Robuste Drehwinkelmessung mechanisch kommutierter Gleichstrommaschinen anhand von Oszillationen elektrischer Messgrößen am Beispiel einer sattelintegrierten elektrischen Parkbremse

Sattelintegrierte elektrische Parkbremsen weisen üblicherweise lediglich Sensorik für elektrische, nicht aber für mechanische Messgrößen auf, obwohl insbesondere letztere zu einer funktionalen Verbesserung des Systems beitragen können. In diesem Zusammenhang bietet eine "sensorlose" Drehwinkelmessung der antreibenden mechanisch kommutierten Gleichstrommaschine die Möglichkeit, anhand von Oszillationen der bereits vorhandenen elektrischen Messgrößen auf mechanische Zustandsgrößen zu schließen. Allgemein zu diesem Zweck existierende Signalverarbeitungsverfahren können jedoch weder eine grundsätzliche Fehlerfreiheit gewährleisten noch eine Aussage über die erreichbare Genauigkeit liefern. Durchgeführte messtechnische und simulative Signalanalysen stellen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Versuchsparameter die hierbei auftretenden Schwierigkeiten dar und identifizieren Einflussfaktoren auf den Signalverlauf. Anhand charakteristischer Signalmerkmale wie der Drehzahlproportionalität der enthaltenen Frequenzen werden allgemeingültige Anforderungen an ein robustes Verfahren zur "sensorlosen" Drehwinkelmessung sowie die entsprechende Funktionsweise abgeleitet und dieses unter Berücksichtigung der systemischen Rahmenbedingungen der elektrischen Parkbremse entwickelt. Die abschließende Validierung verdeutlicht die Genauigkeit des Verfahrens und durch dessen Anwendung in ausgewählten Systemfunktionen der elektrischen Parkbremse werden die sich bei Belagverschleißbestimmung, Spannkraft- und Lüftspieleinstellung ergebenden Vorteile dargestellt.

Caliper-integrated electric parking brakes are usually only equipped with sensors for measuring electrical but not mechanical quantities, although the latter can contribute in particular to a functional improvement of the system. In this context, “sensorless” measurement of the angle of rotation of the driving mechanically commutated DC motor offers the possibility of inferring mechanical state variables based on the oscillations of the already available electrical quantities. However, common existing signal processing methods for this purpose can neither guarantee to be error-free nor provide a statement about the achievable accuracy. The signal analyses carried out by measurements and simulations, taking into account different test parameters, illustrate the arising difficulties and identify factors influencing the signal characteristics. On the basis of distinctive signal features such as the speed proportionality of the frequencies contained, generally valid requirements for a robust procedure for “sensorless” angle measurement and the corresponding functionality are derived, which is developed taking into account the systemic framework conditions of the electric parking brake. The final validation illustrates the accuracy of the method and its application in selected system functions of the electric parking brake demonstrates the advantages resulting during pad wear estimation, clamping force and clearance control.