DE10045219A1 - Ermittlungseinheit für den Verschleiß sowie die Temperatur an einem Bremsbelag einer Fahrzeug-Bremsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ermittlungseinheit für den Verschleiß sowie die Temperatur an einem Bremsbelag insbesondere einer Fahrzeug-Bremsanlage, wobei in einem elektrischen Kreis mehrere Verschleißermittlungs-Widerstände seriell oder parallel geschaltet sind, die bei Erreichen definierter Verschleißzustände hinzu- oder weggeschaltet werden, und wobei in diesem elektrischen Kreis ferner seriell ein Temperaturmess-Widerstand vorgesehen ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Messung und Auswertung diskontinuierlich, derart, dass der nach einem Bremsvorgang ermittelte Gesamt-Widerstandswert mit dem vor diesem Bremsvorgang vorliegenden Gesamt-Widerstandswert verglichen wird und durch logische Auswertung darauf geschlossen wird, ob ein Anteil der Änderung des Gesamt-Widerstandswertes auf eine Änderung bei den Verschleißermittlungs-Widerständen zurückzuführen ist, woraus letztlich auf die durch den Bremsvorgang hervorgerufene Temperaturerhöhung geschlossen werden kann. Bevorzugt wird im aktiven Gesamtsystem die Temperatur des Bremsbelages mit Ausnahme von Bremsvorgängen im Wesentlichen fortlaufend festgestellt, wobei neben der Zeitdauer eines Bremsvorganges sowie dem dabei auftretenden Bremsdruck zusätzlich die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Bremsvorgängen in die Auswertung mit eingeht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ermittlungseinheit für den Verschleiß sowie die Temperatur an einem Bremsbelag einer Reibungs-Bremsanlage, insbeson­ dere einer Fahrzeug-Bremsanlage, wobei in einem elektrischen Kreis mehre­ re Verschleißermittlungs-Widerstände seriell oder parallel geschaltet sind, die bei Erreichen definierter Verschleißzustände hinzu- oder weggeschaltet werden, und wobei in diesem elektrischen Kreis ferner seriell ein Tempera­ turmess-Widerstand vorgesehen ist. Zum technischen Umfeld wird neben der US 5,637,794 auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 100 022 065 verwiesen.

Eine mehrstufige Bremsverschleißanzeige ist grundsätzlich vorteilhaft, da hiermit Aussagen über den zeitlichen Verlauf des Bemsbelagverschleißes möglich sind. Ebenso ist es vorteilhaft, die aktuelle Temperatur im Bremsbe­ lag bzw. an den wesentlichen Elementen der Bremsanlage zumindest annä­ hernd zu kennen, da hiermit die Verschleißvoraussage verbessert werden kann, insbesondere jedoch Voraussagen bezüglich der Bremswirkung in Ab­ hängigkeit vom aufgebrachten Bremsdruck zwischen dem Bremsbelag und dem bewegten Element der Reibungs-Bremsanlage (insbesondere einer Bremsscheibe oder dgl.) möglich sind.

Vom grundsätzlichen Aufbau her soll eine mehrstufige Bremsverschleißan­ zeige inklusive einer Temperatur-Ermittlungseinheit so einfach als möglich sein, weshalb üblicherweise lediglich zwei elektrische Anschlüsse vorgese­ hen sind, über welche ein Stromfluß über die in Reihe geschalteten Wider­ stände zur Ermittlung des Verschleißes einerseits sowie zur Ermittlung der Temperatur andererseits ermöglicht wird, so wie dies im eingangs zitierten Stand der Technik auch gezeigt ist. Dabei unterscheidet sich beim System nach der US 5,637,794 der Widerstandswert des Temperaturmess- Widerstandes erheblich von demjenigen der Verschleißermittlungs- Widerstände, so dass aus einer festgestellten Widerstandsänderung sicher darauf geschlossen werden kann, ob diese durch einen erfolgten Verschleiß oder durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wurde. In einer alterna­ tiven Ausführungsform ist bei diesem bekannten Stand der Technik der Wi­ derstandsschaltung ein Kondensator parallel geschaltet, der es erlaubt, den Wert des Temperaturmess-Widerstandes und denjenigen der Verschleißer­ mittlungs-Widerstände jeweils separat abwechselnd zu messen.

Die soeben genannte bekannte Kondensatorschaltung ist jedoch mit Unge­ nauigkeiten verbunden und stellt darüber hinaus einen wünschenswerter­ weise zu vermeidenden Mehraufwand dar. Andererseits ist es oftmals auch nicht möglich, einzelne Widerstände mit derartig unterschiedlichen Werten vorzusehen, dass aus einer festgestellten Widerstandsänderung sicher dar­ auf geschlossen werden kann, ob diese durch einen erfolgten Verschleiß oder durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wurde.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an einer Ermittlungseinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer auf einfache Weise aus einer Änderung des Gesamtwiderstands­ wertes auf die Ursache hierfür geschlossen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Auswertung diskontinuierlich erfolgt, derart, dass der nach einem Bremsvorgang ermittelte Gesamt-Widerstandswert mit dem vor diesem Bremsvorgang vorliegenden Gesamt-Widerstandswert verglichen wird und durch logische Auswertung darauf geschlossen wird, ob ein Anteil der Ände­ rung des Gesamt-Widerstandswertes auf eine Änderung bei den Verschleiß­ ermittlungs-Widerständen zurückzuführen ist, woraus letztlich auf die durch den Bremsvorgang hervorgerufene Temperaturerhöhung geschlossen wer­ den kann. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt bei einem mehrstufigen sog. Bremsverschleißsen­ sor mit in Reihe geschaltetem Temperaturmesswiderstand die Auswertung der über eine (einzige) elektrische Leitung zu erhaltenden Signale bezüglich Temperatur einerseits und Verscheißzustand andererseits mittels intelligen­ ter Software und - zumindest im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung - über vernetzte Informationen aus dem umgebenden Daten­ netz, so insbesondere des Fahrzeuges. Wesentlich ist dabei, dass eine auf­ grund eines Bremsvorganges festgestellte Änderung des Gesamtwiderstan­ des auf ihre Ursache hin analysiert wird. Wesentlich ist somit weiterhin, dass während eines Bremsvorganges, also an einem Kraftfahrzeug solange, als der übliche Bremslichtschalter geschlossen ist, keine Widerstands-Messung erfolgt.

Im Rahmen dieser besagten Analyse wird (bevorzugt) dann, wenn das Ge­ samtsystem aktiv ist, d. h. bspw. das Kraftfahrzeug betrieben wird, die Tem­ peratur des Bremsbelages mit Ausnahme von Bremsvorgängen quasi fort­ laufend beobachtet. Bedeutende Einflussfaktoren auf die Temperatur im Bremsbelag sind die Zeitdauer eines Bremsvorganges sowie der dabei auf­ tretende Bremsdruck, mit welchem der Bremsbelag gegen ein/das beweg­ te(s) Element der Bremsanlage, so insbesondere eine Bremsscheibe, gedrückt wird. Ferner wirkt sich die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Bremsvorgängen auf den tatsächlichen Temperaturverlauf aus, so dass aus diesen Randbedingungen auch quasi eine Schätzung der aktuellen Temperatur erfolgen kann. Dieser sog. Schätzwert kann dann mit der auf­ grund eines Bremsvorganges festgestellten Gesamt-Widerstandsänderung abgeglichen werden, dahingehend, dass mit ausreichender Sicherheit fest­ stellbar ist, ob diese Gesamt-Widerstandsänderung nur durch eine Tempera­ turänderung oder auch durch eine Änderung an den Verschleißermittlungs- Widerständen hervorgerufen wurde.

Zur Verfolgung des Temperaturverlaufs bei aktivem Gesamtsystem, d. h. bspw. bei betriebenem Kraftfahrzeug kann dann zunächst die Zeitdauer von der letzten vorgenommenen Bremsung bis zur Wieder-Inbetriebnahme des Gesamtsystems mittels eines Zeitzählers oder aufgrund der Stillstandszeit, die aus Datum und Uhrzeit errechnet wird, bestimmt werden. Ggf. ist dann die Bremsbelag-Temperatur gleich der Umgebungstemperatur, welche eben­ falls als Randbedingung mit berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise kann auch die Situation einer bereits heißen Bremse - resultierend aus ei­ nem nur kurzzeitigen Abstellen des Fahrzeuges - festgestellt und von der Ausgangssituation einer kalten Bremsanlage - nach längerem Fahr­ zeugstopp - unterscheidbar gemacht werden.

Zur Initialisierung nach einer Inbetriebnahme des Gesamtsystems bzw. Fahrzeuges sollten ferner die wesentlichen zuletzt abgespeicherten Daten aktiviert werden. Hierzu zählt insbesondere der zuletzt abgespeicherte Wert für die Anzahl der noch vorhandenen (aktiven) Verschleißermittlungs-Wider­ stände, sowie - in einer bevorzugten Ausführungsform - die Plausibilisierung und Verifizierung der Bremsanlagentemperatur mittels der Umgebungstem­ peratur.

Wie bereits erläutert wurde, erfolgt die konkrete Auswertung aufgrund eines Vergleiches der Werte für den Gesamt-Widerstand vor einem Bremsvorgang sowie nach einem Bremsvorgang. Aufgrund des gemessenen Widerstands­ wertes und dem Vergleich mit dem vorhergehenden Widerstandswert kann dann entschieden werden, ob es sich hierbei um einen temperaturbedingten oder einen verschleißbedingten Widerstandssprung handelt. Noch weiter gesteigert werden kann die Genauigkeit dieser Entscheidung oder Abschät­ zung, wenn zusätzlich die sich beim vorangegangenen und/oder beim dar­ auffolgenden Bremsvorgang einstellende Änderung des Gesamt-Wider­ standswertes mit berücksichtigt wird, d. h. der vorangegangene und/oder nächstfolgende Widerstandsgradient herangezogen wird, um zu entschei­ den, ob es sich bei der festgestellten Widerstandsänderung nur um einen temperaturbedingten oder auch bzw. alleine um einen verschleißbedingten Widerstandssprung handelt.

Bspw. können im Bremsbelag zueinander parallel geschaltet vier Verschleiß­ ermittlungs-Widerstände vorgesehen sein, die jeweils einen Widerstandswert in der Größenordnung von 250 Ω haben, was ungünstigerweise ebenfalls ein Widerstandswert eines gängigen Temperaturmess-Widerstandes sein kann. Wird nun im Verlauf eines Bremsvorganges ein Widerstandssprung in dieser Größenordnung von 250 Ω festgestellt, ohne dass durch diesen Bremsvor­ gang eine nennenswerte Temperaturerhöhung eingetreten sein dürfte, so erkennt die intelligente Software, dass eine Verschleißstufe erreicht wurde. Muss hingegen bspw. aufgrund eines extrem langen und intensiven Brems­ vorganges eine derart starke Erwärmung im Bremsbelag erfolgt sein, dass hieraus eine entsprechende Widerstandsänderung resultieren könnte, so wird diese erfindungsgemäß als solche interpretiert.

Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung im vorhergehenden Ab­ satz stark vereinfacht ist, denn zumeist wird sich bei einer verschleißbeding­ ten Widerstandsänderung gleichzeitig eine temperaturbedingte Wider­ standsänderung ergeben. Dies stellt jedoch in Kenntnis des Widerstands­ wertes eines Verschleißermittlungs-Widerstandes kein Problem dar, da eine entsprechende Subtraktion einfach möglich ist. Jedoch sollte hierzu der Wi­ derstandswertes der Verschleißermittlungs-Widerstände möglichst exakt be­ kannt sein, was wegen unvermeidbarer Serienstreuungen nicht immer abso­ lut gewährleistet sein kann. Aus diesem Grunde kann es empfehlenswert sein, den ersten aufgrund des Erreichens eines Verschleißzustandes sich ergebenden Sprung im Widerstandswert softwaremäßig als Referenzwert bzw. als Mustergradient für die weiteren Sprünge abzuspeichern. In anderen Worten ausgedrückt kann somit aus dem ersten festgestellten Verschleiß­ sprung im Gesamt-Widerstand der für diesen Bremsbelag spezifische Wi­ derstandswert der Verschleißermittlungs-Widerstände festgestellt und abge­ legt werden.

Wie bereits erwähnt wurde, erfolgt die Auswertung des Widerstandswertes hinsichtlich des Temperatursignals mittels einer Plausibilisierung mit der Au­ ßentemperatur. Auf diesem Wege wird eine Referenz Außentemperatur mit der Bremsscheibentemperatur, allg. der Temperatur des bewegten Elemen­ tes der Bremse gewährleistet. Die auf diese Weise ermittelte Temperatur kann nun in der sog. Widerstandskurve des Temperaturmess-Widerstandes als Fixpunkt in dieser Kurve festgelegt und gespeichert werden. Der Tempe­ raturkoeffizient und damit die Steigung der sog. Temperaturkurve ergibt sich im wesentlichen aus der Spezifikation des Temperaturmess-Widerstandes bzw. kann auch anhand bestimmter Plausibilitäten ermittelt werden.

Soll - was eigentlich erwünscht ist - nicht nur die Temperatur im Bremsbe­ lag, sondern auch diejenige des bewegten Elementes der Bremse (also bei Fahrzeugen der Bremsscheibe oder dgl.) ermittelt werden, so kann eine Temperaturabbildungsfunktion vorgesehen sein, in welcher die Wechselwir­ kung zwischen der bspw. Scheibentemperatur und der Temperatur am Ein­ bauort der Bremsverschleißanzeige bzw. der genannten Widerstände festge­ legt ist. Diese semiempirische Abbildungsfunktion ist auch abhängig von der Zeit, nämlich aufgrund der sog. Temperaturhysterese zwischen der Schei­ bentemperatur und derjenigen der genannten Messwiderstände, ferner von der Bremsscheibentemperatur bzw. der absoluten Temperatur des bewegten Elementes der Bremsanlage selbst und darüber hinaus vom aktuellen Bremsbelagverschleiß sowie von geometrischen Randbedingungen. Die er­ mittelte Temperaturabbildungsfunktion kann als Kennlinie abgelegt oder während der Analyse aus den vorhandenen Parametern berechnet werden.

Weiterhin kann eine Restlaufstärke des Bremsbelages aus einer Interpolati­ on der einzelnen Stützpunkte in einer sog. Verschleiß-Laufleistungskurve gewonnen werden, wobei durch Extrapolation dieser Kurve auf das Ende des Bremsbelages geschlossen werden kann, d. h. es kann aus dem festge­ stellten Verschleiß des Bremsbelages dessen Restlaufdauer extrapoliert werden, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus ab­ weichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa­ tentansprüche zu verlassen.

Claims (7)

1. Ermittlungseinheit für den Verschleiß sowie die Temperatur an einem Bremsbelag einer Reibungs-Bremsanlage, insbesondere einer Fahr­ zeug-Bremsanlage, wobei in einem elektrischen Kreis mehrere Verschleißermittlungs-Widerstände seriell oder parallel geschaltet sind, die bei Erreichen definierter Verschleißzustände hinzu- oder weggeschaltet werden, und wobei in diesem elektrischen Kreis ferner seriell ein Temperaturmess-Widerstand vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Auswertung diskon­ tinuierlich erfolgt, derart, dass der nach einem Bremsvorgang ermittel­ te Gesamt-Widerstandswert mit dem vor diesem Bremsvorgang vor­ liegenden Gesamt-Widerstandswert verglichen wird und durch logi­ sche Auswertung darauf geschlossen wird, ob ein Anteil der Änderung des Gesamt-Widerstandswertes auf eine Änderung bei den Verschleißermittlungs-Widerständen zurückzuführen ist, woraus letzt­ lich auf die durch den Bremsvorgang hervorgerufene Temperaturer­ höhung geschlossen werden kann.

2. Ermittlungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im aktiven Gesamtsystem die Tempe­ ratur des Bremsbelages mit Ausnahme von Bremsvorgängen im we­ sentlichen fortlaufend festgestellt wird, wobei neben der Zeitdauer ei­ nes Bremsvorganges sowie dem dabei auftretenden Bremsdruck, mit welchem der Bremsbelag gegen ein bewegtes Element der Bremsan­ lage angedrückt wird, zusätzlich die Zeitdauer zwischen zwei aufein­ anderfolgenden Bremsvorgängen in die Auswertung mit eingeht.

3. Ermittlungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die sich beim vorangegan­ genen und/oder beim darauffolgenden Bremsvorgang einstellende Änderung im Gesamt-Widerstandswert und somit der vorangegange­ ne und/oder nächstfolgende Widerstandsgradient mit berücksichtigt wird.

4. Ermittlungseinheit nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur in die Aus­ wertung mit einfließt.

5. Ermittlungseinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten festgestellten Ver­ schleißsprung im Gesamt-Widerstand der für diesen Bremsbelag spe­ zifische Widerstandswert der Verschleißermittlungs-Widerstände fest­ gestellt und abgelegt wird.

6. Ermittlungseinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturabbildungsfunktion vorgesehen ist, mit Hilfe derer von der Temperatur des Bremsbelages auf die Temperatur des bewegten Elementes der Bremsanlage ge­ schlossen wird.

7. Ermittlungseinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem festgestellten Verschleiß des Bremsbelages dessen Restlaufdauer extrapoliert wird.