CZ20013611A3

CZ20013611A3 - Zařízení a způsob pro kontrolu elektromechanického napínacího zařízení pro brzdy vozidel

Info

Publication number: CZ20013611A3
Application number: CZ20013611A
Authority: CZ
Inventors: Thomas Laxhuber; Hans Baumgartner; Wolfgang Pahle
Original assignee: Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2003-02-12
Also published as: ATE297858T1; EP1202892B1; US6774595B1; BR0012578A; WO2001005638A1; AU5828000A; DE50010571D1; TR200200119T2; EP1202892A1; DE19933962A1; DE19933962C2

Description

Zařízení a způsob pro kontrolu elektromechanického napínacího zařízení pro brzdy vozidel

Obor techniky

Vynález se týká zařízení a způsobu pro kontrolu elektromechanického napínacího zařízení pro brzdy vozidel, obsahující pohon, který zahrnuje elektromotor s přívodem proudu, přednostně pružinový akumulátor s pružinou napínanou od pohonu a sloužící pro ovládání zdvihátka pro zabrždění a odbrždění brzdy vozidla.

Známý stav techniky

Pružinové akumulátory jsou nasazovány převážně pro ovládání parkovacích brzd v oblasti užitkových vozidel, u nichž potřebná ruční síla od řidiče pro ovládání lankové brzdy už není dostatečná. U lehčích vozidel se dosahuje působení parkovací brzdy hlavně lankovým mechanismem. Řidič ovládá páku, na jejímž jednom konci je upevněno lanko, které vyvozuje brzdnou sílu na obvykle dvě kola vozidla.

Válce pružinového akumulátoru se všeobecně dimenzují tak, že při odvzdušňování válce vzniká tažný nebo tlačný účinek. Ovládací síla pro kolovou brzdu se vyvozuje silnou tlačnou pružinou, která se opírá o skříň válce a tažná síla se přenáší přes talíř pružiny a kulový držák na pístní tyč. Ve své poloze za jízdy se válec zavzdušní přes ruční brzdový ventil. Pro brzdění se sníží přes ruční brzdový ventil tlak v zavzdušněném prostoru. Tlačná pružina táhne odpovídajíc poklesu tlaku pístní tyč, čímž se ovládá kolová brzda. Pružinový prostor je odvzdušněn přes vlnovec.

• · · • · ·· ·· ·· • · · • ·

Vedle pneumatického ovládání válce pružinového akumulátoru bylo zvláště u kolejových vozidel uvažováno nasazení elektromotorického pohonu pro napnutí pružiny válce pružinového akumulátoru. Takovéto napínací zařízení je známé např. z EP 0 129 969. Tento spis ukazuje napínací zařízení pro brzdy kolejových vozidel, u kterého hnací hřídel elktromotoru pohání závitové vřeteno závitového převodu. Otočné závitové vřeteno je axiálně fixováno a nese kuličkovou oběžnou matici, která dosedá na pružinový talíř, na který navazuje suvná tažná trubice, která je spojena s brzdným pákovím pro ovládání brzdových čelistí kotoučové brzdy pro kolejová vozidla. Suvná tažná trubice je při zabrzdění brzdy vytlačena pružinou akumulátoru vně ze skříně. Při proudovém připojení elektromotoru napíná elektromotor přes závitový převod pružinu akumulátoru, která při svém stažení táhne zpět do skříně suvnou tažnou trubici a tím uvolní brzdu.

Elektromotor, resp. výstupní hřídel elektromotoru je v podstatě uspořádána paralelně k závitovému vřetenu závitového převodu, přičemž na výstupním hřídeli elektromotoru je pastorek, který pohání další pastorek na závitovém vřetenu.

Způsob a zařízení tohoto druhu je známo z DE 197 41 869 AI. Tento spis-ukazuje zařízení pro kontrolu elektromagnetického napínacího zařízení pro vozidlové brzdy, u kterých napínací zařízení obsahuje kromě jiného pohon, který zahrnuje elekktromotor s přívodem proudu a pružinový akumulátor s pružinou napínatelnou od pohonu a sloužící pro ovládání zdvihátka pro zabrzdění a uvolnění vozidlové brzdy. Elektrickým ovládáním elektromotoru se zaručí možnost diagnózy.

Cílem vynálezu je vytvořit jednoduchými prostředky • · · ·· · • · · • · · ·· (zvláště elektronicky pracující) kontrolní zařízení a způsob kontroly, u kterého bude možno poznat funkční poruchy již v časném stadiu, takže bude možno provést servisní resp. opravářské opatření předtím než bude ovlivněna funkce napínacího zařízení nebo dokonce před selháním pružinového akumulátoru. Zvláště má být napínací zařízení jakož i způsob kontroly vhodný pro kontrolní zařízení napínacího zařízení s elektromechanickým pružinovým akumulátorem.

Podstata vynálezu

Podstata kontrolního zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že kontrolní zařízení obsahuje snímací zařízeni vytvořené jako sensor pro snímání průběhu proudu a/nebo napětí v přívodu proudu, jehož výstup je napojen na vyhodnocovací zařízení, které je určeno k tomu, aby porovnalo zjištěný průběh proudu a/nebo napětí s předem vloženými jmenovitými hodnotami a/nebo předem vloženou charakteristikou (a v důsledku porovnání rovněž vydalo signál chyby).

S vynálezem se může podstatně zvýšit funkční bezpečnost a spolehlivost elektromechanického pružinového akumulátoru oproti pružinovým akumulátorům - rovněž s pneumatickým odbržďovacím pístem - , které nejsou opatřeny takovýmto kontrolním zařízením a to při nízkých (přídavných) nákladech.

Vynález vychází z poznatku, že pohon (elektromotor) nasazený ve spojení s elektromechanickým pružinovým akumulátoru je při brzdění poháněn spolu se silou pružiny

4·4·

4 44

• 4 ·<· 4 4

4

- přednostně přes vřetenový pohon a pásový- a/nebo kolový převod. V tomto stavu působí elektromotor jako generátor, takže vyrábí proud a je na něm napětí, jejichž hodnoty jsou závislé v podstatě na dosažených otáčkách pohonu a rovněž na připojených elektrických spotřebičích.

V případě bezchybné funkce pružinového válce se generuje na motoru při brzdění charakteristický proud resp. charakteristické napětí. Tyto charakteristické hodnoty (nebo rovněž funkce) se ukládají do paměti a vyvolávají se vyhodnocovacím zařízením (které může být částí zvláště software - EBS-řídícího přístroje). Každá porucha funkce elektromechanického přenosového systému se projeví ve změně otáček motoru a tím v odpovídajícím napětí generátoru (příp. proudu generátoru). Toto začíná u triviálních škod jako porušená nebo studená letovací místa, defektní kabelové vedení nebo připojovací spoje. Vedle toho se nechají rovněž zjistit poruchy jako těžký chod nebo zakousnutí kuličkového otočného vřetene, přenosového převodu, pístu pružinového akumulátoru, nebo prokluzující nebo zcela zablokovaná magnetická brzda. Pokud dojde k samotné poruše motoru, např. propáleným vinutím, opotřebením kartáčků nebo jejich zlomením, tak se to rovněž projeví přímo na odpovídajícím proudu resp. napětí. Rovněž zlomení stavebního dílu pro přenos síly nebo momentu je ihned zjistitelné. Přednostně je vyhodnocovací zařízení navrženo proto pro porovnání zjištěného proudového- a/nebo napěťového průběhu s předem vloženými hodnotami a/nebo s předem vloženou charakteristikou během generátorovém chodu elektromotoru.

S ohledem na způsob dosahuje se vynálezem tento cíl tím, že se zjistí snímacím zařízením průběh proudu a napětí v přívodu proudu alespoň při generátorovém chodu a/nebo při motorovém chodu elektromotoru a s pomocí vyhodnocovacího ···· • · 4

4 · ·4

4 9

444 zařízení se porovnávají tyto hodnoty s předem vloženými jmenovitými hodnotami nebo s předem vloženou charakteristikou, přičemž při zjištěných odchýleních od předem vložených jmenovitých hodnot nebo předem vložené charakteristiky se vydá signál o chybě.

Přídavně ke kontrole napětí nebo proudu na elektromotoru je možno zavést další sensor jako doplněk systému. Především se zjištěním polohy závitového vřetene (např. induktivně) se zjistí přesná poloha pružinového akumulátoru a tím velikost brzdné síly. Za účelem kontroly rovněž během jízdy zjišťuje se poloha vřetene.

Se samotnou kontrolou napětí nebo proudu není např. možné zjistit- během jízdy velmi pomalé přibrzďování brzdy, neboť v principu nedochází k výrobě proudu elektromotorem, jak se očekává při správné funkci. Kromě toho působí přídavný sensor jako podpora a doplněk ke kontrole napětí- resp. proudu.

Je rovněž možné nasadit brzdu pružinového akumulátoru jako pomocnou nebo provozní brzdu. Tím, že síla na brzdu je určena polohou vřetene, působí snímač polohy současně jako senser brzdné síly. Tím se může brzdový signál vydaný řidičem podle požadovaného brzdění převést na definovanou brzdnou sílu na kole.

Místo snímače polohy je možné rovněž použití jiného typu hlásiče polohy, např. snímače otáček na matici vřetene nebo na valivém ložisku nebo úhlový snímač. Tak je možno se rozhodnout na základě odpovídajícího přepočtu na dráhu vřetene a tím na brzdnou sílu.

Podle další varianty vynálezu obsahuje dotahovací zařízení zařízení zadržovací, které obsahuje mechanicky a/nebo elektromagneticky uvolňovatelnou brzdu, která vyvozuje sílu pro držení pružiny (zvláště mechanicky).

K tomu se hodí např. o sobě známá kotoučová brzda s tlačnou pružinou. Oproti uvedenému druhu podle stavu techniky se dociluje síla pro držení pružinového akumulátoru mechanicky. Z toho pak je výhodou minimální spotřeba proudu při prodloužené životnosti.

Další výhodná provedení vynálezu jsou patrná z ostatních podnároků.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených obrázcích je znázorněno dotahovací zařízení pro kontrolu elektromagnetického dotahovacího zařízení pro vozidlové brzdy podle vynálezu, kde obr.l znázorňuje schematicky, částečně v řezu, pružinový akumulátor, jehož funkce může být kontrolována pomocí vynálezu, obr.2 znázorňuje blokové schéma komponent kontrolního zařízení podle vynálezu, obr.3 znázorňuje diagram, u kterého je proti sobě postavena požadovaná charakteristika průběhu napětí při generátorovém provozu motoru a skutečná naměřená charakteristika v případě chyby a obr.4 znázorňuje diagram, u kterého je proti sobě postavena požadovaná charakteristika při motorovém chodu motoru a skutečná naměřená charakteristika.

·· ··*· • · ♦ · · · · ♦ · · · ····· ··· ·· * • · ·· »····· · • · · ····«· • e ··· ··· ·· ·· ··

- 7 Příklad provedení vynálezu

Obr.l znázorňuje pružinový akumulátor 1 s částí 3 skříně, která zachycuje pružinu 5, která vyvozuje přes zdvihátko 7 sílu na brzdové zařízení (zde neznázorněnno), aby se dosáhlo zabrzdění vozidla.

Na pružinovém akumulátoru 1 je uspořádána spouštěcí jednotka 9. Pro vyvození síly na pružinový akumulátor 1 slouží lineární pohon, který je realisován s pomocí kuličkového závitového převodu (jsou myslitelné rovněž válečkové závitové převody). Za tímto účelem přenáší axiálně pohyblivé kuličkové závitové vřeteno 11 sílu na zdvihátko 7, což vede k napnutí pružiny 5. Na kuličkovém závitovém vřetení 11 je vřetenová matice 13, která je upevněna přes uložení 15 ve druhé části 17 skříně. Obzvláštní výhoda pohonu s kuličkovým závitovým převodem (nebo planetovým převodem a pod.) spočívá v docíleném celkovém stupni účinnosti ve srovnání s řešením hydraulickým nebo pneumatickým.

Pohon vřetenové matice 13 se dosahuje přes uzubený řemen (převod) 19 (myslitelné jsou rovněž řetězové převody, převody čelním ozubením a pod.). Od ozubeného pastorku 21 se přes ozubený řemen 19 pohání kolo 23, které je na vřetenové matici 13. Pastorek 21 je zase upevněn na výstupním hřídeli 25 planetového převodu 27 (myslitelné jsou rovněž převody s čelními koly, cykloidní převody a pod.). Převod 27 je upevněn rovněž v části 17 skříně. Pohon celého systému je realisován elektromotorem 29.

Aby se mohla brzda držet v jízdním stavu, aniž by byl elektromotor 29 pod proudem, je na elektromotoru 29 • B «9* B • « • B BB

B · • B • B ΒΒ»

9« Β» • B · B B fc ·

B B B B B

B B B · B 0 • BB BB ·« ·»« elektromagnetická brzda 31 uvolňovaná mechanicky a elektromagneticky. Ve stavu bez proudu je elektromotor 29 držen ve své poloze prostřednictvím pružinového mechanismu, což znamená pro celou jednotku zafixování. Pokud je magnetická brzda 31 pod proudem, nebo pokud je ovládána tažným lankem 33 mechanické odbržďovací zařízení 35, tak se může hřídel elektromotoru 29. otáčet v obou směrech a brzda je uvolněna resp. je spuštěna.

Celý mechanismus je tak nastaven, že pro uvolnění pružinového akumulátoru postačuje síla pružiny 5, t.zn., že není nutná žádná podpora od elektromotoru 29. Elektromotor 29 je potřebný k napnutí pružiny 5. System je tak 'nesamosvěrný.

Pružina 5 vydává svoji sílu tak dlouho na celý systém, dokud není přidržena působením magnetické brzdy 31 nebo není v rovnováze se silou pružiny brzdy (úplné zabrzdění/parkovací poloha). V tomto případě jsou však hmoty elektromotoru 29 a zařazených převodů (celek spolupůsobících převodů má označení 37) urychleny na své maximální otáčky. Tato kinetická energie se převede na další potencionální (přeměnu) energii na brzdě, t.zn., že brzda se dále dopíná. Pokud je kinetická energie zcela přeměněna, působí magnetická brzda 31 a zaaretuje celé uspořádání. Vzniká tím určitý druh kinetického dopínacího efektu. Tento efekt je možno zesílit, pokud elektromotor 29 na bodu obratu začínajícího tlumeného harmonického kmitu, t.zn. před nasazením magnetické brzdy 31 se znovu nastartuje a síla brzdy se dále zvětší. Tento mechanismus umožňuje snížit dimenze pružiny 5, než jak by bylo nutné pro samotnou brzdicí funkci. Toto je další významná výhoda ve vztahu ke snížení stavebního prostoru, váhy a nákladů.

	4·	«···			• 9
		4	<· 4	•	• ·	··
•	•	• ·»	• 1		•	•
*	•	*	• 9	9	•	•
	* *	*·»	9» 9	• 9	• 9	9 9

Magnetickou brzdou 31 se může zařízení držet v libovolné poloze. To vede k tomu, že napínací zařízení působí nejen jako parkovací brzda, ale může působit rovněž jako jednoduché řízení pro ovládání provozní- nebo pomocné brzdy, neboť síla pružiny 5 může být nastavena v libovolné výši až do její do maximální síly.

Charakteristické pro elektromagnetický válec pružinového akumulátoru 1 z obr.l je to, že při užití parkovací brzdy, t.zn. při uvolnění pružiny 5, vzniká na elktromotoru 29 generátorová účinek, neboť pružina 5 pohání přes vřetenový pohon, pásový převod 19 a planetový převod 27 elektromotor 29, takže tento produkuje proud. Tento efekt využívá vynález pro realizaci kontrolního zařízení a způsobu kontroly.

Kontrolní zařízení 39 obsahuje podle obr.2 sensor 43, který je na obr.2 znázorněn pouze schematicky a kterým je snímán průběh napětí- a/nebo proudu v přívodním(ch) vedení(ch) 41 elektromotoru 29. Výstup ze sensoru 43 je napojen na vyhodnocovací zařízení 45, které je určeno pro porovnání zjištěného průběhu proudu- a/nebo napětí sensorem 43 s předem zadanými požadovanými hodnotami (v paměti 47) a/nebo s předem zadanou požadovanou charakteristikou. Pro takovéto funkce se hodí odpovídající integrované obvody, které jsou k dostání v obchodu.

Obr.3 znázorňuje porovnání požadovaného průběhu napětí generátoru při použití parkovací brzdy s průběhem, který může nastat při obtížném chodu např. závitového vřetene.

V tomto případě je maximum napětí nižší, neboť jsou nižší otáčky elektromotoru 29. Za účelem kontroly je stanoven při generátorovém chodu pružinového akumulátoru 1 práh tolerance pro přípustné minimální napětí resp. proud

- 10 a při nedosažení tohoto prahu je vydán varovný signál. Tento varovný signál se může projevit zapnutím brzdové kontrolní žárovky, a/nebo se může použít u vozidel, které jsou vybaveny jízdním informačním- nebo servisním informačním systémem vydáním odpovídajícího varovného upozornění při využití těchto systémů, přičemž v tomto případě je již možná indikace chyby. Rovněž před zabudováním tohoto systému do vozidla nechá se funkčnost elktromagnetického pružinového akumulátoru 1 přezkoušet jednoduchou elektronikou. Při bezporuchové funkci pružinového akumulátoru 1 a odbržďovacího mechanismu 35 je překročeno napětí resp. proud generátoru přes žádanou minimální hodnotu. Pokud není tato minimální hodnota překročena, je to známkou počínající poruchy.

V podstatě jsou dva indikační stavy, buď je magnetická brzda 31 pod proudem nebo ne. Pokud je magnetická brzda 31 pod proudem, otevře se a uvolní odbržďovací mechanismus 35. Silou pružiny 5 je přes převod 37 poháněn elektromotor 29, takže produkuje proud o určitém napětí. Překročí-li toto napětí (příp. příslušný proud) předem zadanou požadovanou hodnotu (práh tolerance), tak je vysláno hlášení System v pořádku. Pokud se požadovaná hodnota napětí (proudu) nedosáhne, je hlášeno System není v pořádku”.

Pokud není magnetická brzda 31 pod proudem, je brzda v tomto stavu tlakem pružiny uzavřena a blokuje odbržďovací mechanismus 35. V tomto stavu nedává elektromotor 29 žádné napětí. Případ chyby nenastává. Pokud ovšem není magnetická brzda 31 pod proudem a na elektromotoru 29 je zjištěno napětí, tak elektronika vydá hlášení System není v pořádku. To je ten případ, když pružinová tlačná brzda nemůže udržet odbržďovací

mechanismus 35 proti síle hnací pružiny 5 v klidu a prokluzuje. Pružinový akumulátor 1 začíná přibrzďovat.

Rovněž tak se mohou následky nastálé poruchy odstranit odpovídajícím nastavením elektrického pohonu. Toto se osvětlí blíže v důsledku chyby prokluzující magnetické brzdy 31. Pružinový akumulátor 1 působí v této situaci proti prokluzující magnetické brzdě 31. Bez kontrolních opatření by následně nastalo brzdění příslušné vozidlové brzdy a s tím spojený náhlý tah vozidla na stranu. Na elektromotoru 29 je tím generátorové napětí, ačkoliv napětí při uvolněné brzdě by mělo být nulové. Jakmile je tato chyba zjištěna, je hned na elektromotor 29, ještě dříve -než je brždění účinné, přivedeno napětí a brzda je držena ve stavu jako za běžné jízdy vozidla. Současně je zapnut varovný ukazatel a/nebo řidičův servisní informační systém ukazující chybu.

Analogicky je možné snímat proud a porovnávat jej s požadovanou nastavenou hodnotou. Je-li pružinový akumulátor 1 napínán v případě chyby (např. při těžkém chodu), tak dochází k průběhu proudu, jak je znázorněno na obr.4. V důsledku těžkého chodu se zvýší výkon elektromotoru 29, aby se mohla napnout pružina 5. To se projeví ve zvýšení proudu. Pokud maximum tohoto proudu překročí práh tolerance, vydá se hlášení o chybě.

W 2οο< - 25Ή

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro kontrolu elektromechanického napínacího zařízení pro brzdy vozidel,

a) přičemž elektromechanické napínací zařízení obsahuje:

- pohon, který zahrnuje elektromotor (29) s přívodem proudu,

- přednostně pružinový akumulátor (1) s pružinou (5) napínanou od pohonu a sloužící pro ovládání zdvihátka (7) pro zabrzdění a odbrždění brzdy vozidla, vyznačené tím, že

b) kontrolní zařízení (39) obsahuje snímací zařízení (43) pro snímání průběhu proudu- a/nebo napětí v přívodu (41) proudu, jehož výstup je napojen na vyhodnocovací zařízení (45), které je navrženo pro porovnání snímaného průběhu proudu- a/nebo napětí s předem zadanými požadovanými hodnotami a/nebo s předem zadanou požadovanou charakteristikou,

c) snímací zařízení obsahuje sensor (43) uspořádaný v přívodu proudu pro snímání průběhu proudu- a/nebo napětí v přívodním vedení (41) k elektromotoru (29).
2. Zařízení pro kontrolu podle nároku 1, vyznačené tím, že vyhodnocovací zařízení (45) je určeno pro porovnání snímaného průběhu proudu- a/nebo napětí s předem zadanou charakteristikou při generátorovém chodu elektromotoru (29).

• · · · ····· · · · ·· • · ·· ······ ·· · ····· •· ··· ··· ·· ·· ·

- 13
3. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že vyhodnocovací zařízení (45) je určeno pro porovnání průběhu proudu- a/nebo napětí s předem zadanou charakteristikou při motorovém chodu elektromotoru (29).
4. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že vyhodnocovací zařízení (45) je určeno pro vydání hlášení o chybě v případě odchylky od požadované charakteristiky překračující hraniční hodnotu.
5. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že vyhodnocovací zařízení (45) je určeno pro iniciování opravy chyby v případě odchylky od požadované charakteristiky překračující hraniční hodnotu.
6. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že napínací zařízení obsahuje převod (27, 37) přiřazený k elektromotoru (29) a zahrnující vřetenové zařízení (11, 13) pro napínání pružiny (5).
7. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že na závitové vřetení (11) je čidlo polohy.
8. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že čidlo polohy je snímačem dráhy.
9. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že čidlo polohy je snímačem otáček.

- 14
10. Zařízení pro kontrolu podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že napínací zařízení kotoučové brzdy obsahuje přídržné zařízení zahrnující mechanicky a/nebo elektromagneticky odbrzditelnou brzdu.
11. Způsob kontroly elektromagnetického napínacího zařízení pro brzdy vozidel s kontrolním zařízením podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že se snímacím zařízením kontroluje průběh proudu- a/nebo napětí v přívodu proudu při generátorovém chodu a/nebo motorovém chodu elektromotoru a srovnává se s pomocí vyhodnocovacího zařízení s předem zadanými hodnotami nebo s předem zadanou charakteristikou, přičemž při vzniku odchylek od předem zadaných hodnot nebo předem zadané charakteristiky se vydá signál o chybě.