WO2009003926A1 - VERFAHREN ZUR REGELUNG EINER MECHANISCHEN AUSGANGSGRÖßE EINES GETRIEBES - Google Patents

VERFAHREN ZUR REGELUNG EINER MECHANISCHEN AUSGANGSGRÖßE EINES GETRIEBES Download PDF

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WO2009003926A1
WO2009003926A1 PCT/EP2008/058233 EP2008058233W WO2009003926A1 WO 2009003926 A1 WO2009003926 A1 WO 2009003926A1 EP 2008058233 W EP2008058233 W EP 2008058233W WO 2009003926 A1 WO2009003926 A1 WO 2009003926A1
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WO
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transmission
gear
measured
friction brake
deviation
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PCT/EP2008/058233
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Herbert Vollert
Chi-Thuan Cao
Bertram Foitzik
Willi Nagel
Bernd Goetzelmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/14—Inputs being a function of torque or torque demand
    • F16H59/16—Dynamometric measurement of torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/02—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used
    • F16H61/0202—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
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    • F16H59/14—Inputs being a function of torque or torque demand
    • F16H2059/148—Transmission output torque, e.g. measured or estimated torque at output drive shaft

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a mechanical output of a transmission having the features of the preamble of claim 1.
  • mechanical output quantity is meant a moment or a force of a transmission output.
  • the inventive method for controlling a clamping force of an electromechanical vehicle brake or generally an electro-mechanical friction brake is provided.
  • the invention will therefore be explained with reference to this intended application, on the basis of which the invention can be clearly explained.
  • the invention is therefore not limited to the intended application, that is not limited to the regulation of an electromechanical friction brake. Rather, the method according to the invention makes it possible to regulate a mechanical output variable of a transmission in general and independently of its use.
  • Electromechanical friction brakes are known per se.
  • the known friction brake has a friction brake lining, which is for actuating the brake against a brake disc can be pressed, the generalizing can also be referred to as a brake body.
  • the known friction brake on an electric motor, a reduction gear and a rotation / translation conversion gear.
  • the rotation / translation conversion gear may be, for example, a helical gear, it sets a rotational movement of the reduction gear in a translational movement for moving the Reibbremsbelags and for pressing the friction brake pad to the brake disc.
  • the known friction brake has a self-reinforcing.
  • the friction brake pad is supported on a wedge surface, which is arranged at an angle to the brake disc. The pressed when the friction brake against the brake disc friction brake pad is acted upon by the rotating brake disc with a frictional force in the direction of rotation. The frictional force urges the friction brake lining into a narrowing wedge gap between the wedge surface and the brake disk.
  • a support of the Reibbremsbelags on the wedge surface causes according to the wedge principle a supporting force perpendicular to the wedge surface, which has a component perpendicular to the brake disc.
  • the vertical to the brake disc component of the supporting force is a pressing force that presses the friction brake lining in addition to a force applied by the actuating force against the brake disc and thus increases the braking force.
  • Other self-reinforcing mechanisms are known.
  • the invention is not limited to a friction brake with self-boosting nor disc brakes, it is also for other Bremsenbau- forms, for example, drum brakes or other applications intended.
  • the clamping force ie the force with which the friction brake lining is pressed against the brake disk
  • the pressure sensor is for example a piezo element.
  • the inventive method with the features of claim 1 measures gear positions at two different, drive-connected points of the transmission and regulates their deviation from each other as a controlled variable, so as to be controlled size or actual value.
  • a gear position in the context of the invention is an angular position of a gear shaft or its rotation angle, d. H. the number of completed revolutions and partial revolutions.
  • the position or the path of the displaced gear part is the gear position in the sense of the invention.
  • gear positions are positions, angles or paths of parts of the transmission, which are moved in a drive of the transmission.
  • Drive-connected points of the transmission according to the invention are moving parts of the transmission, for example, waves, one of which drives the other directly or indirectly.
  • the measurement on a transmission input shaft and on a transmission output shaft is assumed below.
  • the transmission input and output shaft rotate at unloaded gear ratio of a gear ratio to each other.
  • the ratio of the revolutions of the two shafts is constant and equal to the gear ratio or its reciprocal.
  • the proportionality also applies to the assumption of a backlash-free and rigid gearbox in which the gear parts do not deform under load.
  • an elastic deformation of the drive-connected parts of the transmission which should be referred to here as the transmission elasticity.
  • the result of the transmission elasticity is that the transmission input and output shafts do not only move or rotate in proportion to the ratio of the gear ratio, but instead an additional rotation of the transmission output shaft takes place Reference to the transmission input shaft by the load of the transmission due to the transmission elasticity.
  • This additional rotation of the transmission output shaft with respect to the transmission input shaft is in a unique way, although not necessarily proportional, of the load of the transmission, so for example an output torque of the transmission dependent.
  • the rotation of the transmission output shaft with respect to the transmission input shaft is thus a measure of the mechanical load on the transmission. If the rotation of the transmission output shaft is regulated in relation to the transmission input shaft, as provided for by the invention, a force exerted by the transmission is also automatically regulated, or in the case of a translatory transmission, a force. For control, it is not necessary to know the actual magnitude of the torque or the force, the dependence of the torque or the force of the rotation of the transmission output shaft with respect to the transmission input shaft under load of the transmission must therefore not be known.
  • the rotation of the transmission output shaft with respect to the transmission input shaft under load is generally referred to as a deviation of the gear positions at the two different drive-connected points, the points need not be the transmission input and the transmission output, it can for example also be measured at an intermediate shaft of the transmission. If the number of revolutions and partial revolutions are measured, their ratio with unloaded gearbox is equal to the gear ratio or its reciprocal value. The difference between the ratio of the measured gear positions of the gear ratio or its reciprocal forms the deviation to be controlled, which is uniquely dependent on the load of the transmission, so a measure of the moment or the force at the transmission output.
  • the gear positions can be, for example, with Hall sensors,
  • Incremental and other rotation angle sensors easily and inexpensively. If the transmission is driven by an electric motor, it often has a rotation angle sensor anyway, its signal as the gear position can be used at the transmission input. For example, in an electronically commutated electric motor, the angle of rotation is available anyway.
  • the invention allows a simple and inexpensive way to control the mechanical output of a transmission, so its moment or force at the transmission output. The measurement is possible with two rotary (angle) sensors, a complex force or moment sensor are not required. If an electric motor driving the transmission has a rotation angle sensor, only one additional rotation angle sensor is necessary. Another advantage of the invention is that in Reversier surge, ie upon reversal of the direction of rotation, a backlash is measurable.
  • Claims 2 and 4 therefore provide a measurement at a transmission input and at a transmission output.
  • the gearbox output if possible, for example, the displacement of a friction brake lining can also be measured on a device driven by the gearbox, for example on an electromechanical friction brake. This is the subject of claim 6.
  • the rotation angle of the transmission shafts or a travel of a translation gear to the transmission output are smaller, thereby reducing a measurement accuracy.
  • This may be a reason, not at the transmission output, but in drive direction of action closer to the transmission input, so for example to measure an intermediate shaft of a multi-stage transmission, for example.
  • This provides claim 5.
  • the angular position of a motor shaft or a rotor of a drive motor of the transmission can be measured. This is particularly useful when the Drive motor has a rotor position sensor whose signal can be used. This is the subject of claim 3.
  • Claim 8 provides to determine from the transmission elasticity and the two measured gear positions, the mechanical output of the transmission, so its moment or force. Instead of the mechanical output variable, in the case of an electromechanical friction brake, its clamping force can also be determined.
  • the transmission elasticity can be determined experimentally in any case in the static state (claim 8).
  • Claim 7 provides a monitoring of the deviation of the two measured gear positions from each other. If the deviation exceeds a predetermined permissible value, this can be an indication of a sensor error or damage in the transmission of force or torque. In this case, the amount of permissible deviation depending on the rotation of the transmission, so for example, the delivery of the friction brake, with the clamping force of the friction brake and thus the mechanical output of the
  • So gear positions can be measured depending on one of the two
  • Gear positions are evaluated.
  • the monitoring is used to monitor the transmission and possibly the entire system, so the transmission with his
  • the subject matter of claim 11 is the determination of an attachment point of a friction brake lining of a friction brake actuated by the transmission on a brake body to be braked, for example a brake disk.
  • izoffy means the gear position, in which the friction brake lining comes to the brake body during delivery after overcoming a clearance of the friction brake in abutment.
  • the transmission is mechanically unloaded up to the point of contact, the two measured gear positions are in the ratio of the gear ratio or their reciprocal value to each other. If the friction brake is tightened more strongly when friction brake lining is applied to the brake body, the clamping force increases and with it a moment loading the transmission. As a result, the two measured transmission positions deviate from the transmission ratio of the transmission or its reciprocal value.
  • the contact point of the friction brake lining on the brake body of the friction brake can be determined in this way.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the single figure shows a block diagram of a method for controlling a mechanical output of a transmission according to the invention.
  • the drawing shows a gear transmission 1 as a mechanical reduction gear and a helical gear 2 as a rotation / translation conversion gear, which converts a rotational movement of the gear transmission 1 in a translational movement.
  • the gear transmission 1 may be one or more stages, it may for example also have a planetary gear.
  • the gear transmission 1 and the helical gear 2 can also be considered as a transmission 3.
  • the drive of the gear transmission 1 is effected by means of an electric motor 4. With the gear transmission 1 and the helical gear 2, the electric motor 4 forms an actuating device 5 of an electromechanical friction brake 6, for example a disc brake.
  • the friction brake 6 is in particular a vehicle or wheel brake for a motor vehicle, not shown.
  • the friction brake 6 may have a self-reinforcement.
  • Electromechanical friction brakes are known in the art and will not be explained in detail here, because they are not the actual subject of the invention form.
  • a first rotation angle sensor 7 measures an input rotation angle ⁇ E at a transmission input, ie an input point of the gear transmission 1. If the electric motor 4 has a rotation angle sensor, such as an electronically commutated electric motor, its signal can be used. In general, the signal of a rotor position sensor (if present) of the electric motor 4 can be used as input rotation angle ⁇ E for regulation.
  • a second rotation angle sensor 8 measures a rotation angle ⁇ A at a transmission output, ie an output shaft of the gear transmission 1. Instead of the rotation angle at the transmission output of the gear transmission 1, for example, a travel at an output of the helical gear 2 or a displacement of a friction brake lining of the friction brake effected by the helical gear 2 6 are measured.
  • the rotation angle sensors 7, 8 measure full and partial revolutions of a transmission input shaft or motor shaft and a transmission output shaft. So gear positions are measured at two different, drive-connected points, namely at the input and the output of the gear transmission 1.
  • the electric motor 4 exerts a torque M E on the gear transmission 1, which is translated by the gear transmission 1 in a moment M A , which drives the helical gear 2.
  • the helical gear 2 sets the moment M A in a clamping force F s with which a friction brake lining of the friction brake 6 is pressed against a braking body to be braked, in the case of a disc brake against a brake disc.
  • the electromechanical actuating device 5 is in particular integrated into a housing of a brake caliper of the friction brake 6.
  • the ratio of the two rotation angle ⁇ A / ⁇ E is formed and deducted a gear ratio i of the gear transmission 1. If the gear transmission 1 is free of load, the rotation angle of the transmission output ⁇ A and the transmission input ⁇ E of the gear transmission 1 are in the ratio of the gear ratio i. The output value of the computing element 9 is zero. Is the gear transmission 1 under load, so it transmits a moment, turns up Reason of a gear elasticity, the transmission output shaft relative to the transmission input shaft, the ratio of the rotation angle ⁇ A at the transmission output to the rotation angle ⁇ E at the transmission input deviates from the transmission ratio i and the output value of the computing element 9 deviates from zero.
  • the output value of the computing element 9, which is referred to as the deviation ⁇ , is a measure of a moment of the gear transmission 1 and the clamping force F s , the moment of the gear transmission 1 and the clamping force F s are dependent on the deviation ⁇ in a clear, not necessarily linear manner.
  • the torque of the gear transmission 1, that is, for example, its moment M A at the transmission output and the clamping force F s at the output of the helical gear 2 or the friction brake 6 can be controlled. Not necessary for the control is the knowledge of the actual height of the moment M A and the clamping force F s .
  • the deviation ⁇ can be used to determine the moment M A of the gear transmission 1 and the clamping force Fs.
  • the latter is shown symbolically in the embodiment in the field or member 10 by a characteristic. As I said, the dependence does not have to be linear, so the curve does not have to be a straight line.
  • the deviation ⁇ is as already said, the ratio of the rotation angle ⁇ A at the output of the gear transmission 1 to the rotation angle ⁇ E at the input of the gear transmission 1 minus the gear ratio i of the gear transmission 1.
  • the dependence between the clamping force F s and the deviation ⁇ can be in any case static condition easily determined experimentally.
  • the computing element 9 can be realized by analog controllers or digitally by an electronic controller, a microprocessor 11 or the like, wherein the symbolized by the member 10 dependency of the clamping force F s of the deviation ⁇ can be stored in a memory.
  • the estimated in the member 10 clamping force Fschatz is fed back negative and compared at a differentiating point 12 with a setpoint F S ⁇ ⁇ the clamping force.
  • the desired value F S ⁇ ⁇ the clamping force can with a pedal unit 13 or a hand lever unit from the pedal or lever force or -weg be determined.
  • the difference of the desired value F S ⁇ ⁇ and the estimated clamping force F Sc hatz is supplied as a control deviation to a controller 14 which determines a manipulated variable to the electric motor 4 to be supplied voltage U.
  • Task of the controller 14 is the deviation of the setpoint value F S ⁇ ⁇ the clamping force and the estimated clamping force F Sc hatz to zero to regulate. In this way, the clamping force F s is controlled according to the invention.
  • the torque of the gear transmission 1 can be controlled in other applications, the invention is not limited to the operation of a friction brake 6, although this is a preferred application of the invention.
  • the deviation ⁇ increases as the clamping force F s becomes higher, assuming a linear dependence. If the deviation ⁇ deviates by more than one permissible tolerance from the value which it would have to have as a function of the clamping force Fs, this indicates an error or a defect. This is monitored, wherein instead of the clamping force F s, the dependence of the deviation ⁇ of one of the two rotational angles ⁇ E , ⁇ A of the gear transmission 1 is monitored.
  • a backlash may increase during operation due to tooth flank wear and bearing wear.
  • the backlash can be continuously monitored and evaluated by measuring / monitoring the angles of rotation ⁇ E , ⁇ A.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung beispielsweise einer Spannkraft (FS) einer elektromechanischen Reibungsbremse (6). Dazu werden ein Drehwinkel (φA) an einen Ausgang und ein Drehwinkel (φE) an einem Eingang eines Getriebes (1) gemessen, es wird ihr Verhältnis gebildet und eine Getriebeübersetzung (i) abgezogen. Der errechnete Wert ist eine Abweichung (Δ). Bei unbelastetem Getriebe (1) ist das Verhältnis der Drehwinkel (φA/φE) gleich der Getriebeübersetzung (i), die Abweichung (Δ) ist Null. Eine Änderung der Abweichung (Δ) vom Wert Null ist ein Maß für eine mechanische Belastung, beispielsweise ein Moment des Getriebes (1).

Description

Verfahren zur Regelung einer mechanischen
Ausgangsgröße eines Getriebes
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer mechanischen Ausgangsgröße eines Getriebes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Mit mechanischer Ausgangsgröße ist ein Moment oder eine Kraft eines Getriebeausgangs gemeint.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Spannkraft einer elektromechanischen Fahrzeugbremse oder allgemein einer elektro- mechanischen Reibungsbremse vorgesehen. Die Erfindung wird deswegen anhand dieser vorgesehenen Anwendung erläutert werden, anhand der sich die Erfindung anschaulich erläutern lässt. Die Erfindung ist deswegen nicht auf die vorgesehene Anwendung, also nicht auf die Regelung einer elektromechanischen Reibungsbremse beschränkt. Vielmehr ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Regelung einer mechanischen Ausgangsgröße eines Getriebes allgemein und unabhängig von dessen Verwendung.
Elektromechanische Reibungsbremsen sind an sich bekannt. Beispielhaft wird auf die Offenlegungsschrift DE 102 01 555 A1 verwiesen, die als Scheibenbremse ausgeführt ist. Die bekannte Reibungsbremse weist einen Reibbremsbelag auf, der zur Betätigung der Bremse gegen eine Bremsscheibe drückbar ist, die verallgemeinernd auch als Bremskörper bezeichnet werden kann. Zum Andrücken des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe weist die bekannten Reibungsbremse einen Elektromotor, ein Untersetzungsgetriebe und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe auf. Das Rotations- /Translations-Umsetzungsgetriebe kann beispielsweise ein Schraubgetriebe sein, es setzt eine Drehbewegung des Untersetzungsgetriebes in eine Translationsbewegung zum Verschieben des Reibbremsbelags und zum Andrücken des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe um.
Die bekannte Reibungsbremse weist eine Selbstverstärkung auf. Dazu stützt sich der Reibbremsbelag an einer Keilfläche ab, die in einem Winkel zur Bremsscheibe angeordnet ist. Der bei betätigter Reibungsbremse gegen die Bremsscheibe gedrückte Reibbremsbelag wird von der drehenden Bremsscheibe mit einer Reibungskraft in Drehrichtung beaufschlagt. Die Reibungskraft beaufschlagt den Reibbremsbelag in einen enger werdenden Keilspalt zwischen der Keilfläche und der Bremsscheibe. Eine Abstützung des Reibbremsbelags an der Keilfläche bewirkt nach dem Keilprinzip eine Abstützkraft senkrecht zur Keilfläche, die eine Komponente senkrecht zur Bremsscheibe aufweist. Die zur Bremsscheibe senkrechte Komponente der Abstützkraft ist eine Andruckkraft, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Andruckkraft gegen die Bremsscheibe drückt und somit die Bremskraft erhöht. Es sind andere Selbstverstärkungsmechanismen bekannt. Auch ist die Erfindung weder auf eine Reibungsbremse mit Selbstverstärkung noch auf Scheibenbremsen beschränkt, sie ist auch für andere Bremsenbau- formen, beispielsweise Trommelbremsen oder für sonstige Anwendungen gedacht.
An der bekannten Reibungsbremse wird die Spannkraft, also die Kraft, mit der der Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt wird, mit einem Drucksensor gemessen, der zwischen einem Reibbremsbelag und einem Bremssattel angeordnet ist. Der Drucksensor ist beispielsweise ein Piezo- Element. Als alternative Möglichkeit schlägt die genannte Offenlegungsschrift die Messung einer elastischen Verformung des Bremssattels mittels eines Dehnungsmessstreifens vor.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 misst Getriebestellungen an zwei verschiedenen, antriebsverbundenen Stellen des Getriebes und regelt deren Abweichung voneinander als Regelgröße, also als zu regelnde Größe oder Istwert. Eine Getriebestellung im Sinne der Erfindung ist eine Winkellage einer Getriebewelle oder deren Drehwinkel, d. h. die Anzahl der zurückgelegten Umdrehungen und Teilumdrehungen. Bei einer Verschiebebewegung eines translatorischen Getriebes ist die Position oder der Weg des verschobenen Getriebeteils die Getriebestellung im Sinne der Erfindung. Getriebestellungen sind also Stellungen, Winkel oder Wege von Teilen des Getriebes, die bei einem Antrieb des Getriebes bewegt werden. Antriebsverbundene Stellen des Getriebes im Sinne der Erfindung sind bewegliche Teile des Getriebes, beispielsweise also Wellen, deren eine die andere unmittelbar oder mittelbar antreibt.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend die Messung an einer Getriebeeingangswelle und an einer Getriebeausgangswelle angenommen. Die Getriebeeingangs- und -ausgangswelle drehen sich bei unbelastetem Getriebe im Verhältnis einer Getriebeübersetzung zueinander. Das Verhältnis der Umdrehungen der beiden Wellen ist konstant und gleich der Getriebeübersetzung oder ihres Kehrwerts. Die Proportionalität gilt auch bei der Annahme eines spielfreien und starren Getriebes, bei dem sich die Getriebeteile unter Belastung nicht verformen. In der Praxis erfolgt unter Belastung eine elastische Verformung der antriebsverbundenen Teile des Getriebes, die hier als Getriebeelastizität bezeichnet werden soll. Die Getriebeelastizität hat zur Folge, dass sich die Getriebeeingangs- und -ausgangswelle nicht nur im Verhältnis der Getriebeübersetzung, also proportional zueinander bewegen bzw. drehen, sondern es erfolgt eine zusätzliche Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug zur Getriebeeingangswelle durch die Belastung des Getriebes auf Grund der Getriebeelastizität. Diese zusätzliche Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle ist in eindeutiger Weise, wenn auch nicht unbedingt proportional, von der Belastung des Getriebes, also beispielsweise einem Ausgangsmoment des Getriebes abhängig. Die Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle ist folglich ein Maß für die mechanische Belastung des Getriebes. Wird die Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle geregelt, wie es die Erfindung vorsieht, wird automatisch auch ein vom Getriebe ausgeübtes Moment oder bei einem Translationsgetriebe eine Kraft geregelt. Zur Regelung ist es nicht notwendig, die tatsächliche Höhe des Moments oder der Kraft zu kennen, die Abhängigkeit des Moments oder der Kraft von der Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle bei Belastung des Getriebes muss deswegen nicht bekannt sein.
Die Verdrehung der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle unter Belastung wird verallgemeinernd als Abweichung der Getriebestellungen an den beiden verschiedenen antriebsverbundenen Stellen bezeichnet, wobei die Stellen nicht der Getriebeeingang und der Getriebeausgang sein müssen, es kann beispielsweise auch an einer Zwischenwelle des Getriebes gemessen werden. Werden die Anzahl der Umdrehungen und Teilumdrehungen gemessen, ist deren Verhältnis bei unbelastetem Getriebe gleich der Getriebeübersetzung oder ihrem Kehrwert. Die Differenz des Verhältnisses der gemessenen Getriebestellungen von der Getriebeübersetzung oder ihrem Kehrwert bildet die zu regelnde Abweichung, die in eindeutiger Weise abhängig von der Belastung des Getriebes, also ein Maß für das Moment oder die Kraft am Getriebeausgang ist.
Die Getriebestellungen lassen sich beispielsweise mit Hall-Sensoren,
Inkrementalmessern und anderen Drehwinkelsensoren einfach und preisgünstig messen. Wird das Getriebe von einem Elektromotor angetrieben, weist dieser oftmals ohnehin einen Drehwinkelsensor auf, dessen Signal als Getriebestellung am Getriebeeingang verwendet werden kann. Bei beispielsweise einem elektronisch kommutierten Elektromotor ist der Drehwinkel ohnehin verfügbar. Die Erfindung ermöglicht in einfacher und preisgünstiger Weise eine Regelung der mechanischen Ausgangsgröße eines Getriebes, also dessen Moment oder Kraft am Getriebeausgang. Die Messung ist mit zwei Dreh-(Winkel-)Sensoren möglich, ein aufwändiger Kraft- oder Momentsensor sind nicht erforderlich. Weist ein das Getriebe antreibender Elektromotor einen Drehwinkelsensor auf, ist lediglich ein zusätzlicher Drehwinkelsensor notwendig. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass im Reversierbetrieb, also bei Umkehrung der Drehrichtung, ein Getriebespiel messbar ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Um eine möglichst hohe Auflösung zu erreichen, sollten die beiden Messstellen im Sinne einer gedachten Antriebswirkungslinie möglichst weit voneinander entfernt sein, so dass die Getriebeelastizität eine große Abweichung der beiden gemessenen Größen bewirkt. Die Ansprüche 2 und 4 sehen deswegen eine Messung an einem Getriebeeingang und an einem Getriebeausgang vor. Anstatt am Getriebeausgang kann, sofern möglich, auch an einer mit dem Getriebe angetriebenen Vorrichtung, beispielsweise an einer elektromechanischen Reibungsbremse, beispielsweise die Verschiebung eines Reibbremsbelags gemessen werden. Das ist Gegenstand des Anspruchs 6. Bei einem Untersetzungsgetriebe werden die Drehwinkel der Getriebewellen bzw. ein Stellweg eines Translationsgetriebes zum Getriebeausgang hin kleiner, wodurch sich eine Messgenauigkeit verringert. Das kann Grund sein, nicht am Getriebeausgang, sondern in Antriebswirkungsrichtung näher am Getriebeeingang, also beispielsweise an einer Zwischenwelle eines beispielsweise mehrstufigen Getriebes zu messen. Das sieht Anspruch 5 vor. Als Eingangsgröße kann auch die Winkelstellung einer Motorwelle bzw. eines Rotors eines Antriebsmotors des Getriebes gemessen werden. Das bietet sich insbesondere an, wenn der Antriebsmotor einen Rotorlagesensor aufweist, dessen Signal verwendet werden kann. Das ist Gegenstand des Anspruchs 3.
Anspruch 8 sieht vor, aus der Getriebeelastizität und den beiden gemessenen Getriebestellungen die mechanische Ausgangsgröße des Getriebes, also dessen Moment oder Kraft zu ermitteln. Statt der mechanischen Ausgangsgröße kann im Falle einer elektromechanischen Reibungsbremse auch deren Spannkraft ermittelt werden. Die Getriebeelastizität lässt sich jedenfalls im statischen Zustand experimentell ermitteln (Anspruch 8).
Anspruch 7 sieht eine Überwachung der Abweichung der beiden gemessenen Getriebestellungen voneinander vor. Überschreitet die Abweichung einen vorgegebenen zulässigen Wert, kann das ein Hinweis auf einen Sensorfehler oder einen Schaden in der Kraft- oder Momentenübertragung sein. Dabei kann die Höhe der zulässigen Abweichung abhängig von der Drehung des Getriebes, also beispielsweise der Zustellung der Reibungsbremse sein, mit der die Spannkraft der Reibungsbremse und damit die mechanische Ausgangsgröße des
Getriebes und die Abweichung der beiden gemessenen Getriebestellungen voneinander steigt. Die überwachte Abweichung der beiden gemessenen
Getriebestellungen kann also in Abhängigkeit von einer der beiden gemessenen
Getriebestellungen bewertet werden. Die Überwachung dient der Überwachung des Getriebes und evtl. des Gesamtsystems, also des Getriebes mit seinem
Antriebsmotor und/oder seiner angeschlossenen Komponenten, beispielsweise einer Bremse.
Gegenstand des Anspruchs 11 ist die Ermittlung eines Anlagepunkts eines Reibbremsbelags einer mit dem Getriebe betätigten Reibungsbremse an einem zu bremsenden Bremskörper, beispielsweise einer Bremsscheibe. Anlagepunkt meint die Getriebestellung, bei der der Reibbremsbelag beim Zustellen nach Überwindung eines Lüftspiels der Reibungsbremse in Anlage an den Bremskörper kommt. Bis zum Anlagepunkt ist das Getriebe mechanisch unbelastet, die beiden gemessenen Getriebestellungen stehen im Verhältnis der Ge- triebeübersetzung oder ihres Kehrwerts zueinander. Wird die Reibungsbremse bei am Bremskörper anliegendem Reibbremsbelag stärker zugespannt, erhöht sich die Spannkraft und mit ihr ein das Getriebe belastendes Moment. Dadurch weichen die beiden gemessenen Getriebestellungen vom Übersetzungsverhältnis des Getriebes oder seines Kehrwerts ab. Der Anlagepunkt des Reibbremsbelags am Bremskörper der Reibungsbremse lässt sich auf diese Weise ermitteln.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Regelung einer mechanischen Ausgangsgröße eines Getriebes gemäß der Erfindung.
Ausführungsform der Erfindung
Die Zeichnung zeigt ein Zahnradgetriebe 1 als mechanisches Untersetzungsgetriebe und ein Schraubgetriebe 2 als Rotations-/Translations-Um- Setzungsgetriebe, das eine rotatorische Bewegung des Zahnradgetriebes 1 in eine translatorische Bewegung umsetzt. Im Ausführungsbeispiel ist mit dem Zahnradgetriebe 1 , ein schlupffreies und reibungsarmes Getriebe gewählt worden. Das Zahnradgetriebe 1 kann ein- oder mehrstufig sein, es kann beispielsweise auch ein Planetengetriebe aufweisen. Das Zahnradgetriebe 1 und das Schraubgetriebe 2 können auch als ein Getriebe 3 aufgefasst werden. Der Antrieb des Zahnradgetriebes 1 erfolgt mittels eines Elektromotors 4. Mit dem Zahnradgetriebe 1 und dem Schraubgetriebe 2 bildet der Elektromotor 4 eine Betätigungseinrichtung 5 einer elektromechanischen Reibungsbremse 6, beispielsweise einer Scheibenbremse. Die Reibungsbremse 6 ist insbesondere eine Fahrzeug- oder Radbremse für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Reibungsbremse 6 kann eine Selbstverstärkung aufweisen. Elektromechanische Reibungsbremsen sind dem Fachmann bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden, weil sie nicht den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bilden. Ein erster Drehwinkelsensor 7 misst einen Eingangsdrehwinkel φE an einem Getriebeeingang, also einer Eingangselle des Zahnradgetriebes 1. Sofern der Elektromotor 4 einen Drehwinkelsensor aufweist, wie beispielsweise ein elektronisch kommutierter Elektromotor kann dessen Signal verwendet werden. Allgemein kann das Signal eines Rotorlagesensors (sofern vorhanden) des Elektromotors 4 als Eingangsdrehwinkel φE zur Regelung verwendet werden. Ein zweiter Drehwinkelsensor 8 misst einen Drehwinkel φA an einem Getriebeausgang, also einer Ausgangswelle des Zahnradgetriebes 1. Statt des Drehwinkels am Getriebeausgang des Zahnradgetriebes 1 kann beispielsweise auch ein Stellweg an einem Ausgang des Schraubgetriebes 2 oder eine vom Schraubgetriebe 2 bewirkte Verschiebung eines Reibbremsbelags der Reibungsbremse 6 gemessen werden. Die Drehwinkelsensoren 7, 8 messen volle und Teilumdrehungen einer Getriebeeingangswelle bzw. Motorwelle und einer Getriebeausgangswelle. Es werden also Getriebestellungen an zwei verschiedenen, antriebsverbundenen Stellen, nämlich am Eingang und am Ausgang des Zahnradgetriebes 1 gemessen.
Der Elektromotor 4 übt ein Drehmoment ME auf das Zahnradgetriebe 1 aus, das vom Zahnradgetriebe 1 in ein Moment MA übersetzt wird, das das Schraubgetriebe 2 antreibt. Das Schraubgetriebe 2 setzt das Moment MA in eine Spannkraft Fs um, mit der ein Reibbremsbelag der Reibungsbremse 6 gegen einen zu bremsenden Bremskörper, im Falle einer Scheibenbremse also gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Die elektromechanische Betätigungseinrichtung 5 ist insbesondere in ein Gehäuse eines Bremssattels der Reibungsbremse 6 integriert.
In einem Rechenglied 9 wird das Verhältnis der beiden Drehwinkel φA/φE gebildet und eine Getriebeübersetzung i des Zahnradgetriebes 1 abgezogen. Ist das Zahnradgetriebe 1 lastfrei, stehen die Drehwinkel des Getriebeausgangs φA und des Getriebeeingangs φE des Zahnradgetriebes 1 im Verhältnis der Getriebeübersetzung i. Der Ausgangswert des Rechenglieds 9 ist Null. Steht das Zahnradgetriebe 1 unter Last, überträgt es also ein Moment, verdreht sich auf Grund einer Getriebeelastizität die Getriebeausgangswelle gegenüber der Getriebeeingangswelle, das Verhältnis des Drehwinkels φA am Getriebeausgang zum Drehwinkel φE am Getriebeeingang weicht von der Getriebeübersetzung i ab und der Ausgangswert des Rechenglieds 9 weicht von Null ab. Der als Abweichung Δ bezeichnete Ausgangswert des Rechenglieds 9 ist ein Maß für ein Moment des Zahnradgetriebes 1 und die Spannkraft Fs, das Moment des Zahnradgetriebes 1 und die Spannkraft Fs sind in eindeutiger, nicht zwingend linearer Weise abhängig von der Abweichung Δ. Durch Regelung der Abweichung Δ lässt sich folglich das Moment des Zahnradgetriebes 1 , also beispielsweise dessen Moment MA am Getriebeausgang und die Spannkraft Fs am Ausgang des Schraubgetriebes 2 bzw. der Reibungsbremse 6 regeln. Nicht notwendig zur Regelung ist die Kenntnis der tatsächlichen Höhe des Moments MA und der Spannkraft Fs.
Ist die Abhängigkeit des Moments MA des Zahnradgetriebes 1 oder die Abhängigkeit der Spannkraft Fs von der Abweichung Δ bekannt, lässt sich aus der Abweichung Δ das Moment MA des Zahnradgetriebes 1 und die Spannkraft Fs ermitteln. Letzteres ist im Ausführungsbeispiel im Feld oder Glied 10 symbolisch durch eine Kennlinie dargestellt. Wie gesagt, muss die Abhängigkeit nicht linear, die Kennlinie also keine Gerade sein. Die Abweichung Δ ist wie bereits gesagt das Verhältnis des Drehwinkels φA am Ausgang des Zahnradgetriebes 1 zum Drehwinkel φE am Eingang des Zahnradgetriebes 1 abzüglich des Übersetzungsverhältnis i des Zahnradgetriebes 1. Die Abhängigkeit zwischen der Spannkraft Fs und der Abweichung Δ lässt sich jedenfalls im statischen Zustand problemlos experimentell ermitteln. Das Rechenglied 9 kann durch analoge Regler oder digital durch eine elektronische Steuerung, einen Mikroprozessor 11 oder dgl. verwirklicht sein, wobei die mit dem Glied 10 symbolisierte Abhängigkeit der Spannkraft Fs von der Abweichung Δ in einem Speicher abgelegt sein kann. Die im Glied 10 geschätzte Spannkraft Fschatz wird negativ rückgekoppelt und an einer Differenzierstelle 12 mit einem Sollwert FSθιι der Spannkraft verglichen. Der Sollwert FSθιι der Spannkraft kann mit einer Pedaleinheit 13 oder einer Handhebeleinheit aus der Pedal- oder Hebel kraft- oder -weg bestimmt werden. Die Differenz des Sollwerts FSθιι und der geschätzten Spannkraft FSchatz wird als Regelabweichung einem Regler 14 zugeführt, der als Stellgröße eine dem Elektromotor 4 zuzuführende Spannung U ermittelt. Aufgabe des Reglers 14 ist die Abweichung des Sollwerts FSθιι der Spannkraft und der geschätzten Spannkraft FSchatz zu Null zu regeln. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die Spannkraft Fs geregelt.
Ist die Abhängigkeit der Spannkraft Fs von der Abweichung Δ nicht bekannt, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abweichung Δ, also der Ausgangswert des Rechengliedes 9 negativ rückgekoppelt, d. h. an der Differenzierstelle 12 mit dem Sollwert FSθιι verglichen und die sich daraus ergebende Regelabweichung dem Regler 14 zugeführt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Moment des Zahnradgetriebes 1 auch bei anderen Anwendungen geregelt werden, die Erfindung ist nicht auf die Betätigung einer Reibungsbremse 6 beschränkt, auch wenn dies eine vorzugsweise Anwendung der Erfindung ist.
Die Überwindung eines Lüftspiels bis zur Anlage des bzw. der Reibbremsbeläge der Reibungsbremse 6 an der Bremsscheibe bzw. einem Bremskörper erfolgt nahezu leistungslos, d. h. nahezu ohne Moment des Zahnradgetriebes 1. Die Abweichung Δ ist also bis zur Anlage der Reibbremsbeläge an der Bremsscheibe Null. Sobald die Reibbremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und die Reibungsbremse 6 weiter zugespannt wird, steigt die Spannkraft Fs und mit ihr das das Zahnradgetriebe 1 beaufschlagende Moment an. Das Verhältnis der Drehwinkel φA/φE am Getriebeausgang zum Getriebeeingang weichen von der Getriebeübersetzung i ab, die Abweichung Δ bekommt einen von Null abweichenden Wert. Dadurch lässt sich der Anlagepunkt der Reibbremsbeläge der Reibungsbremse 6 an der Bremsscheibe bestimmen.
Die Abweichung Δ steigt an, je höher die Spannkraft Fs wird, wobei eine lineare Abhängigkeit anzunehmen ist. Weicht die Abweichung Δ um mehr als eine zulässige Toleranz von dem Wert ab, den sie in Abhängigkeit von der Spannkraft Fs haben müsste, weist das auf einen Fehler oder einen Defekt hin. Dies wird überwacht, wobei an Stelle der Spannkraft Fs die Abhängigkeit der Abweichung Δ von einem der beiden Drehwinkel φE, ΨA des Zahnradgetriebes 1 überwacht wird.
Im Reversierbetrieb, also bei Umkehrung der Drehrichtung des Elektromotors 4, lässt sich ein Spiel des Zahnradgetriebes 1 ermitteln, weil sich während der Überwindung des Getriebespiels nur die Eingangswelle des Zahnradgetriebes 1 dreht, wogegen die Ausgangswelle des Zahnradgetriebes 1 steht.
Ein Getriebespiel kann sich im Verlauf des Betriebs durch Zahnflankenabnutzung und Lagerverschleiß erhöhen. Das Getriebespiel kann durch Messung/Überwachung der Drehwinkel φE, ΨA kontinuierlich überwacht und ausgewertet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer mechanischen Ausgangsgröße (MA; Fs) eines Getriebes (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass Getriebestellungen (φE, ΨA), an zwei verschiedenen, antriebsverbundenen Stellen des
Getriebes (1 ) gemessen und ihre Abweichung (Δ) voneinander geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebestellung (φE), an einem Getriebeeingang gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Rotorlagesensor eine Winkelstellung einer Motorwelle eines Antriebsmotors (4) des Getriebes (1 ) als Getriebestellung (φE) gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebestellung (φA), an einem Getriebeausgang gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebestellung im Getriebe (1 ) vor einem Getriebeausgang gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Getriebeelastizität und den beiden gemessenen Getriebestellungen (ΨE, (PA), die mechanische Ausgangsgröße (MA, Fs), ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung (Δ) der beiden gemessenen Getriebestellungen (φE, φA), voneinander überwacht und zur Erfassung von Sensorfehlern oder Mechanikdefekten sowie zur Überwachung eines Getriebespiels ausgewertet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Getriebeelastizität und den beiden gemessenen Getriebestellungen
(φE, φA) die mechanische Ausgangsgröße (MA, Fs), ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1 ) Teil einer Betätigungseinrichtung (5) einer elektromechanischen Reibungsbremse (6) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1 ) ein Zahnradgetriebe ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlagepunkt eines Reibbremsbelags an einem zu bremsenden Bremskörper der Reibungsbremse (6) ermittelt wird, indem festgestellt wird, wann sich die beiden gemessenen Getriebestellungen (φE, φA) bei
Betätigung der Reibungsbremse (6) mit dem Getriebe (1 ) nicht mehr proportional ändern.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1 ) ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgethebe (2) aufweist.
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