Fehlermeldung entspricht und anzeigt, dass keine neue verifizierte Kontaktposition bestimmt werden konnte und somit beispielsweise die bisher bekannte Kontaktposition weiterhin gültig ist.

Durch die Verwendung der oberen und unteren Grenzwerte X_K,Min und X_K,Max kann beispielsweise geometrischen Gegebenheiten Rechnung getragen werden, wobei verhindert werden kann, dass ein fehlerhaftes Signal, welches offensichtlich außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, ausgegeben wird.

Die Fig. 4a, 4b und 5 zeigen die Vorgehensweise zur Bestimmung der Referenzkontaktposition X_{K, Referenz}. Fig. 4a zeigt dabei einen Zusammenhang zwischen Position und Spannkraft, Fig. 4b zeigt einen Verlauf eines Streuungsmaßes, und Fig. 5 zeigt eine Berechnungsvorschrift. Dabei wird grundsätzlich zunächst während des Zuspannens der Kraftfahrzeugbremse eine Stromaufnahme des Elektromotors des Aktuators gemessen. Basierend darauf wird zunächst ein Ausgangsmotordrehmoment M_{Akt, A} berechnet. Von diesem wird ein Beschleunigungsmoment M_Acc des Aktuators abgezogen, welches sich als Produkt aus Trägheitsmoment J_Gesamt und Ableitung der Winkelgeschwindigkeit ω berechnet. Das letztlich zu verwendende Motordrehmoment M_Akt wird somit folgendermaßen berechnet:

M_Akt = M_{Akt, A} - M_Acc = M_Akt - J_Gesamt * dω / dt

Das Signal ω repräsentiert dabei die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors und kann aus dem Motorwinkel φ_Motor durch Differenziation bestimmt werden.

Das so bestimmte Motordrehmoment M_Akt nimmt einen ähnlichen Verlauf wie die Spannkraft F_SP, welche in Fig. 4a angetragen ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass das derart bestimmte Motordrehmoment M_Akt in der Praxis relativ starken Schwankungen unterliegt. Deshalb ist es schwierig, eine Bestimmung der Referenzkontaktposition basierend auf einem einfachen Schwellenwertvergleich durchzuführen. Deshalb kann ein Streuungsmaß über eine Gesamtheit von jeweils einer vorbestimmten Anzahl zuletzt ermittelter Werte des Motordrehmoments M_Akt gebildet werden, und dieses Streuungsmaß kann mit einem Streuungsschwellenwert verglichen werden. Eine entsprechende Vorgehensweise ist in Fig. 4b gezeigt. Dabei ist eine Varianz σ² angetragen, und wie zu sehen ist, nimmt diese Varianz σ² ab der Kontaktposition stark zu. Bei einem ersten Zeitpunkt t₁ beginnt diese Zunahme der Varianz σ², und bei einem zweiten Zeitpunkt t₂ wird eine Überschreitung eines vorgegebenen Streuungsschwellenwerts σ²Thr bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt t₂ befindet sich der Aktuator an einer derzeitigen Position X_1,Est, welche in Fig. 4a eingezeichnet ist und von welcher wiederum ein vorgegebener Korrekturwert subtrahiert wird. Dadurch wird die Referenzkontaktposition X_{K, Referenz} bestimmt, welche in die mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene Verifizierung der Ausgangskontaktposition X_K,A eingeht.

Zur Berechnung der Varianz σ² kann insbesondere zunächst ein Mittelwert μ als Erwartungswert E der Gesamtheit von N Werten bis zu einem Wert k berechnet werden: μ(k) = E { M_Akt} = ( M_Akt(k) + M_Akt(k-1) + ... + M_Akt(k-N+1))/N

Basierend darauf kann schließlich die Varianz σ² folgendermaßen berechnet werden: σ²(k) = E {( M_Akt - μ(k))²}

= ((M_Akt(k) - μ(k))² + (M_Akt(k-1) - μ(k))² + ... + (M_Akt(k-N+1) - μ(k))² )/(N-1)

Es handelt sich hierbei um eine empirische Varianz, da es sich um eine gemessene oder aus Messwerten berechnete Größe und nicht um eine Zufallsgröße im eigentlichen Sinn handelt.

Solange die Beläge nicht an der Bremsscheibe oder der Bremstrommel anliegen, ist die Varianz typischerweise sehr klein. Der Mittelwert μ entspricht dabei einem Grundreibmoment M₀. Nach dem Anlegen der Beläge nimmt die Varianz σ² sehr schnell und signifikant zu, da sich der Mittelwert μ verändert. Dies liegt darin begründet, dass das Motordrehmoment aufgrund der wirkenden Spannkraft zunimmt.

Durch die beschriebene Vorgehensweise kann verhindert werden, dass eine möglicherweise fehlerhafte Kontaktposition, welche basierend auf einer Spannkraftmessung erhalten wird, weiterverwendet wird und zu Problemen wie beispielsweise einer falschen Steuerung der Kraftfahrzeugbremse führt.

Insgesamt kann mit der hierin beschriebenen Vorgehensweise sichergestellt werden, dass nur verifizierte Werte einer Kontaktposition verwendet werden. Damit kann die Sicherheit beim Betrieb einer Kraftfahrzeugbremse erhöht werden.

Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.

Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.

Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus. Bezugszeichenliste:

F_SP: Spannkraft

F₁: Spannkraftschwellenwert

X₁ : aktuelle Position

MAB: Maximaler Arbeitsbereich

VAB: Verfügbarer Arbeitsbereich

X_Mech,Min, X_Mech,Max: Grenzen des Arbeitsbereichs

ΔX_{Min, Reserve}, ΔX_{Max, Reserve}: Abstände

ΔX_Min: Abstand der Standby-Position

SP: Standby-Position

X_SP: Spannposition

X₀: Nullpunkt

KP: Kontaktposition

X_Aktuator: Position φ_Motor: Motorwinkel

X₀: Nullpunkt

KD: Kontaktdetektion

PP Plausibilitätsprüfung

RKD: Referenzkontaktdetektion

X_K,A: Ausgangskontakposition

X_{K, Referenz}: Referenzkontaktposition

X_K,Min, X_K,Max: Grenzwerte

X_K: Kontaktposition M_{Akt, A}: Ausgangsmotordrehmoment

M_Akt: Motordrehmoment

M_Acc: Beschleunigungsmoment

J_Gesamt: Trägheitsmoment ω : Winkelgeschwindigkeit σ²: Varianz σ²Thr: Streuungsschwellenwert

X_{1 ,Est}: derzeitige Position

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Bestimmen einer Kontaktposition (X_K) einer elektrisch betätigten Kraftfahrzeugbremse entlang eines Verfahrwegs eines Aktuators, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Bestimmen einer Ausgangskontaktposition (X_K,A) basierend auf einer Messung einer Spannkraft (F_SP), - Bestimmen einer Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) basierend auf einer Ermittlung eines Motordrehmoments (M_Akt) des Aktuators, - Vergleichen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) mit der Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}), und - nur wenn eine Abweichung zwischen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) und der Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) höchstens so groß ist wie ein Schwellenwert, Bestimmen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) als Kontaktposition (X_K).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) folgendermaßen bestimmt wird: - Zuspannen der Kraftfahrzeugbremse ausgehend von einer unbetätigten Position, dabei Überwachen des Motordrehmoments (M_Akt), und - Bestimmen der Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) basierend auf dem Motordrehmoment (M_Akt).

3. Verfahren nach Anspruch 2, - wobei für das Motordrehmoment (M_Akt) in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Werte ermittelt werden, - wobei nach jeder Ermittlung eines Werts eine jeweilige Gesamtheit von einer vorgegebenen Anzahl unmittelbar zurückliegender Werte definiert wird, - wobei die Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) folgendermaßen bestimmt wird: - nach jeder Definition einer Gesamtheit Berechnen eines

Streuungsmaßes (σ²) über die Gesamtheit, - wenn das Streuungsmaß (σ²) betragsmäßig mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Streuungsschwellenwert (σ²Thr), Bestimmen einer derzeitigen Position (X_{1 ,Est}), und - Bestimmen der Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) basierend auf der derzeitigen Position (X_{1 ,Est}).

4. Verfahren nach Anspruch 3, - wobei das Streuungsmaß (σ²) eine empirische Varianz ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, - wobei die Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) durch Subtraktion eines Korrekturwerts von der derzeitigen Position (X_1,Est) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, - wobei die Zeitpunkte gleiche zeitliche Abstände voneinander haben.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei zur Ermittlung des Motordrehmoments (M_Akt) eine Stromaufnahme eines Elektromotors des Aktuators gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Motordrehmoment (M_Akt) folgendermaßen ermittelt wird: - Messen einer Stromaufnahme eines Elektromotors des Aktuators, - Berechnen eines Ausgangmotordrehmoments ( M_{Akt, A}) basierend auf der Stromaufnahme, und - Berechnen des Motordrehmoments ( M_Akt) durch Subtraktion eines Beschleunigungsmoments (M_Acc) des Elektromotors von dem Ausgangsdrehmoment.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Schritte aufweist: - Vergleichen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) mit einem unteren Grenzwert (X_K,Min) und/oder einem oberen Grenzwert (X_K,Max), - Bestimmen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) als Kontaktposition (X_K) nur dann, wenn die Ausgangskontaktposition mindestens so groß ist wie der untere Grenzwert (X_K,Min) und/oder wenn die Ausgangskontaktposition (X_K,A) höchstens so groß ist wie der obere Grenzwert (X_K,Max).

10. Verfahren nach Anspruch 9, - wobei, wenn die Ausgangskontaktposition (X_K,A) kleiner ist als der untere Grenzwert (X_K,Min) und/oder wenn die Ausgangskontaktposition (X_K,A) größer ist als der obere Grenzwert (X_K,Max), eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangskontaktposition (X_K,A) folgendermaßen bestimmt wird: - Zuspannen der Kraftfahrzeugbremse ausgehend von einer unbetätigten Position, dabei Überwachen der Spannkraft (F_SP), - wenn die Spannkraft (F_SP) einen Spannkraftschwellenwert (F₁) erreicht, Bestimmen einer aktuellen Position (X₁), und - Bestimmen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) basierend auf der aktuellen Position (X₁).

12. Verfahren nach Anspruch 11 , - wobei die Ausgangskontaktposition (X_K,A) durch Subtraktion eines weiteren Korrekturwerts von der aktuellen Position (X₁) bestimmt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei, wenn die Abweichung zwischen der Ausgangskontaktposition (X_K,A) und der Referenzkontaktposition (X_{K, Referenz}) größer ist als der Schwellenwert, eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Position (X) basierend auf einem gemessenen Motorwinkel bestimmt wird.

15. Elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremse, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.