WO2023217430A1 - Bremsvorrichtung, elektromechanisches bremssystem und verfahren zum betreiben eines elektromechanischen bremssystems - Google Patents

Bremsvorrichtung, elektromechanisches bremssystem und verfahren zum betreiben eines elektromechanischen bremssystems Download PDF

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WO2023217430A1
WO2023217430A1 PCT/EP2023/055307 EP2023055307W WO2023217430A1 WO 2023217430 A1 WO2023217430 A1 WO 2023217430A1 EP 2023055307 W EP2023055307 W EP 2023055307W WO 2023217430 A1 WO2023217430 A1 WO 2023217430A1
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WO
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asynchronous machine
braking
designed
electromechanical
brake
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PCT/EP2023/055307
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Dimitri Zimanovic
Stefan Hoess
Fei Xie
Andreas Schmidtlein
Simeon Lange
Jochen Huebl
Frank Kursawe
Sebastian Illig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/24—Electric or magnetic using motors

Definitions

  • the present invention relates to a braking device and an electromechanical braking system with such a braking device.
  • the present invention further relates to a method for operating an electromechanical brake system.
  • the motor vehicles have a braking system that can brake the wheels of the vehicle.
  • hydraulic braking systems are predominantly used for this purpose.
  • electromechanical braking systems are increasingly being used.
  • the present invention provides a braking device and an electromechanical braking system and a method for operating an electromechanical braking system with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a braking device with a braking element, a gearbox, an asynchronous machine and a control device The braking element is designed to exert a force on a brake shoe. In particular, when the force is exerted on the brake shoes, the brake shoes can be pressed against a brake disc.
  • the transmission is designed to mechanically couple a drive shaft of the asynchronous machine to the braking element.
  • the control device is designed to control the asynchronous machine. In particular, the control device can control the asynchronous machine using a quasi-stationary rotor position. In other words, when controlling the asynchronous machine, the control device assumes an at least approximately constant rotor position.
  • An electromechanical brake system with a braking device a brake disc and at least one brake shoe.
  • the at least one brake shoe is designed to be pressed against the brake disc by the braking device.
  • a method for operating an electromechanical brake system in particular an electromechanical brake system that is controlled by an asynchronous machine.
  • the method includes a step for receiving a target value for a braking force to be set.
  • the method includes a step for controlling the asynchronous machine.
  • the asynchronous machine can be controlled using the received setpoint for the braking force to be set and a quasi-stationary rotor position of the asynchronous machine.
  • the present invention is based on the knowledge that an electric drive is required to actuate an electromechanical brake.
  • Brushless motors in particular permanently excited synchronous machines, are preferably used in electromechanical brake systems.
  • an electromechanical braking system is to be created, which can be driven by a robust electric machine without a rotor position sensor.
  • the electromechanical brake system using an asynchronous machine. Due to the relatively small movements of the braking elements, in particular the brake shoes, during a braking process, it can be assumed that the rotor of such an asynchronous machine only exerts a very small rotational movement during the braking process. Accordingly, an at least approximately constant rotor position can be assumed for controlling the asynchronous machine.
  • the asynchronous machine can therefore also be controlled without an additional rotor position sensor for determining a rotational movement of the rotor of the asynchronous machine.
  • the control device of the braking device is designed to receive a setpoint for a braking force to be set. Accordingly, the control device on the asynchronous machine can set a torque using the received setpoint for the braking force to be set. Since the torque emitted by the asynchronous machine and thus also the force that the braking element exerts on the brake shoes is proportional to the magnetic flux and the slip in the asynchronous machine, the control device can be simple, assuming a quasi-steady state for the rotor in the asynchronous machine Adjust the braking force without requiring a rotor position sensor on the asynchronous machine.
  • the control device is designed to receive a sensor value from a speed sensor.
  • This speed sensor can in particular detect a speed of a wheel to be braked.
  • the wheel to be braked can, for example, be mechanically coupled to a brake disk, which is braked by the brake shoe or shoes, which are actuated by the braking element of the braking device.
  • the control device can further be designed to receive a torque on the asynchronous machine using the received sensor value from the speed sensor.
  • a rotational movement of the wheel or brake disc can be determined.
  • a deceleration i.e. a reduction in speed, can be monitored.
  • the torque delivered by the asynchronous machine can be adjusted according to the determined speed in order to exert a predetermined braking force. For example, by monitoring the sensor values from the speed sensor, blocking of the wheel can be detected very quickly. The torque delivered by the asynchronous machine can then be reduced, for example, in order to reduce the braking force and thus avoid further blocking of the wheel.
  • the control device is designed to adjust electrical phase currents on the asynchronous machine using the torque to be set.
  • a speed sensor is provided in the electromechanical brake system.
  • This speed sensor is designed to detect a speed of the brake disc or a wheel mechanically coupled to the brake disc.
  • the control device is designed to control the asynchronous machine using the detected speed. In this way, deceleration of the wheel can be monitored.
  • the braking force can then be adjusted by adjusting the torque delivered by the asynchronous machine.
  • a blocking of the wheel can be detected very quickly and the braking force can then be reduced in order to release the blocked wheel again.
  • FIG. 1 a schematic representation of an electromechanical brake system with a braking device according to an embodiment
  • Fig. 2 a flow chart as underlying a method for operating an electromechanical brake system according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electromechanical brake system 1 according to an embodiment.
  • the electromechanical brake system 1 includes a brake disc 50, which is mechanically coupled to a wheel 60 via a non-positive connection.
  • a speed sensor 61 can be provided on the wheel 60 or possibly on the brake disc 50. This speed sensor 61 can sensorically monitor the rotational movement of the wheel 60 and thus also the brake disc 50 and provide a sensor signal D corresponding to the speed.
  • one or more brake shoes 41, 42 can be pressed against the brake disk 50.
  • the rotation of the brake disc 50 is braked in accordance with the force exerted by the brake shoes 41, 42.
  • an asynchronous machine 10 is provided in the electromechanical brake system 1, which presses at least one brake shoe 41 against the brake disk 50 via a gear 20.
  • a mechanical component 43 can be provided, which enables the force emitted by the gear 20 to be distributed evenly between the two brake shoes 41, 42, so that the brake disc 50 can be braked from both sides via the brake shoes 41, 42.
  • the one from the Gear 20 output force first acts on a brake element 30, to which a brake shoe 41 can be attached.
  • the asynchronous machine 10 In order to set a predetermined braking force, it is necessary to press the brake shoes 41 and 42 against the brake disc 50 with a force corresponding to the predetermined braking force. For this purpose, the asynchronous machine 10 must provide a corresponding torque at the input of the transmission 20.
  • the torque output by the asynchronous machine 10 is proportional to the magnetic flux and the slip, that is to say the speed difference between the rotor and the rotating magnetic field, in the asynchronous machine. Since, as explained above, a quasi-stationary rotor position can be assumed in the brake system 1 described, it is therefore possible to set the desired slip and thus the torque output by the asynchronous machine 10 solely using the frequency of the phase voltages on the asynchronous machine.
  • the asynchronous machine 10 can be controlled, for example, by means of a control device 11.
  • This control device 11 can provide electrical phase currents and phase voltages to the asynchronous machine 10, which are suitable for delivering the desired torque to the transmission 20 through the asynchronous machine 10.
  • a setpoint S for a braking force can be specified on the control device 11.
  • the control device 11 can set suitable electrical currents and voltages for the braking force to be set on the asynchronous machine 10.
  • a corresponding correspondence between the predetermined braking force and the currents or voltages to be set can be stored in a memory in the control device 11.
  • any other method for determining the currents or voltages to be set in accordance with a setpoint S for the braking force to be set are also possible.
  • the speed of the wheel 60 or the brake disc 50 in the control of the asynchronous machine 10.
  • the sensor values D provided by the previously described speed sensor 61 can be evaluated by the control device 11.
  • a conclusion about the current deceleration can be determined by the electromechanical brake system 1 from the change in speed, in particular a reduction in speed during the braking process.
  • further regulation of the torque output by the asynchronous machine 10 or the phase currents or voltages to be set can also be carried out in accordance with the current change in the speed and the delay derived therefrom. In this way, a very rapid adjustment of the braking behavior by the electromechanical braking system 1 is possible.
  • a blocking of the wheel 60 can also be detected, for example by evaluating the sensor signals D from the speed sensor 61.
  • the torque output by the asynchronous machine 10 and thus also the force with which the brake shoes 41 and 42 act on the brake disc 50 can be reduced. This allows the braking force to be reduced to such an extent that the wheel no longer blocks. In this way, intervention in the braking behavior is possible very quickly, so that a vehicle with such a braking system 1 is easier to control.
  • Figure 2 shows a flowchart as the basis for a method for operating an electromechanical brake system 1 according to one embodiment.
  • This can in particular be the previously described electromechanical brake system with an asynchronous machine 10. Accordingly, the method can include any steps as have already been described previously in connection with the electromechanical brake system 1.
  • the previously described electromechanical brake system 1 can also include components that are required to implement the method described below.
  • step S1 a setpoint S for a braking force to be set can be received.
  • the asynchronous machine 10 of the electromechanical brake system can then be controlled in step S2 using the received setpoint S.
  • the asynchronous machine 10 is controlled using a quasi-stationary rotor position of the asynchronous machine.
  • any suitable further parameters for example a speed of a wheel to be braked or the like, can also be included in the control of the asynchronous machine.
  • the present invention relates to an electromechanical braking system.
  • the force required for the braking process is achieved by means of provided by an asynchronous machine.
  • the asynchronous machine and in particular the torque output by the asynchronous machine is adjusted using a quasi-stationary rotor position for the rotor of the asynchronous machine.

Abstract

Elektromechanisches Bremssystem, wobei die für den Bremsvorgang erforderliche Kraft hierbei mittels einer Asynchronmaschine bereitgestellt wird. Die Asynchronmaschine und insbesondere das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment wird unter Verwendung einer quasistationären Rotorlage für den Rotor der Asynchronmaschine eingestellt.

Description

Beschreibung
Titel
Bremsvorrichtung, elektromechanisches Bremssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung sowie ein elektromechanisches Bremssystem mit einer solchen Bremsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems.
Hintergrund
Zum Abbremsen bzw. Verzögern von Kraftfahrzeugen verfügen die Kraftfahrzeuge über ein Bremssystem, welches die Räder des Fahrzeuges abbremsen kann. Gegenwärtig werden hierfür überwiegend hydraulische Bremssysteme eingesetzt. Darüber hinaus finden zunehmend auch elektromechanische Bremssysteme Verwendung.
Die Druckschrift WO 2000/29268 Al beschreibt beispielsweise eine elektrisch betätigbare Feststellbremsanlage.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Bremsvorrichtung sowie ein elektromechanisches Bremssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen: Eine Bremsvorrichtung mit einem Bremselement, einem Getriebe, einer Asynchronmaschine und einer Steuereinrichtung. Das Bremselement ist dazu ausgelegt, eine Kraft auf einen Bremsbacken auszuüben. Insbesondere kann bei der Ausübung der Kraft auf den Bremsbacken der Bremsbacken gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden. Das Getriebe ist dazu ausgelegt, eine Antriebswelle der Asynchronmaschine mit dem Bremselement mechanisch zu koppeln. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Asynchronmaschine anzusteuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Asynchronmaschine unter Verwendung einer quasistationären Rotorposition ansteuern. Mit anderen Worten, bei der Ansteuerung der Asynchronmaschine geht die Steuereinrichtung von einer zumindest annähernd konstanten Rotorposition aus.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein elektromechanisches Bremssystem mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, einer Bremsscheibe und mindestens einem Bremsbacken. Der mindestens eine Bremsbacken ist hierbei dazu ausgelegt, von der Bremsvorrichtung gegen die Bremsscheibe gedrückt zu werden.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems, insbesondere eines elektromechanischen Bremssystems, welches von einer Asynchronmaschine angesteuert wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Empfangen eines Sollwerts für eine einzustellende Bremskraft. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ansteuern der Asynchronmaschine. Insbesondere kann die Asynchronmaschine unter Verwendung des empfangenen Sollwerts für die einzustellende Bremskraft und einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine angesteuert werden.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für ein Betätigen einer elektromechanischen Bremse ein elektrischer Antrieb erforderlich ist. Hierbei werden in elektromechanischen Bremssystemen bevorzugt bürstenlose Motoren, insbesondere permanent erregte Synchronmaschinen, eingesetzt.
Der Betrieb derartiger erfordert jedoch Synchronmaschinen in einem quasistatischem Zustand oder bei geringer Drehzahl zwingend die Ermittlung einer Rotorlage, beispielsweise mittels eines zusätzlichen Rotorlagesensors.
Es ist nun eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und einen möglichst einfachen und robusten Antrieb für ein elektromechanisches Bremssystem zu schaffen. Insbesondere soll ein elektromechanisches Bremssystem geschaffen werden, welches durch eine robuste elektrische Maschine ohne Rotorlagensensor angetrieben werden kann.
Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das elektromechanische Bremssystem mittels einer Asynchronmaschine anzutreiben. Aufgrund der relativ kleinen Bewegungen der Bremselemente, insbesondere der Bremsbacken, während eines Bremsvorgangs kann davon ausgegangen werden, dass der Rotor einer solchen Asynchronmaschine während des Bremsvorgangs nur eine sehr geringe Drehbewegung ausübt. Entsprechend kann für die Ansteuerung der Asynchronmaschine eine zumindest annähernd konstante Rotorposition angenommen werden. Somit kann die Ansteuerung der Asynchronmaschine auch ohne zusätzlichen Rotorlagensensor für eine Ermittlung einer Drehbewegung des Rotors der Asynchronmaschine erfolgen.
Für die Ansteuerung einer Asynchronmaschine ist es ausreichend, die Frequenz der Phasenspannungen an der Asynchronmaschine auf Grundlage des sogenannten Schlupfes, das heißt der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor und dem rotierenden Magnetfeld zu stellen. Das resultierende Drehmoment ist hierbei proportional zu dem magnetischen Fluss und dem Schlupf.
Wie zuvor bereits ausgeführt, sind für das Betätigen einer elektromechanischen Bremse nur sehr geringe Bewegungen erforderlich. Entsprechend ist auch die Drehbewegung im Rotor der elektrischen Maschine nur sehr gering. Somit kann das durch die erfindungsgemäß verwendete Asynchronmaschine einzustellende Drehmoment auf Grundlage eines zumindest annähernd stillstehenden Rotors eingestellt werden. Folglich ist kein Rotorlagensensor zur Ermittlung der Drehbewegung des Rotors erforderlich.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Bremsvorrichtung dazu ausgelegt, einen Sollwert für eine einzustellende Bremskraft zu empfangen. Entsprechend kann die Steuereinrichtung an der Asynchronmaschine ein Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sollwerts für die einzustellende Bremskraft einstellen. Da das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment und somit auch die Kraft, die das Bremselement auf die Bremsbacken ausübt, proportional zum magnetischen Fluss und dem Schlupf in der Asynchronmaschine ist, kann die Steuereinrichtung unter der Annahme eines quasistationären Zustands für den Rotor in der Asynchronmaschine auf einfache Weise die Bremskraft einstellen, ohne dass hierzu ein Rotorlagensensor an der Asynchronmaschine erforderlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen Sensorwert von einem Drehzahlsensor zu empfangen. Dieser Drehzahlsensor kann insbesondere eine Drehzahl eines abzubremsenden Rades erfassen. Das abzubremsende Rad kann beispielsweise mechanisch mit einer Bremsscheibe gekoppelt sein, welche durch den oder die Bremsbacken abgebremst werden, die durch das Bremselement der Bremsvorrichtung betätigt werden. Entsprechend kann die Steuereinrichtung ferner dazu ausgelegt sein, an der Asynchronmaschine ein Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sensorwerts von dem Drehzahlsensor zu empfangen. Durch die Auswertung der Sensorwerte von dem Drehzahlsensor kann eine Drehbewegung des Rades bzw. der Bremsscheibe ermittelt werden. Während des Bremsvorgangs kann somit eine Verzögerung, das heißt Reduktion der Drehzahl überwacht werden. Entsprechend kann das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment gemäß der ermittelten Drehzahl angepasst werden, um eine vorgegebene Bremskraft auszuüben. So kann auch beispielsweise durch die Überwachung der Sensorwerte von dem Drehzahlsensor ein Blockieren des Rades sehr rasch erkannt werden. Daraufhin kann beispielsweise das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment vermindert werden, um die Bremskraft zu verringern und damit ein weiteres Blockieren des Rades zu vermeiden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, elektrische Phasenströme an der Asynchronmaschine unter Verwendung des einzustellenden Drehmoments einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform des elektromechanischen Bremssystems ist in dem elektromechanischen Bremssystem ein Drehzahlsensor vorgesehen. Dieser Drehzahlsensor ist dazu ausgelegt, eine Drehzahl der Bremsscheibe oder eines mit der Bremsscheibes mechanisch gekoppelten Rades zu erfassen. Entsprechend ist die Steuereinrichtung dabei dazu ausgelegt, die Asynchronmaschine unter Verwendung der erfassten Drehzahl anzusteuern. Auf diese Weise kann ein Verzögern des Rades überwacht werden. Daraufhin kann die Bremskraft durch Anpassen des von der Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes angepasst werden. Insbesondere kann ein Blockieren des Rades sehr rasch erkannt werden und daraufhin die Bremskraft reduziert werden, um das blockierte Rad wieder freizugeben.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Bremssystems mit einer Bremsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und Fig. 2: ein Ablaufdiagramm wie es einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Bremssystems 1 gemäß einer Ausführungsform. Das elektromechanische Bremssystem 1 umfasst eine Bremsscheibe 50, welche mechanisch über eine kraftschlüssige Verbindung mit einem Rad 60 gekoppelt ist. An dem Rad 60 oder gegebenenfalls an der Bremsscheibe 50 kann ein Drehzahlsensor 61 vorgesehen sein. Dieser Drehzahlsensor 61 kann die Drehbewegung des Rades 60 und somit auch der Bremsscheibe 50 sensorisch überwachen und ein zu der Drehzahl korrespondierendes Sensorsignal D bereitstellen.
Zum Abbremsen des sich drehenden Rades 60 können ein oder mehrere Bremsbacken 41, 42, gegen die Bremsscheibe 50 gedrückt werden. Hierbei wird die Rotation der Bremsscheibe 50 entsprechend der von den Bremsbacken 41, 42 ausgeübten Kraft abgebremst.
Während bei konventionellen Bremssystemen die Bremsbacken 41, 42 in der Regel mittels eines hydraulischen Systems gegen die Bremsscheibe 50 gedrückt werden, ist bei dem in Figur 1 dargestellten elektromechanischen Bremssystem eine Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Antrieb vorgesehen. Das Funktionsprinzip dieses elektrischen Antriebs wird im Nachfolgenden näher erläutert.
Zum Ausüben einer Bremskraft der Bremsbacken 41, 42 auf die Bremsscheibe 50 ist in dem elektromechanischen Bremssystem 1 eine Asynchronmaschine 10 vorgesehen, welche über ein Getriebe 20 mindestens einen Bremsbacken 41 gegen die Bremsscheibe 50 drückt. Gegebenenfalls kann ein mechanisches Bauelement 43 vorgesehen sein, welches es ermöglicht, dass die von dem Getriebe 20 abgegebene Kraft gleichmäßig auf die beiden Bremsbacken 41, 42 verteilt wird, so dass die Bremsscheibe 50 von beiden Seiten über die Bremsbacken 41, 42 abgebremst werden kann. Beispielsweise kann die von dem Getriebe 20 abgegebene Kraft zunächst auf ein Bremselement 30 wirken, an welchem ein Bremsbacken 41 befestigt sein kann.
Im Ruhezustand, das heißt wenn von den Bremsbacken 41, 42 keine Bremskraft auf die Bremsscheibe 50 ausgeübt werden soll, besteht zwischen den Bremsbacken 41, 42 und der Bremsscheibe 50 lediglich ein sehr geringer Abstand. Folglich müssen für das Ausüben einer Bremskraft auf die Bremsscheibe 50 die Bremsbacken 41 bzw. 42 nur sehr wenig bewegt werden. Dies führt dazu, dass auch die Drehachse der Asynchronmaschine 10 nur sehr wenig, das heißt um nur einen sehr geringen Winkel drehen muss, um den oder die Bremsbacken 41, 42 gegen die Bremsscheibe 50 zu drücken. Aufgrund der sehr geringen Distanz der Bremsbacken 41, 42 von der Bremsscheibe 50 im Ruhezustand ist selbst durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 20 nur eine sehr geringe Drehbewegung der Antriebsachse von der Asynchronmaschine 10 erforderlich. Dies führt dazu, dass für die nachfolgend beschriebene Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 von einem zumindest annähernd stationären Zustand der Antriebsachse und somit des Rotors der Asynchronmaschine 10 ausgegangen werden kann. Dies wird im Folgenden als quasistationäre Rotorposition bezeichnet.
Für das Einstellen einer vorgegebenen Bremskraft ist es erforderlich, die Bremsbacken 41 und 42 mit einer zu der vorgegebenen Bremskraft korrespondierenden Kraft gegen die Bremsscheibe 50 zu drücken. Hierzu muss die Asynchronmaschine 10 ein entsprechendes Drehmoment am Eingang des Getriebes 20 bereitstellen. Das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment ist dabei proportional zu dem magnetischen Fluss und dem Schlupf, das heißt der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor und dem rotierenden Magnetfeld, in der Asynchronmaschine. Da, wie im Vorausgehenden dargelegt wurde, in dem beschriebenen Bremssystem 1 von einer quasistationären Rotorlage ausgegangen werden kann, ist es somit möglich, alleine mit der Frequenz der Phasenspannungen an der Asynchronmaschine den gewünschten Schlupf und somit das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment einzustellen. Somit ist eine Steuerung der Bremskraft ohne zusätzlichen Rotorlagensensor an der Asynchronmaschine 10 möglich. Das Ansteuern der Asynchronmaschine 10 kann beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung 11 erfolgen. Diese Steuereinrichtung 11 kann an der Asynchronmaschine 10 elektrische Phasenströme und Phasenspannungen bereitstellen, die dazu geeignet sind, durch die Asynchronmaschine 10 das gewünschte Drehmoment an das Getriebe 20 abzugeben.
Hierzu kann beispielsweise an der Steuereinrichtung 11 ein Sollwert S für eine Bremskraft vorgegeben werden. Die Steuereinrichtung 11 kann unter Verwendung dieses Sollwerts S für die einzustellende Bremskraft an der Asynchronmaschine 10 geeignete elektrische Ströme und Spannungen einstellen. Beispielsweise können in der Steuereinrichtung 11 eine entsprechende Korrespondenz zwischen der vorgegebenen Bremskraft und den einzustellenden Strömen bzw. Spannungen in einem Speicher abgespeichert sein. Alternativ ist es auch möglich, den Zusammenhang zwischen einzustellender Bremskraft und den Strömen bzw. Spannungen als funktionalen Zusammenhang zu spezifizieren und die jeweiligen Ströme bzw. Spannungen unter Verwendung eines solchen funktionalen Zusammenhangs gemäß der vorgegebenen Bremskraft zu berechnen. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Verfahren zur Ermittlung der einzustellenden Ströme bzw. Spannungen gemäß einem Sollwert S für die einzustellende Bremskraft möglich.
Weiterhin ist es auch möglich, die Drehzahl des Rades 60 bzw. der Bremsscheibe 50 mit in die Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 einzubeziehen. Hierzu können beispielsweise die von dem zuvor beschriebenen Drehzahlsensor 61 bereitgestellten Sensorwerte D durch die Steuereinrichtung 11 ausgewertet werden. Beispielsweise kann aus der Veränderung der Drehzahl, insbesondere einer Verringerung der Drehzahl während des Bremsvorgangs, ein Rückschluss über die aktuelle Verzögerung durch das elektromechanische Bremssystem 1 ermittelt werden. Entsprechend kann auch gemäß der aktuellen Veränderung der Drehzahl und der daraus abgeleiteten Verzögerung eine weitere Regelung des von der Asynchronmaschine 10 abgegebenen Drehmoments bzw. der einzustellenden Phasenströme bzw. -Spannungen vorgenommen werden. Auf diese Weise ist eine sehr rasche Anpassung des Bremsverhaltens durch das elektromechanische Bremssystem 1 möglich. Insbesondere kann beispielsweise durch Auswertung der Sensorsignale D von dem Drehzahlsensor 61 auch ein Blockieren des Rades 60 erkannt werden. In einem solchen Fall, das heißt bei der Detektion eines blockierenden Rades 60 kann das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment und somit auch die Kraft, mit der die Bremsbacken 41 und 42 auf die Bremsscheibe 50 wirken, verringert werden. Hierdurch kann die Bremskraft soweit reduziert werden, dass das Rad nicht länger blockiert. Auf diese Weise ist sehr rasch ein Eingriff in das Bremsverhalten möglich, sodass ein Fahrzeug mit einem solchen Bremssystem 1 besser beherrschbar ist.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Hierbei kann es sich insbesondere um das zuvor beschriebene elektromechanische Bremssystem mit einer Asynchronmaschine 10 handeln. Entsprechend kann das Verfahren beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit dem elektromechanischen Bremssystem 1 beschrieben worden sind. Analog kann auch das zuvor beschriebene elektromechanische Bremssystem 1 Komponenten umfassen, die zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
In Schritt S1 kann ein Sollwert S für eine einzustellende Bremskraft empfangen werden.
Daraufhin kann in Schritt S2 die Asynchronmaschine 10 des elektromechanischen Bremssystems unter Verwendung des empfangenen Sollwerts S angesteuert werden. Die Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 erfolgt dabei unter Verwendung einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine.
Darüber hinaus können auch beliebige geeignete weitere Parameter, beispielsweise eine Drehzahl eines abzubremsenden Rades oder Ähnliches mit in die Ansteuerung der Asynchronmaschine einbezogen werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Bremssystem. Die für den Bremsvorgang erforderliche Kraft wird hierbei mittels einer Asynchronmaschine bereitgestellt. Die Asynchronmaschine und insbesondere das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment wird unter Verwendung einer quasistationären Rotorlage für den Rotor der Asynchronmaschine eingestellt.

Claims

Ansprüche
1. Bremsvorrichtung, mit: einem Bremselement (30), das dazu ausgelegt ist, eine Kraft auf einen Bremsbacken (41) auszuüben; eine Asynchronmaschine (10); ein Getriebe (20), das dazu ausgelegt ist, eine Antriebswelle der Asynchronmaschine (10) mit dem Bremselement (30) mechanisch zu koppeln; und eine Steuereinrichtung (11), die dazu ausgelegt ist, die Asynchronmaschine (10) unter Verwendung einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine (10) anzusteuern.
2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, einen Sollwert (S) für eine einzustellende Bremskraft zu empfangen und an der Asynchronmaschine (10) ein Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sollwerts (S) für die einzustellende Bremskraft einzustellen.
3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, einen Sensorwert (D) von einem Drehzahlsensor (61) zu empfangen, der die Drehzahl eines abzubremsenden Rades (60) erfasst, und wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, an der Asynchronmaschine (10) das Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sensorwerts (D) einzustellen.
4. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, elektrische Phasenströme an der Asynchronmaschine (10) unter Verwendung eines vorgegebenen Drehmoments einzustellen. Elektromechanisches Bremssystem (1), mit: einer Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; einer Bremsscheibe (50); und einem Bremsbacken (41), der dazu ausgelegt ist, von der Bremsvorrichtung gegen die Bremsscheibe (50) gedrückt zu werden. Elektromechanisches Bremssystem (1) nach Anspruch 5, mit einem Drehzahlsensor (61), der der dazu ausgelegt ist, eine Drehzahl der Bremsscheibe (50) oder eines mit der Bremsscheibe (50) mechanisch gekoppelten Rads (60) zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung (11) der Bremsvorrichtung dazu ausgelegt ist, die Asynchronmaschine (10) unter Verwendung der erfassten Drehzahl anzusteuern. Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems (1), das von einer Asynchronmaschine (10) angesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Empfangen (Sl) eines Sollwerts (S) für eine einzustellende Bremskraft;
Ansteuern (S2) der Asynchronmaschine (10) unter Verwendung des Sollwerts (S) für die einzustellende Bremskraft und einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine (10).
PCT/EP2023/055307 2022-05-13 2023-03-02 Bremsvorrichtung, elektromechanisches bremssystem und verfahren zum betreiben eines elektromechanischen bremssystems WO2023217430A1 (de)

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