DE102015201556A1 - Method and device for operating a braking device, braking device - Google Patents

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Helmut Wolff
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bremseinrichtung (1), die einen elektromotorischen Aktuator (12) zum Einstellen einer Bremskraft aufweist, wobei der Aktuator (12) in Abhängigkeit von einer ermittelten Ist-Bremskraft angesteuert wird. Es ist vorgesehen, dass die Ist-Bremskraft in Abhängigkeit von einer durch den Aktuator (12) erbrachten elektrischen Leistung (P) ermittelt wird.The invention relates to a method for operating a braking device (1), which has an electromotive actuator (12) for setting a braking force, wherein the actuator (12) is controlled in dependence on a determined actual braking force. It is provided that the actual braking force is determined as a function of an electrical power (P) produced by the actuator (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bremseinrichtung, die einen elektromotorischen Aktuator zum Einstellen einer Bremskraft aufweist, wobei der Aktuator in Abhängigkeit von einer ermittelten Ist-Bremskraft angesteuert wird.The invention relates to a method for operating a braking device, which has an electromotive actuator for setting a braking force, wherein the actuator is controlled in dependence on a determined actual braking force.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer Bremseinrichtung, die einen elektromotorischen Aktuator zum Einstellen einer Bremskraft aufweist, mit einem Steuergerät zum Ansteuern des Aktuators in Abhängigkeit von einer ermittelten Ist-Bremskraft. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Bremseinrichtung.Furthermore, the invention relates to a device for operating a braking device, which has an electromotive actuator for adjusting a braking force, with a control device for driving the actuator in response to a determined actual braking force. Furthermore, the invention relates to a corresponding braking device.

Stand der TechnikState of the art

Bremseinrichtungen, insbesondere elektromechanische Feststellbremsen beziehungsweise Parkbremsen, mit einem elektromechanischen beziehungsweise elektromotorischen Aktuator werden immer häufiger eingesetzt. Der Aktuator einer derartigen Bremseinrichtung weist einen Elektromotor auf, der durch Zuführen elektrischer Energie ein Drehmoment bereitstellt, mittels dessen ein Bremselement, insbesondere ein Bremskolben der Bremseinrichtung, zum Einstellen einer Bremskraft bewegt wird. Häufig wird dabei die Kraft von dem Elektromotor auf den Bremskolben durch ein Spindel-Getriebe übertragen, das selbsthemmend ausgebildet ist, sodass in der Endstellung keine weitere elektrische Energie zugeführt werden muss, um den Bremskolben in seiner eingestellten Zuspannposition zu halten.Braking devices, in particular electromechanical parking brakes or parking brakes, with an electromechanical or electromotive actuator are increasingly used. The actuator of such a brake device has an electric motor, which provides a torque by supplying electrical energy, by means of which a brake element, in particular a brake piston of the brake device, is moved for setting a braking force. Frequently, the force is transmitted from the electric motor to the brake piston by a spindle gear that is self-locking, so no further electrical energy must be supplied in the end position to hold the brake piston in its set application position.

Damit eine gewünschte Klemmkraft beziehungsweise Betätigungskraft auch tatsächlich eingestellt wird, wird die aktuelle Ist-Bremskraft oder Klemmkraft der Bremseinrichtung im Betrieb ermittelt beziehungsweise abgeschätzt. Bei heutigen Bremseinrichtungen liegen Messwerte von Strom und Spannung des Aktuators in der Regel jede Millisekunde vor. Die Berechnung der Klemmkraft erfolgt dann häufig in Schritten von 10 Millisekunden, was den üblichen 10 Millisekunden eines Arbeitstaktes des Steuergeräts entspricht. Je nach Algorithmus und Phase des Zuspannens beziehungsweise Betätigens der Bremseinrichtung erfordert dies einen relativ hohen Rechenaufwand für die Ausführung mathematischer Optimierungsverfahren, beispielsweise zur Parameterschätzung einer Gleichstrommaschine.So that a desired clamping force or actuating force is actually set, the current actual braking force or clamping force of the braking device is determined or estimated during operation. In today's braking devices, current and voltage measurements of the actuator are typically every millisecond. The calculation of the clamping force is then often in steps of 10 milliseconds, which corresponds to the usual 10 milliseconds of a working clock of the controller. Depending on the algorithm and phase of applying or pressing the braking device, this requires a relatively high computational effort for the execution of mathematical optimization methods, for example, for the parameter estimation of a DC machine.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 205 576 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem zum Ermitteln der Klemmkraft die Motorkonstante des elektromotorischen Aktuators ermittelt wird. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 052 810 A1 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei welchem für die Bestimmung der Zuspannkraft beziehungsweise Klemmkraft ebenfalls die Motorkonstante berechnet und der Ermittlung der Klemmkraft zugrunde gelegt wird.From the publication DE 10 2012 205 576 A1 A method is already known in which the motor constant of the electromotive actuator is determined to determine the clamping force. From the publication DE 10 2006 052 810 A1 Furthermore, a method is known in which the motor constant is also calculated for the determination of the application force or clamping force and the determination of the clamping force is used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine schnelle und ressourcensparende Berechnung/Abschätzung der Ist-Bremskraft erfolgt, sodass ein schnelles und korrektes Einstellen der gewünschten Bremskraft durch den elektromotorischen Aktuator gewährleistet ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Ist-Bremskraft in Abhängigkeit von einer durch den Aktuator erbrachten elektrischen Leistung ermittelt wird. Die Erfindung sieht also vor, dass im Betrieb des Aktuators, dessen elektrische Leistung ermittelt und der Berechnung/Abschätzung der aktuellen Ist-Bremskraft beziehungsweise Klemmkraft zugrunde gelegt wird. Die elektrische Leistung wird insbesondere in Abhängigkeit von der durch den Aktuator verbrauchten elektrischen Energie geteilt durch die Zeitdauer des Energieverbrauchs bestimmt. Insbesondere erhält man dabei die von dem Aktuator abgesetzte, mittlere elektrische Leistung. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die Bremseinrichtung als eine Art Feder verstanden wird. Während des Zuspannvorgangs wird bei den meisten Bremseinrichtungen mit elektromotorischem Aktuator zunächst ein Leerweg überwunden. Dieser begründet sich daraus, dass die auf der Spindel angeordnete Spindelmutter als Mitnahmeelement für einen Bremskolben ausgebildet ist und zunächst in Richtung des Bremskolbens bewegt wird, ohne diesen selbst zu verlagern. Erst dann, wenn das Mitnahmeelement an dem Bremskolben anliegt und diesen mitbewegt, wird der eigentliche Zuspannvorgang durchgeführt. Bis zu diesem Zeitpunkt wird auf den Bremssattel keine Kraft ausgeübt. Erst dann, wenn die Spindelmutter beziehungsweise das Mitnahmeelement mit dem Bremskolben in Berührung gelangt, ändert sich dies. Mit Weiterrotation der Spindel und der damit erfolgenden weiteren Verlagerung des Mitnahmeelements wird auch die Klemmkraft der Bremseinrichtung erhöht, wobei sich die Bremseinrichtung, insbesondere ein Bremssattel der Bremseinrichtung, sich dabei wie eine Feder verhält, die gespannt wird. Hieraus wird dann die Energie bestimmt, die zum Erreichen der Klemmkraft notwendig ist.The inventive method with the features of claim 1 has the advantage that a fast and resource-saving calculation / estimation of the actual braking force, so that a fast and correct setting of the desired braking force is ensured by the electric motor actuator. According to the invention, it is provided for this purpose that the actual braking force is determined as a function of an electrical power provided by the actuator. The invention thus provides that, during operation of the actuator, its electrical power is determined and based on the calculation / estimation of the current actual braking force or clamping force. The electrical power is determined in particular as a function of the electrical energy consumed by the actuator divided by the duration of the energy consumption. In particular, one obtains the offset from the actuator, average electric power. The invention is based on the idea that the braking device is understood as a kind of spring. During the application process, an idle path is first overcome in most brake devices with electromotive actuator. This is based on the fact that the spindle nut arranged on the spindle is designed as a driving element for a brake piston and is first moved in the direction of the brake piston without displacing it itself. Only then, when the driving element rests against the brake piston and this moves, the actual application process is performed. Until this time, no force is exerted on the caliper. Only then, when the spindle nut or the driving element comes into contact with the brake piston, this changes. With further rotation of the spindle and thus taking place further displacement of the driving element and the clamping force of the braking device is increased, wherein the braking device, in particular a brake caliper of the braking device behaves like a spring, which is tensioned. From this, the energy is then determined, which is necessary to achieve the clamping force.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung eine elektrische Spannung und ein elektrischer Strom des Aktuators erfasst werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spannung und der Strom des Elektromotors des Aktuators überwacht und zum Ermitteln der elektrischen Leistung ausgewertet werden. Insbesondere unter Berücksichtigung der Zuspannzeit lässt sich daraus die von dem Aktuator verbrauchte elektrische Leistung bestimmen.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that for determining the electrical power, an electrical voltage and an electric current of the actuator are detected. In particular, it is provided that the voltage and the current of the electric motor of the actuator are monitored and evaluated for determining the electrical power. In particular, taking into account the application time, the electrical power consumed by the actuator can be determined therefrom.

Entsprechend ist dazu insbesondere vorgesehen, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung eine Zeitdauer ermittelt wird, innerhalb welcher die Leistung zur Verfügung gestellt wird. Das Bestimmen der Zeitdauer wird insbesondere in Abhängigkeit von den Ansteuerzeitpunkten des Aktuators ermittelt. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Ermittlung einer Zeitdauer. Accordingly, it is accordingly provided in particular for determining a period of time within which the power is made available for determining the electrical power. The determination of the time duration is determined in particular as a function of the activation times of the actuator. This results in a particularly simple determination of a period of time.

Besonders bevorzugt wird die elektrische Leistung erst ab dem Zeitpunkt ermittelt, ab welchem der Aktuator ein Leerweg überwunden hat und ein Zuspannen der Bremseinrichtung erfolgt. Somit ist vorgesehen, dass die elektrische Leistung erst ab dem Zeitpunkt ermittelt und die zu ermittelnde Zeitdauer erst ab dem Zeitpunkt berechnet wird, ab welchem der eigentliche Zuspannvorgang der Bremseinrichtung erfolgt. Damit wird das Überwinden des Leerwegs bei der Bestimmung der Ist-Bremskraft ausgeschlossen, wodurch die Bremseinrichtung, wie zuvor bereits erwähnt, als eine Feder, die gespannt wird, angesehen werden kann.Particularly preferably, the electrical power is determined only from the time from which the actuator has overcome a free travel and an application of the brake device takes place. Thus, it is provided that the electrical power is determined only from the time and the time to be determined is calculated only from the time from which the actual application process of the braking device takes place. Thus, the overcoming of the idle travel is excluded in the determination of the actual braking force, whereby the braking device, as already mentioned, as a spring which is stretched, can be considered.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung während des Zuspannvorgangs eine elektrische Summation durchgeführt wird. Weil üblicherweise in Steuergeräten keine direkte Integration möglich ist, wird durch das Durchführen der numerischen Summation eine einfache Lösung geboten, um die elektrische Leistung schrittweise im Arbeitstakt des Steuergeräts oder einer Steuereinheit durchzuführen.Furthermore, it is preferably provided that an electrical summation is performed to determine the electrical power during the application process. Since usually in control devices no direct integration is possible, by performing the numerical summation a simple solution is offered to perform the electrical power step by step in the operating cycle of the controller or a control unit.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beginn des Zuspannvorgangs in Abhängigkeit vom Verlauf des erfassten Stroms des Aktuators bestimmt wird. Der Stromverlauf des Aktuators verändert sich, sobald das Mitnahmeelement beginnt, den Bremskolben mitzunehmen und der Leerweg insofern überwunden wurde. Insbesondere ist eine Stromerhöhung zu dem Zeitpunkt zu beobachten, ab welchem das Mitnahmeelement den Bremskolben mitnimmt. Durch das Überwachen des Stromverlaufs kann somit auf einfache Art und Weise der Beginn des Zuspannvorgangs erkannt und damit die Ermittlung der Zeitdauer sowie der elektrischen Leistung, wie oben bereits beschrieben, begonnen werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the beginning of the application process is determined as a function of the course of the detected current of the actuator. The current flow of the actuator changes as soon as the driving element begins to take the brake piston and the Leerweg was overcome so far. In particular, an increase in current is to be observed at the time from which the driving element entrains the brake piston. By monitoring the current profile, the beginning of the application process can thus be detected in a simple manner and thus the determination of the duration as well as of the electric power, as already described above, can be started.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die ermittelte Leistung mit einer Soll-Leistung verglichen wird, und dass dann, wenn die ermittelte Leistung der Soll-Leistung entspricht, der Aktuator deaktiviert wird. Durch das inkrementelle Berechnen der elektrischen Leistung des Aktuators durch die numerische Summation erfolgt eine zeitnahe Ermittlung der elektrischen Leistung, die mit der Soll-Leistung verglichen werden kann. Sobald die Soll-Leistung durch die ermittelte Leistung erreicht wurde, wird der Aktuator abgeschaltet und der Zuspannvorgang damit beendet. Dadurch, dass die Ermittlung der elektrischen Leistung durch numerische Summation erfolgt, ist die Zeitdauer für den Zuspannvorgang auch nicht insgesamt zu bestimmen, vielmehr werden mehrere gleich lange Zeitabschnitte, die insbesondere den Taktzeiten des das Verfahren durchführende Steuergerät entsprechen, vorgegeben, wobei dann für jeden Zeitabschnitt eine elektrische Leistung bestimmt und aufsummiert wird, bis die Soll-Leistung erreicht ist. Hierdurch wird eine einfache und effiziente Bestimmung der elektrischen Leistung des Aktuators in Betrieb gewährleistet.According to an advantageous development of the invention, it is further provided that the determined power is compared with a desired power, and that when the determined power corresponds to the desired power, the actuator is deactivated. The incremental calculation of the electrical power of the actuator by the numerical summation results in a timely determination of the electrical power, which can be compared with the desired power. As soon as the setpoint power has been reached by the determined power, the actuator is switched off and the clamping procedure is ended. The fact that the determination of the electrical power is performed by numeric summation, the time period for the application process is not to be determined in total, but several equal length periods, which correspond in particular to the cycle times of the process performing control device, given, in which case for each period an electrical power is determined and summed until the desired power is reached. This ensures a simple and efficient determination of the electrical power of the actuator in operation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierzu die oben bereits genannten Vorteile.The device according to the invention with the features of claim 8 is characterized in that the control device is designed to perform the inventive method when used as intended. This results in the above-mentioned advantages.

Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.The braking device according to the invention with the features of claim 9 is characterized by the device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung einen durch den Aktuator verlagerbaren Bremskolben aufweist, wobei der Aktuator einen Elektromotor, eine durch den Elektromotor antreibbare Spindel und ein durch eine Rotation der Spindel axial entlang der Spindel verfahrbares Mitnahmeelement aufweist, das wenigstens einen Axialanschlag für den Bremskloben zu dessen Mitnahme in eine Zuspannstellung aufweist. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigenIn particular, it is provided that the braking device has a displaceable by the actuator brake piston, wherein the actuator comprises an electric motor, a driven by the electric motor spindle and a spindle axially movable by a rotation of the spindle driving element, the at least one axial stop for the brake block having its entrainment in a Zuspannstellung. Other features and advantages of the invention will become apparent from the foregoing and from the claims. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1 eine Bremseinrichtung für ein Fahrzeug in einer vereinfachten Schnittdarstellung und 1 a braking device for a vehicle in a simplified sectional view and

2 ein Ablaufdiagramm eines Zuspannvorgangs. 2 a flow chart of a Zuspannvorgangs.

1 zeigt in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung eine Bremseinrichtung 1 für ein Rad eines Kraftfahrzeugs. Die Bremseinrichtung 1 weist einen Bremssattel 2 auf, der eine mit dem Rad drehfest verbundene Bremsschreibe 3 umgreift. Der Bremssattel 2 trägt dazu zwei Bremsbacken 4, 5, die den Stirnseiten der Bremsscheibe 3 zugeordnet sind, um bei Bedarf die Bremsscheibe 3 zwischen diesen einzuspannen, um dadurch eine Reibkraft zwischen Bremsbelägen 4, 5 und Bremsscheibe 3 zu erzeugen, die zu einem Verzögerung- beziehungsweise Bremsmoment führt. 1 shows in a simplified longitudinal sectional view of a braking device 1 for a wheel of a motor vehicle. The braking device 1 has a caliper 2 on, a rotatably connected to the wheel brake writing 3 embraces. The caliper 2 contributes to two brake shoes 4 . 5 , which are the faces of the brake disc 3 are assigned, if necessary, the brake disc 3 clamped between them, thereby a frictional force between brake pads 4 . 5 and brake disc 3 to generate, which leads to a deceleration or braking torque.

Zum Betätigen der Bremseinrichtung 1 ist vorliegend zumindest der Bremsscheibe 5 ein Bremskolben 6 zugeordnet, der an dem Bremssattel 2 axial verlagerbar angeordnet ist. Der Bremskolben 6 trägt an seinem der Bremsscheibe 3 zugewandten Ende den Bremsbelag 5. Der Bremskolben 6 ist becherförmig ausgebildet, wobei sein Boden dem Bremsbelag 5 zugeordnet ist. Ein erster Aktuator 7 weist eine Hydraulikleitung 8 auf, die in die zwischen Bremssattel 2 und Bremskolben 6 gebildete Kammer 9 führt. Die Hydraulikleitung 8 ist beispielsweise mit einem Bremskraftverstärker oder Hauptbremszylinder eines hydraulischen Bremssystems des Kraftfahrzeugs verbunden. Wird der Hydraulikdruck erhöht, so wird dadurch der Bremskolben 6 in Richtung der Bremsscheibe 3 verschoben und dadurch eine gewünschte Bremskraft eingestellt. For actuating the braking device 1 is present at least the brake disc 5 a brake piston 6 assigned to the caliper 2 is arranged axially displaceable. The brake piston 6 carries on its the brake disc 3 facing the brake pad 5 , The brake piston 6 is cup-shaped, with its bottom the brake pad 5 assigned. A first actuator 7 has a hydraulic line 8th on that in between the caliper 2 and brake pistons 6 formed chamber 9 leads. The hydraulic line 8th For example, is connected to a brake booster or master cylinder of a hydraulic brake system of the motor vehicle. If the hydraulic pressure is increased, so does the brake piston 6 in the direction of the brake disc 3 moved and thereby set a desired braking force.

In die Kammer 9 ragt außerdem eine Spindel 10 in den Bremskolben 6 hinein, die ein Mitnahmeelement 11 trägt, das als Spindelmutter ausgebildet ist. Das Mitnahmeelement 11 ist verdrehsicher in dem Bremskolben 6 gehalten, sodass es bei einer Rotation der Spindel 10 axial in dem Bremskolben 6 verlagert wird. Zu ihrem Antrieb ist der Spindel 10 ein Elektromotor 15 zugeordnet, der an dem Bremssattel 2 montiert ist. Der Elektromotor 15, insbesondere als Motor-Getriebe-Einheit ausgebildet, die Spindel 10 und das Mitnahmeelement 11 bilden zusammen einen elektromechanischen zweiten Aktuator 12 zum Betätigen der Bremseinrichtung 2. Dazu weist das Mitnahmeelement 11 einen Axialanschlag 13 auf, der gegen einen Axialanschlag 14 des Bremskolbens 6 verfahrbar ist, um den Bremskolben 6 in Richtung der Bremsscheibe 3 zu bewegen. Es wird die Spindel 10 also in eine Rotationsbewegung versetzt, so wird das Mitnahmeelement 11 derart lange in Richtung der Bremsscheibe 3 verfahren, bis es gegen den Axialanschlag 14 des Bremskolbens 6 trifft, diesen mitnimmt und gegen die Bremsscheibe 3 drängt.In the chamber 9 also protrudes a spindle 10 in the brake pistons 6 into it, which is a driving element 11 carries, which is designed as a spindle nut. The entrainment element 11 is twist-proof in the brake piston 6 held so that it rotates the spindle 10 axially in the brake piston 6 is relocated. Their drive is the spindle 10 an electric motor 15 assigned to the caliper 2 is mounted. The electric motor 15 , In particular designed as a motor-gear unit, the spindle 10 and the entrainment element 11 together form an electromechanical second actuator 12 for actuating the braking device 2 , For this purpose, the driving element 11 an axial stop 13 up against an axial stop 14 of the brake piston 6 is movable to the brake piston 6 in the direction of the brake disc 3 to move. It will be the spindle 10 thus offset in a rotational movement, so is the driving element 11 so long in the direction of the brake disc 3 proceed until it is against the axial stop 14 of the brake piston 6 meets, takes this and against the brake disc 3 urges.

Während mit dem ersten Aktuator 7 übliche Bremsvorgänge im Kraftfahrzeug durch hydraulische Betätigung durchgeführt werden, wird mittels des zweiten Aktuators 12 eine Parkbremse realisiert, die in den Bremssattel integriert ausgebildet ist.While with the first actuator 7 usual braking operations in the motor vehicle are performed by hydraulic actuation, by means of the second actuator 12 realized a parking brake, which is formed integrated in the caliper.

Zum Lösen der Parkbremse wird der Aktuator 12 derart angesteuert, dass das Mitnahmeelement 11 von der Bremsscheibe 3 wegbewegt wird, sodass sich der Bremsbelag 5 von der Bremsscheibe 3 lösen kann. Um das Rad des Kraftfahrzeugs sicher zu blockieren, muss die Klemmkraft, die durch den elektromotorischen Aktuator 12 zur Verfügung gestellt wird, eine Mindestkraft überschreiten, sodass zwischen den Bremsbelägen 4, 5 und der Bremsscheibe 3 ein ausreichend hoher Reibschluss entsteht, der in der gegebenen Situation ein Drehen des Rades sicher verhindert. Bisher ist es bekannt, die eingestellte Klemmkraft beziehungsweise Bremskraft dadurch zu erfassen, dass Strom und Spannung des Elektromotors 15 des Aktuators 12 im Arbeitstakt eines den Aktuator 12 ansteuernden Steuergeräts ermittelt werden, wobei für die Ermittlung zunächst eine Motorkonstante oder ein Motorwiderstand des Elektromotors 15 bestimmt werden.To release the parking brake is the actuator 12 controlled such that the driving element 11 from the brake disc 3 is moved away, so that the brake pad 5 from the brake disc 3 can solve. To safely lock the wheel of the motor vehicle, the clamping force generated by the electromotive actuator 12 is provided, exceed a minimum force, so that between the brake pads 4 . 5 and the brake disc 3 a sufficiently high frictional engagement is created which reliably prevents rotation of the wheel in the given situation. So far, it is known to detect the set clamping force or braking force characterized in that the current and voltage of the electric motor 15 of the actuator 12 in the working cycle of the actuator 12 triggering control device are determined, wherein for the determination of an engine constant or a motor resistance of the electric motor 15 be determined.

Mit dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jedoch eine einfachere und ressourcensparende Lösung zum Ermitteln der Klemmkraft/Bremskraft vorgestellt. Dabei sind weniger Messwerter von Strom und Spannung notwendig und eine deutlich verringerte Rechenleistung und reduzierter Speicherplatz gegenüber bekannten Verfahren, sodass die hier vorgestellte Lösung auch in Kraftfahrzeugen integrierbar ist, die nur ein Minimum an Rechnerleistungen zur Verfügung stellen.With the embodiment described below, however, a simpler and resource-saving solution for determining the clamping force / braking force is presented. In this case, less measured value of current and voltage and a significantly reduced computing power and reduced storage space compared to known methods, so that the solution presented here can also be integrated into motor vehicles that provide only a minimum of computer power available.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Zuspannvorgangs durch den Aktuator 12, wobei hier über die Zeit t aufgetragen sind: die Spannung U, der Strom i, die Winkelgeschwindigkeit ω der Abtriebswelle des Elektromotors 15 sowie die Klemmkraft FK. Eine typische Betätigung der Feststellbremse beziehungsweise Parkbremse ist in drei Phasen I, II und III aufteilbar. In der ersten Phase ab Zeitpunkt t1 wird der Elektromotor 15 in Betrieb genommen. In dieser Phase werden in bekannten Verfahren Motorkonstante und Motorwiderstand berechnet. Darauf folgt in der Phase II ab Zeitpunkt t2 eine Leerlaufphase, in welcher das Mitnahmeelement 11 innerhalb des Bremskolbens 6 verfahren wird, ohne diesen jedoch mitzunehmen. Erst in der Phase III, wenn das Mitnahmeelement 11 zu dem Zeitpunkt t3 mit dem Axialanschlag 13 gegen den Axialanschlag 14 des Bremskolbens 6 drückt und den Bremskolben mit dem Bremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 3 bewegt, erfolgt der eigentliche Zuspannvorgang, bei welchem die Klemmkraft FK zunimmt. 2 shows a flowchart of a Zuspannvorgangs by the actuator 12 , wherein here are plotted over the time t: the voltage U, the current i, the angular velocity ω of the output shaft of the electric motor 15 as well as the clamping force F K. A typical actuation of the parking brake or parking brake can be divided into three phases I, II and III. In the first phase from time t1, the electric motor 15 put into operation. In this phase, engine constants and engine resistance are calculated in known methods. This is followed in phase II from time t2 an idle phase, in which the driving element 11 inside the brake piston 6 procedure, but without taking it with him. Only in phase III, when the entrainment element 11 at time t3 with the axial stop 13 against the axial stop 14 of the brake piston 6 pushes and the brake piston with the brake pad 5 against the brake disc 3 moves, the actual application process takes place, in which the clamping force F K increases.

Vorliegend wird vorteilhafterweise die Parkbremse beziehungsweise der Aktuator 12 mit der mechanischen Leistung einer „Feder“ verglichen wird. Während des Zuspannvorgangs wird zunächst der Leerweg (Phase II) überwunden. Dabei wird auf den Bremssattel 2 keine Kraft ausgeübt. Dies ändert sich, sobald das Mitnahmeelement 11 zu t3 mit dem Bremskolben 6 in Berührung gerät. Wird der Elektromotor 15 weiter angesteuert und die Spindel 10 rotiert, so wird auch die Klemmkraft FK erhöht. Die Bremseinrichtung 1, genauer gesagt der Bremssattel 2, verhält sich dabei wie eine Feder, die gespannt wird, wobei sich für die durch die federgespeicherte Energie E folgendes ergibt: E = 1 / 2cFeder·s2 In the present case, the parking brake or the actuator is advantageously used 12 is compared with the mechanical performance of a "spring". During the application process, the free travel (phase II) is overcome first. It is on the caliper 2 no power exercised. This changes as soon as the entrainment element 11 to t3 with the brake piston 6 in contact. Will the electric motor 15 further controlled and the spindle 10 rotates, so the clamping force F K is increased. The braking device 1 , more precisely, the caliper 2 , behaves like a spring, which is tensioned, resulting in the following by the spring-stored energy E: E = 1 / 2c spring · s 2

Dabei steht cFeder für die Federkonstante und s für den Federweg. Als Einheit ist dabei die Energie: E = N / m·m2 = Nm = J Here, c spring stands for the spring constant and s for the spring travel. As a unit, the energy is: E = N / m · m 2 = Nm = J

Umgeschrieben für den vorliegenden Anmeldungsfall bedeutet dies:

Figure DE102015201556A1_0002
Rewritten for the present application case this means:
Figure DE102015201556A1_0002

Der eigentliche Zuspannvorgang erfolgt dabei innerhalb einer endlichen Zeit, die zum Zeitpunkt t3 beginnt und zu einem Zeitpunkt t4 endet. Durch Teilen der Energie durch die Zeitdauer Δt = t4 – t3 erhält man die abgesetzte mittlere Leistung. Um die mechanische Energie zum Zuspannen der Parkbremse aufzubringen, ist die elektrische Energie für eine bestimmte Zeit nötig. Allgemein ist die elektrische Leistung wie folgend definiert: P = 1W(Watt) = 1 Nm / s = 1 J / s The actual application process takes place within a finite time, which begins at time t3 and ends at a time t4. By dividing the energy by the time period Δt = t4 - t3 gives the offset average power. To apply the mechanical energy for applying the parking brake, the electrical energy for a certain time is needed. Generally, the electrical power is defined as follows: P = 1W (watts) = 1 Nm / s = 1 J / s

Die elektrische Leistung während des Zuspannvorgangs zwischen t3 und t4 kann wie folgt ermittelt werden:

Figure DE102015201556A1_0003
The electrical power during the application process between t3 and t4 can be determined as follows:
Figure DE102015201556A1_0003

Da jedoch keine direkte Integration in der Zeit des geltenden Steuergeräts möglich ist, wird vorliegend eine numerische Summation durchgeführt. Dabei wird während des gesamten Betrachtungszeitraums T = t4 – t3 immer die elektrische Leistung, die in jedem Takt oder Task erbracht wird, aufsummiert:

Figure DE102015201556A1_0004
However, since no direct integration in the time of the current controller is possible, a numeric summation is performed in the present case. In this case, during the entire observation period T = t4-t3, the electrical power which is produced in each cycle or task is always summed up:
Figure DE102015201556A1_0004

k ist dabei durch die Task-/Taktgeschwindigkeit des Steuergeräts, die in der Regel in der Größenordnung von 5, 10 oder 20 Millisekunden liegt, definiert. Bei der Berechnung der elektrischen Leistung spielt der Temperatureinfluss bei der Messung der Spannung und des Stroms eher eine geringere Rolle. Da die Spannung U grundsätzlich bekannt ist, da sie im Steuergerät neben dem Strom ebenfalls gemessen wird, kann der Spannungseinfluss ohne weiteres in der Spannkraftsteuerung berücksichtigt werden. Untersuchungen haben ergeben, dass eine Standardabweichung von ±2 im ungünstigsten Fall der Leistung von 50 J/s eine Abweichung von ±4% ergibt. Die Steigung der Kennlinie über die Spannung entspricht nahezu der Spannungsänderung. Die Spannungsänderung wiederum bewirkt eine gleichgerichtete Änderung der Motorrotationsgeschwindigkeit, was wiederum bei hoher Spannung zu kürzeren Zuspannzeiten führt. Weil die elektrische Leistung direkt mit der Klemmkraft FK korreliert, ist hiermit ein Verfahren zur Bestimmung der Klemmkraft mit sehr hoher Genauigkeit gegeben. Die Varianz des Motorparameters geht in dieser Art der Betrachtung nicht mehr ein. Die Motorkonstante gibt den Betrag für die Umsetzung des Stroms den Drehmoment an, nicht jedoch die benötigte Energie oder gar die Leistung. Daher sind die bisher üblichen Aufwände für die Berechnung für Motorparameter nicht mehr notwendig und der Speicher- und Rechenbedarf wird reduziert. k is defined by the task / clock speed of the controller, which is usually of the order of 5, 10 or 20 milliseconds. When calculating the electrical power, the influence of temperature in the measurement of voltage and current tends to play a minor role. Since the voltage U is basically known, since it is also measured in the control unit in addition to the current, the influence of voltage can be taken into account in the clamping force control without further ado. Investigations have shown that a standard deviation of ± 2 in the worst case gives a performance of 50 J / s, a deviation of ± 4%. The slope of the characteristic over the voltage almost corresponds to the voltage change. The voltage change in turn causes a rectified change in the motor rotation speed, which in turn leads to shorter clamping times at high voltage. Because the electrical power correlates directly with the clamping force F K , this provides a method for determining the clamping force with very high accuracy. The variance of the motor parameter is no longer included in this kind of consideration. The motor constant gives the amount for the implementation of the current to the torque, but not the required energy or even the power. Therefore, the usual effort for the calculation of engine parameters are no longer necessary and the memory and computing requirements is reduced.

Somit wird vorliegend die Klemmkraft FK mittels der Auswertung der elektrischen Leistung P bestimmt, wobei der Zeitpunkt t3, zu welchem der Strom i ansteigt, als Zeitpunkt des Zuspannvorgangs (Phase III) definiert und bei der Betätigung der Parkbremse erfasst wird. Die umgesetzte elektrische Leistung wird zu jedem Zeitpunkt t3 + k0, t3 + k1, t3 + k2, t3 + k3, ... ermittelt. Dabei ist kx definiert durch die Taskgeschwindigkeit beziehungsweise Taktgeschwindigkeit des das Verfahren durchführende Steuergeräts. Insbesondere die erfasste Spannung U wird bei der Ermittlung der elektrischen Leistung berücksichtigt. Nach Erreichen der geforderten elektrischen Leistung wird die Ansteuerung des Elektromotors 15 unterbrochen und der Zuspannvorgang somit bei Erreichen der gewünschten Klemmkraft zu dem Zeitpunkt t4 beendet. Dabei wird beispielsweise die wie zuvor beschrieben ermittelte elektrische Leistung mit einer Soll-Leistung verglichen, um bei Erreichen der Soll-Leistung den Vorgang abzubrechen. Durch das beschriebene Verfahren wird die Ist-Klemmkraft der Bremseinrichtung 1 sehr genau ermittelt, wobei sich nur eine geringe Steuerung über die Temperatur der über die Spannung ergibt, und gleichzeitig ein minimaler Rechenaufwand zur Durchführung des Verfahrens notwendig ist.Thus, in the present case, the clamping force F K is determined by means of the evaluation of the electrical power P, the time t3, at which the current i increases, being defined as the time of the application process (phase III) and detected when the parking brake is actuated. The converted electrical power is determined at each time t3 + k0, t3 + k1, t3 + k2, t3 + k3, .... In this case, kx is defined by the task speed or clock speed of the controller performing the method. In particular, the detected voltage U is taken into account in the determination of the electrical power. After reaching the required electrical power is the control of the electric motor 15 interrupted and the application process thus ends when reaching the desired clamping force at the time t4. In this case, for example, the electrical power determined as described above is compared with a desired power in order to interrupt the process when the desired power is reached. By the method described, the actual clamping force of the braking device 1 determined very accurately, with only a small control over the temperature of the results over the voltage, and at the same time a minimum computational effort to carry out the process is necessary.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012205576 A1 [0005] DE 102012205576 A1 [0005]
  • DE 102006052810 A1 [0005] DE 102006052810 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Bremseinrichtung (1), die einen elektromotorischen Aktuator (12) zum Einstellen einer Bremskraft aufweist, wobei der Aktuator (12) in Abhängigkeit von einer ermittelten Ist-Bremskraft angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Bremskraft in Abhängigkeit von einer durch den Aktuator (12) erbrachten elektrischen Leistung (P) ermittelt wird.Method for operating a braking device ( 1 ), which has an electromotive actuator ( 12 ) for adjusting a braking force, wherein the actuator ( 12 ) is controlled in dependence on a determined actual braking force, characterized in that the actual braking force in dependence on a by the actuator ( 12 ) electrical power (P) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung (P) eine elektrische Spannung (U) und ein elektrischer Strom (i) des Aktuators (12) erfasst werden.A method according to claim 1, characterized in that for determining the electrical power (P), an electrical voltage (U) and an electrical current (i) of the actuator ( 12 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung (P) eine Zeitdauer (T) ermittelt wird, in welcher die Leistung (P) zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the electrical power (P) a period of time (T) is determined, in which the power (P) is provided. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung (P) erst ab dem Zeitpunkt (t3) ermittelt wird, ab welchem der Aktuator (12) ein Leerweg überwunden hat und ein Zuspannen der Bremseinrichtung (1) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical power (P) is determined only from the time (t 3 ), from which the actuator ( 12 ) has overcome an empty path and an application of the braking device ( 1 ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der elektrischen Leistung (P) während des Zuspannvorgangs eine numerische Summation durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the electrical power (P) during the brake-application, a numerical summation is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des Zuspannvorgangs in Abhängigkeit vom Verlauf des erfassten Stroms (i) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the beginning of the application process in dependence on the course of the detected current (i) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Leistung (P) mit einer Soll-Leistung verglichen wird, und dass dann, wenn die ermittelte Leistung (P) der Soll-Leistung entspricht, der Aktuator (12) deaktiviert/abgeschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined power (P) is compared with a desired power, and in that when the determined power (P) corresponds to the desired power, the actuator ( 12 ) is deactivated / switched off. Vorrichtung zum Betreiben einer Bremseinrichtung (1), die einen elektromotorischen Aktuator (12) zum Einstellen einer Bremskraft aufweist, wobei der Aktuator in Abhängigkeit von einer ermittelten Ist-Bremskraft angesteuert wird, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchzuführen.Device for operating a braking device ( 1 ), which has an electromotive actuator ( 12 ) for adjusting a braking force, wherein the actuator is controlled in dependence on a determined actual braking force, characterized by a control device which is adapted to perform the method according to one of claims 1 to 7 under normal use. Bremseinrichtung (1), mit einem elektromotorischen Aktuator (12) zum Einstellen einer Bremskraft, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8.Braking device ( 1 ), with an electromotive actuator ( 12 ) for adjusting a braking force, characterized by a device according to claim 8. Bremseinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen durch den Aktuator (12) verlagerbaren Bremskolben (6), wobei der Aktuator (12) einen Elektromotor (15), eine durch den Elektromotor (15) antreibbar Spindel (10) und ein durch eine Rotation der Spindel (10) entlang der Spindel axial verfahrbares Mitnahmeelement (11) aufweist, das wenigstens einen Axialanschlag (13) für den Bremskolben (6) zu dessen Mitnahme in eine Zuspannstellung aufweist.Braking device according to claim 9, characterized by a through the actuator ( 12 ) displaceable brake piston ( 6 ), wherein the actuator ( 12 ) an electric motor ( 15 ), one by the electric motor ( 15 ) drivable spindle ( 10 ) and one by a rotation of the spindle ( 10 ) along the spindle axially movable driving element ( 11 ), the at least one axial stop ( 13 ) for the brake piston ( 6 ) to its entrainment in a Zuspannstellung.
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