CN118434606A - 用于调节机电式制动器的夹持力的装置 - Google Patents

Abstract

机电式制动器的夹持策略取决于存在的液压压力，用以对夹持力的机械分量进行调节并防止过度的制动器夹持。根据压力测量值来估算夹持力的液压分量(F_Hyd)，从目标力(F_Tar)中减去该液压分量(F_Hyd)来产生待施加的机械分量(F_TarNew)，并且用于控制制动器夹持的电动马达根据所施加的所述机械分量的值在供应至所述电动马达的电流达到阈值(I₂)时停止。

Description

用于调节机电式制动器的夹持力的装置

技术领域

本发明涉及用于机电式制动器的夹持力调节装置。

背景技术

许多车辆包括用于车辆的轮中的至少一些轮的机电式制动器。这种制动器可以用作驻车制动器，但是也可以在车辆的运动期间用作行车制动器，并且在特殊情况下用作紧急制动器。在用作行车制动器时，行车制动器施加的制动取决于驾驶员对制动踏板的压力以及行车制动器随后施加的液压压力。在驻车制动器和紧急制动器的情况下，马达控制单元通过使电动马达致动、对制动器的致动器施加夹持运动来自动施加制动夹持策略，该制动夹持策略根据车辆的状态或行驶的各种参数被预先限定。

许多夹持策略包括施加根据应当施加至电动马达的电流的连续测量值所确定的夹持力以继续夹持动作。这种简单策略的缺点在于，其没有考虑到制动器中可能已经存在并且施加了初始夹持力的液压压力。通过该策略所施加的力然后与该初始力相加，并且当该策略停止时所获得的总的力超过了保证夹持所需的力：达到的过量夹持(“过度夹持”)具有的缺点是，由于使制动器的载荷过强而使制动器过早地磨损，同时不必要地消耗了用于进行夹持以及用于后来进行松弛的能量。

发明内容

因此，本发明旨在避免由于盲目地施加独立于制动器中已经存在的液压压力的策略而导致机电式制动器的过量夹持。

特别希望尽可能地获得独立于初始所施加的液压压力的、不变的最终夹持力。

本发明的另一目的是通过计算对共同参与制动器的夹持的两个液压分量和机械力分量进行估算和关联，以仍然获得具有令人满意的精度的大致不变的最终夹持力的上述结果，尽管这两个液压分量和机械力分量取决于物理现象和不同的机制并且根据可能不准确的测量和校准而获得。

本发明的又一目的是确保足够的夹持力被保持，即使在液压压力由于驾驶员对制动踏板上的压力的释放而将无法保持的情况下也是如此。

根据第一总体方面，本发明涉及马达控制单元，该马达控制单元旨在对车辆机电式制动器的致动器的电动马达进行控制，该马达控制单元包括：

-用于向电动马达供应指令的模块，该指令包括用于对制动器进行夹持的指令；

-用于在夹持指令期间对供应至电动马达的电流的值进行连续测量的模块；

-用于对施加至制动器的液压压力进行测量的模块；

-以及决策模块，该决策模块设计成根据预先限定的策略对指令供应模块进行控制，该策略包括针对夹持指令停止由制动器以目标夹持力所施加的夹持，该停止由决策模块根据随液压压力的测量值而定的电流的测量值来决定。

在本发明中，由制动器施加的机械夹持力的机械分量与电动马达使制动器的致动器移动所需的电流的值相关联，并且当机械分量和由于压力测量值而估算的夹持液压分量的总和达到策略所限定的目标值时，停止夹持。

根据第二总体方面，本发明涉及用于车辆的机电式制动装置，该机电式制动装置包括与车辆的轮相关联的所述制动器、该制动器的致动器、该致动器的所述电动马达、以及前述电动马达的马达控制单元。

根据本发明的一些可选的改进方案：

-决策模块设计成，通过将取决于电流的值的第一分量和取决于液压压力的估算值的第二分量相加来估算施加至制动器的总夹持力；

-液压压力测量在车辆的主缸处进行；

-经估算的液压压力的估算值等于液压压力的测量值减去固定值；

-固定值为7巴至15巴；

-固定值为10巴；

-第二分量通过向液压压力的所述估算值施加换算系数而与液压压力的估算值成比例；

-换算系数是固定的，并且包括在15％至30％之间；

-换算系数为20％；

-决策模块设计成估算第二分量、然后估算使夹持力将等于目标夹持力的力第一分量的值，并且决策模块设计成在测量到电流的估算为与力第一分量的所述值相对应的阈值时使指令供应模块停止。

本发明的另一目的是设置有根据前述内容的机电式制动装置的车辆。

附图说明

现在将借助于以下附图来描述本发明的不同方面、特征和优点，这些附图图示了纯粹出于说明的目的给出的优选实施方式。

-图1示意性地示出了机动车辆；

-图2图示了包括驻车装置的分解的制动器；

-图3图示了所述制动器的马达控制单元；

-图4图示了已知策略的行为，该策略施加了用于机电式制动器的夹持的具有相同值的机械力分量；

-图5是这种已知策略的另一行为；

-图6图示了根据本发明的策略的用于制动器的夹持的方法的流程图；

-图7是根据本发明的策略的行为；

-以及图8是制动液压回路的图。

具体实施方式

图1示出了机动车辆1，该机动车辆1配备有位于前轴3上的两个驱动和转向前轮2以及位于后轴5上的两个非驱动和非转向后轮4。在本文中，前轮2中的每个前轮均配备有行车制动器6，该行车制动器6由驾驶员通过按压在制动踏板上被直接致动，并且后轮4中的每个后轮均配备有在下面更详细地描述的制动器7，并且该制动器7与能够使制动器7作为驻车制动器和紧急制动器工作的致动器8相关联。两个制动器7的致动器8由同一马达控制单元9根据与车辆1的一些参数以及车辆1的驱动状态有关的各种信息进行控制。马达控制单元9在需要紧急制动或要求驻车时是启用的。对于液压行车制动功能而言，制动器7在前面处的制动器6被驾驶员致动的同时也由驾驶员致动。

图2根据分解视图示意性地图示了制动器7的已知且非限制性的实施方式。制动器7包括卡钳11，该卡钳11紧固至具有筒形形状的壳体12。制动器7还包括齿轮马达60，该齿轮马达60的凸缘61通过螺杆(在本文中未示出)紧固至壳体12的后部面处的凸缘62。齿轮马达60包括电动马达18以及用于降低所述电动马达18的转速的齿轮。壳体12包括被称为汽缸的液压腔13，该液压腔13朝向前方(图2中的右侧)敞开，并且支承可移动衬垫(未示出)的活塞14在该液压腔中滑动。通过使活塞14向前滑动以使可移动衬垫更靠近位于卡钳11的前端部处的固定衬垫并将后轮4的盘夹持在这些衬垫之间来实现制动操作。活塞14的这种运动在制动器7作为行车制动器工作时通过在驱动车辆时在液压腔13中施加液压压力来获得：该压力施加在活塞14的后部面上并将活塞14向前推动。然而，在制动器7被控制作为驻车制动器或紧急制动器的情况下，制动操作通过根据由马达控制单元9所施加的策略来使用电动马达18而实现。电动马达18使齿轮马达60的齿轮移动，这使延伸到液压腔13中的螺杆15旋转。螺杆15与螺母16接合，然后活塞14的后部面抵接该螺母16。螺杆15的旋转转化成螺母16和活塞14的平移，活塞14根据电动马达18的致动持续时间来移动。特别地，此处所考虑的致动器8包括齿轮马达60，并且因此包括齿轮马达60的电动马达18、以及包括螺杆15和螺母16的系统17。

本发明可以应用于除这些之外的其他车辆和其他制动器。

图3更详细地图示了马达控制单元9：该马达控制单元9包括：指令供应模块19，该指令供应模块19根据预定策略通过连接至车辆1中所存在的电池或另一能量源来向电动马达18供应指令；电流测量模块20，该电流测量模块20对电路中的电流强度进行测量，电动马达18和所述能量源安装在该电路中；压力测量模块21，该压力测量模块21对制动系统中的液压压力进行测量；以及决策模块23，该决策模块23将指令供应模块19与测量模块20、21连接，并且该决策模块23使用测量模块20、21的输出信号来调节指令的持续时间。

参照图4。图4图示了作为时间t的函数的施加至电动马达18的电流I的曲线30、以及在已知策略期间并且在制动器7中不存在液压压力的情况下制动器7的作为时间t的函数的夹持力F的对应曲线31。电流曲线30包括三个连续的部分：起始峰值32、平坦部分33以及增长部分34。

起始峰值部分32从施加策略的时间点t₁开始，具有短的持续时间和高的值；起始峰值部分32对应于马达的启动并且没有产生夹持。

具有相对长的持续时间的平坦部分33对应于活塞14在实际开始夹持之前的卸载行程，并且平坦部分33从时间点t₂开始以大致恒定且低的值的电流I进行。

并且增长部分34在时间点t₃处开始，并且具有随时间的推移大致一致的斜率。增长部分34对应于夹持力F或夹持力F的机械分量的逐渐增大。

力曲线31包括零值(或可忽略不计的)的力部分35，随后包括在与时间点t₃同时或几乎同时的时间点t₄处开始的增长的力部分36。在该增长部分36中，夹持力F的增长具有大致不变的斜率，使得夹持力可以至少近似地以比例关系与电流I的值相关联。当达到与夹持的目标力F_Tar相关联的电流I的强度阈值I₁时，停止夹持策略。此后，夹持力F的变化非常小。

现在，如果在已经存在液压夹持的情况下施加已知策略，则该策略的行为如以下根据图5所示。与先前的电流曲线类似地，现在为40的电流曲线也具有起始峰值部分42、平坦部分43以及增长部分44，不同之处在于平坦部分43和增长部分44的持续时间可能不同。与之前一样，增长部分44在电流I的强度阈值I₁处中断，该强度阈值I₁与先前的强度阈值相同。

然而，现在为41的力曲线由于液压压力而在非零值F_Hyd处开始。该力曲线在曲线的平坦部分43的上方保持恒定，随后在与增长部分44大致同时开始的增长部分46上增长。增长部分46的斜率与图4中的斜率大致相同，使得在策略结束时，力可能远远超过目标力F_Tar，这通常对应于不利于制动器的持续时间和车辆1的正常运行的过量夹持(“过度夹持”)。

根据本发明的改进策略在图6中图示。第一步骤是决定(E50)施加夹持策略，而且使马达致动(E51)。接下来是测量液压压力的步骤(E52)、校正测量值的步骤(E53)、以及计算已经施加至制动器7的力液压分量F_Hyd的步骤(E54)；随后是计算待施加的力机械分量F_TarNew的步骤(E55)、估算施加该机械分量所需的电流的最终值(电流强度的修正阈值I₂)的步骤(E56)。在已经决定进行夹持之后立即开始测量电流(E57)，并且将电流的测量值与步骤E56中所确定的最终值进行比较(E58)。只要电流的重复测量值保持低于修正阈值I₂，则继续执行该策略，并且在电流测量值达到该阈值时停止该策略。然后停止马达(E59)。

在不存在由车辆的轮的行车制动所产生的初始液压压力的情况下，由机电式制动器进行驻车制动的策略具有与图4的行为相同的行为。相反地，在已经于行车制动之后施加液压压力、特别是恒定的或至少不增长的液压压力的情况下，图7示出的是，电流曲线40被电流曲线63取代，电流曲线63的不同之处在于，现在为64的增长部分由于在步骤E55中所计算出的低于I₁的修正阈值I₂处停止而较短。对应的力曲线65也包括现在为66的增长部分，该增长部分66较短并且在目标力F_Tar(相对于已知策略未改变)附近停止，因为用于轮的驻车制动的夹持力的机械分量已经减去尽可能与现有的液压分量相对应的值。该液压分量F_Hyd保持在力曲线61的与平坦部分45相对应的平坦部分67的上方。

现在，此处是本发明的该特定实施方式中所应用的规则，该规则用以提高夹持力的精度或使改进策略完全地可靠。

图8示出了制动液压回路，该制动液压回路包括主缸70、压力放大器、泵或加压制动流体的任何其他源，该制动液压回路经由管道系统71与车辆1的轮2、4所配备的机电式或非机电式的制动器6和7的缸13a至13d连通。现有的液压压力优选地在主缸70而不是缸13a至13d处测量，因为这可以以较大的精度进行估算。

考虑到测量的不确定性，对测量值P_mes施加校正。对于液压压力可以达到约150巴(15MPa)的普通制动系统，校正值可以为7巴至15巴(0.7MPa至1.5MPa)，并且例如为10巴(1MPa)至15巴。为了不过高地估算夹持力的液压分量并且为了保证足够的最终夹持力，将测量值P_mes减去该校正值。该校正值指示为P_corr。

还有必要防止随后液压压力的下降，特别是在释放制动踏板的情况下，有必要防止随后液压压力的下降。已经注意到的是，此时的压力损失是适度的。可以使用包括在15％至30％(在下面的公式中为在0.15至0.30之间)之间、并且例如为约20％的换算系数K_corr。

然后根据下面的公式来获得所估算的压力P_est，借助于所估算的压力P_est来计算液压压力F_Hyd：

P_est＝(P_mes-P_corr)，

并且力液压分量可以通过以下公式来估算：

F_Hyd＝P_est(φ/2)²·π·(1-K_corr)，

其中，φ是活塞14的直径。

用以获得目标夹持力F_Tar所需的机械分量F_TarNew通过下面的公式给出：

F_TarNew＝F_Tar-F_Hyd，

并且使策略停止的修正阈值I₂的值可以通过下面的公式获得，使得可以根据制动器7和致动器8的凭经验获得的行为特征进行调节：

I₂＝I₁·(F_TarNew/F_Tar)

本发明可以以不同的方式实施：因此可以根据与步骤E53至E56的顺序不同的顺序对所施加的液压压力和待施加的力机械分量进行校正计算或重新评估计算。液压压力测量可以使用车辆1上已有的传感器进行，并且可以在策略的施加期间被更新，或者可以不更新。

附图标记列表：

1机动车辆

2前轮

3前轴

4后轮

5后轴

6制动器

7机电式制动器

8致动器

9马达控制单元

11卡钳

12壳体

13缸13a至13d

14活塞

15螺杆

16螺母

17螺杆-螺母系统

18电动马达

19指令供应模块

20电流测量模块

21压力测量模块

23决策模块

30电流曲线

31力曲线

32起始峰值

33平坦部分

34增长部分

35平坦部分

36增长部分

40电流曲线

41力曲线

42起始峰值

43平坦部分

44增长部分

45平坦部分

46增长部分

60齿轮马达

61凸缘

62凸缘

63电流曲线

64增长部分

65力曲线

66增长部分

67平坦部分

70主缸71管道系统E50夹持决策E51启动E52压力测量E53校正E54液压分量E55机械分量E56电流阈值E57电流的测量E58达到阈值？

E59停止F夹持力F_Hyd力液压分量F_Tar目标夹持力F_TarNew目标机械分量I电流强度I₁停止阈值I₂修正的停止阈值K_corr校正系数P_mes测量压力P_corr校正压力

P_est估算压力

t₁至t₅时间曲线的时间点

t时间

Claims (15)

1.一种马达控制单元(9)，所述马达控制单元(9)构造成在对马达驱动式车辆的轮进行制动时对马达驱动式车辆的机电式制动器(7)的致动器(8)的电动马达(18)进行控制，所述马达控制单元(9)包括：

-用于向所述电动马达供应指令的模块(19)，所述指令包括制动夹持指令；

-用于在夹持指令期间对施加至所述电动马达的电流(I)的值进行连续测量的模块(20)；

-用于对施加至所述制动器的液压压力进行测量的模块(21)；

-并且其特征在于，所述马达控制单元(9)还包括决策模块(23)，所述决策模块(23)设计成根据预先限定的策略对所述指令供应模块(19)进行控制，所述策略包括针对所述夹持指令停止由所述制动器以目标夹持力(F_Tar)施加的夹持，所述停止由所述决策模块根据随所述液压压力的测量值而定的所述电流的测量值来决定，

其中，所述决策模块设计成，通过将取决于所述电流的值的第一机电分量(F_TarNew)和取决于所述液压压力的估算值(P_est)的第二液压分量(F_Hyd)相加来估算施加至所述制动器的总的夹持力，

所述决策模块(23)设计成估算所述第二液压分量(F_Hyd)、随后估算使所述夹持力将等于所述目标夹持力(F_Tar)的所述力第一机电分量(F_TarNew)的值，并且所述决策模块(23)设计成在测量到所述电流的阈值(I₂)时使所述指令供应模块(19)停止，所述阈值(I₂)估算为与所述力第一机电分量的所述值相对应。

2.一种用于车辆的机电式制动装置，所述机电式制动装置包括与所述车辆的轮(4)相关联的所述制动器(7)、所述制动器的致动器(8)、所述致动器的所述电动马达(28)、以及根据权利要求1所述的所述电动马达的所述马达控制单元(9)。

3.根据权利要求1至2所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，液压压力测量在所述车辆的主缸(70)处进行。

4.根据权利要求1至3所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，经估算的所述液压压力的估算值(P_est)等于所述液压压力的所述测量值(P_mes)减去固定值(P_corr)。

5.根据权利要求4所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，所述固定值为7巴至15巴。

6.根据权利要求3和4所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，所述固定值为10巴。

7.根据权利要求1所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，所述第二液压分量通过向所述液压压力的所述估算值施加换算系数(K_corr)而与所述液压压力的所述估算值(P_mes)成比例。

8.根据权利要求7所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，所述换算系数是固定的，并且包括在15％至30％之间。

9.根据权利要求8所述的制动装置或马达控制单元，其特征在于，所述换算系数为20％。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的制动装置或马达控制单元，所述制动装置或马达控制单元构造成使得所述第二液压分量在制动期间没有增大，

所述第二液压分量优选地在制动期间大致恒定。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的制动装置或马达控制单元，其中，所述机电式制动器是驻车制动器，作为马达控制单元的控制单元构造成对所述轮的驻车制动器进行控制。

12.根据前一权利要求所述的制动装置或马达控制单元，其中，所述第二液压分量是由所述轮先前的行车制动所产生的液压分量，所述马达控制单元对所述机电式制动器的用于所述轮的驻车制动的所述第一机电分量进行控制。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的制动装置或马达控制单元，其中，所述机电式制动器是机电的且非液压的制动器，所述马达控制单元构造成通过所述第一机电分量来控制所述轮的机电制动。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的制动装置或马达控制单元，其中，所述决策模块(23)设计成执行制动控制方法，所述制动控制方法依次且按顺序包括以下步骤：估算所述第二液压分量(F_Hyd)；随后估算使所述夹持力将等于所述目标夹持力(F_Tar)的所述力第一机电分量的值(F_TarNew)；以及在测量到所述电流的估算为与所述力第一机电分量的所述值相对应的阈值(I₂)时使所述指令供应模块(19)停止。

15.一种机动车辆，其特征在于，所述机动车辆设置有根据权利要求2至14中的任一项所述的机电式制动装置。