DE102007039614A1

DE102007039614A1 - Elektrische Bremse mit geräuschvermindernden Maßnahmen

Info

Publication number: DE102007039614A1
Application number: DE200710039614
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Baier-Welt; Bernd Gombert
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009024454A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern des Aktuators (4) einer Bremse (1), insbesondere einer elektromotorischen Bremse. Die Erzeugung von Bremsgeräuschen kann wesentlich reduziert werden, wenn der Aktuator (4) der Bremse derart angesteuert wird, dass der makroskopischen Stellbewegung (13) des Aktuators (4) eine zweite Bewegung (14) überlagert wird, die zu einer Reduktion von Bremsgeräuschen führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern des Aktuators einer Bremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Bekannte Fahrzeugbremsen, wie z. B. Scheibenbremsen, können beim Bremsen starke Geräusche entwickeln, die von den Insassen des Fahrzeugs als störend empfunden werden. In der Fachwelt spricht man von „Muhen", „Zirpen", „Quietschen" bis hin zu „Heulen" und „Knarzen", um die Bremsgeräusche zu kennzeichnen. Diese Geräusche entstehen insbesondere durch Schwingungen von Bremssattel, Bremsbelägen oder anderen Brems- bzw. Fahrzeugkomponenten, die beim Bremsen in Resonanz angeregt werden.
Zur Vermeidung von Bremsgeräuschen ist es bekannt, den Bremssattel durch lokale Massenanhäufungen zu verstimmen. Zu diesem Zweck ist der Bremssattel an bestimmten Stellen dicker gebildet und weist z. B. einen Wulst auf, während er an anderen Stellen dünner gebildet ist. Daneben ist es bekannt, so genannte phasenverschiebende Bleche zwischen Bremsbelag und Bremssattel vorzusehen, um Schwingungen des Sattels zu verhindern. Darüber hinaus sind auch aktive Systeme bekannt, die im Zusammenspiel mit Geräuschsensoren einen „Gegenlärm" erzeugen, der die Bremsgeräusche teilweise oder vollständig auslöscht.
Andere bekannte Lösungsansätze, z. B. in DE 199 31 081 , überlagern der Bremskraft hochfrequente Schwingungen vorzugsweise im Ultraschallbereich mit Aktuatoren, welche zwischen den Bremsbelägen und deren Rückenplatten angeordnet sind.
Die bekannten Maßnahmen erfordern in der Regel den Einsatz zusätzlicher Komponenten und sind relativ aufwendig zu realisieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Geräuschentwicklung beim Bremsen mit einfachen Mitteln zu verhindern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1, 11 und 12 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, den Aktuator der Bremse (der zum Spannen bzw. Lösen der Bremse dient) so anzusteuern, dass der Aktuator neben einer makroskopischen Stellbewegung eine zweite, mikroskopische Bewegung ausführt, die der Stellbewegung überlagert ist. Die Aktuatoren der Bremse werden vorzugsweise mittels eines Steuersignals angesteuert, das ein Grundsignal, wie z. B. ein PWM-Signal (PWM: Pulsweitenmodulation) aufweist, dem ein zweites Signal überlagert ist, das zu der mikroskopischen Bewegung des Aktuators führt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Entstehung von Bremsgeräuschen allein durch den Einsatz bereits vorhandener Mittel, ohne Verwendung zusätzlicher mechanischer Komponenten oder Aktuatoren verhindert werden kann.
Im Falle eines PWM-Steuersignals ist dem PWM-Signal vorzugsweise ein zweites Signal überlagert, welches z. B. das Tastverhältnis oder die Frequenz des PWM-Signals variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Amplitude der überlagerten zweiten Bewegung wesentlich kleiner als die Amplitude der makroskopischen Stellbewegung, die dem Zuspannen bzw. Lösen der Bremse dient. Die Frequenz der überlagerten zweiten Bewegung ist vorzugsweise wesentlich hö her als die Frequenz der Stellbewegung des Aktuators bei einer Regelung der Bremse.
Der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung kann z. B. amplituden-, frequenz-, phasen- oder in anderer Weise moduliert sein.
Der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung kann außerdem grundsätzlich sinus-, rechteck-, dreiecksförmig oder polygonal sein oder kann eine beliebige andere Form aufweisen.
Die überlagerte zweite Bewegung kann zum Beispiel eine harmonische Bewegung sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die überlagerte Bewegung jedoch nicht harmonisch und variiert zum Beispiel in der Frequenz und/oder Amplitude und/oder Form.
Der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung kann zum Beispiel einem stochastischen Muster folgen.
Der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung ist außerdem vorzugsweise eine (stetige oder unstetige) Funktion der Zuspannkraft der Bremse. Dadurch kann insbesondere bei stärkeren Bremsungen eine Überlagerung mit höherer Amplitude eingesetzt werden.
Zur Geräuschverminderung kann entweder eine reine Steuerung oder eine Regelung durchgeführt werden. Im Falle einer Regelung ist ein Regler vorgesehen, der zum Beispiel in einem Steuergerät hinterlegt ist, sowie ein oder mehrere Geräuschsensoren zur Messung der Bremsgeräusche.
Bei dem Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Keilbremse;
2a den zeitlichen Verlauf einer Stellbewegung der Bremse von 1;
2b den zeitlichen Verlauf einer Stellbewegung der Bremse von 1 mit einer überlagerten zweiten Bewegung;
3 ein PWM-Signal zur Ansteuerung des Elektromotors der Keilbremse von 1.
1 zeigt eine Seitenansicht einer elektromechanischen Keilbremse 1, die hier als Scheibenbremse realisiert ist. Die Bremse 1 umfasst einen Aktuator 4, der mit einer beweglichen Keilplatte 3 verbunden ist und diese in Richtung des Pfeils C betätigt. Die Keilplatte 3 hat an ihrer Vorderseite (im Bild unten) einen Belagträger 7, an dem ein Bremsbelag 8 befestigt ist. An ihrer Rückseite befinden sich mehrere Keilflächen 11, die zickzackförmig verlaufen.
Eine feststehende Keilplatte 2, die sich am Bremssattel 16 abstützt, dient als Widerlager der Bremse, das die Bremsgeschäfte aufnimmt. Die feststehende Keilplatte 2 hat an ihrer Vorderseite ebenfalls zickzackförmig gebildete Keilflächen 11. Zwischen den beiden Keilplatten 2, 3 befinden sich mehrere Wälzkörper 10, die im Wesentlichen zur Verbesserung der Gleitreibung dienen.
Um die Bremse 1 zu spannen oder zu lösen, wird die bewegliche Keilplatte 3 vom Aktuator 4, wie zum Beispiel einem Elektromotor, in Betätigungsrichtung C (nach links bzw. rechts) angetrieben. Dabei wandern die Wälzkörper 10 entlang der Keilflächen 11 aufwärts bzw. abwärts, wodurch sich die bewegliche Keilplatte 3 entweder in Richtung des Pfeils A oder in Richtung des Pfeils B bewegt. Die aktive Keilplatte 3 mit dem Bremsbelag kann somit auf die Bremsscheibe 9 zu oder von dieser weg bewegt werden.
Der Aktuator 4 ist mit einem Steuergerät 5 über eine Steuerleitung 6 verbunden und wird von letzterem entsprechend dem Bremswunsch angesteuert. Das Steuergerät 5 erzeugt hier ein PWM-Signal 15 mit einem vorgegebenen Tastverhältnis, wie es in 3 beispielhaft dargestellt ist.
2a zeigt den zeitlichen Verlauf einer Stellbewegung 13, wie sie vom Aktuator 4 ausgeführt werden kann. Die Stellbewegung 13 ist hier beispielhaft linear dargestellt. Die Bremse wird im Betrieb in einem Arbeitspunkt AP (siehe 2b) betrieben, der im Rahmen einer Kraft- oder Bremsmomentenregelung umlaufen wird (siehe Pfeile).
2b zeigt den zeitlichen Verlauf einer Stellbewegung des Aktuators 4 mit einer überlagerten mikroskopischen Bewegung 14, die zur Vermeidung von Bremsgeräuschen dient. Wie zu erkennen ist, ist die Amplitude der überlagerten zweiten Bewegung 14 wesentlich kleiner als die Amplitude der Stellbewegung der aktiven Keilplatte 3 bei einer Regelung. Die Frequenz der überlagerten zweiten Bewegung 14 ist dagegen höher als die Frequenz der Regelung.
Die überlagerte Bewegung 14 ist hier als sinusförmige Bewegung dargestellt. Der zeitliche Verlauf der überlagerten Bewegung kann aber auch rechtecks-, dreiecksförmig oder polygonal sein oder eine beliebige andere Form aufweisen. Der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung 14 kann außerdem amplituden-, frequenz- oder phasenmoduliert oder in sonstiger Weise moduliert sein.
Der zeitliche Verlauf der überlagerten Bewegung ist vorzugsweise eine Funktion der Zuspannkraft der Bremse. Je höher die Zuspannkraft, desto höher kann beispielsweise die Amplitude der überlagerten Bewegung sein.
3 zeigt ein typisches PWM-Signal 15 zur Ansteuerung des Aktuators 4. Dem PWM-Grundsignal 15 kann beispielsweise ein zweites Signal überlagert sein, das das Tastverhältnis des Signals 15 variiert (siehe Pfeil 17) oder die Frequenz des Signals 15 moduliert (siehe Pfeil 18).

1: Bremse
2: feststehende Keilplatte
3: bewegliche Keilplatte
4: Aktuator
5: Steuergerät
6: Steuerleitung
7: Bremsbelagträger
8: Bremsbelag
9: Bremsscheibe
10: Wälzkörper
11: Keilfläche
12: Geräuschsensor
13: Stellbewegung
14: überlagerte Bewegung
15: PBM-Signal
16: Bremssattel
17: Änderung des Tastverhältnis
18: Änderung der Frequenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19931081 [0004]

Claims

Verfahren zum Ansteuern des Aktuators (4) einer Bremse (1), insbesondere einer elektromotorischen Fahrzeugbremse, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) derart angesteuert wird, dass er neben einer makroskopischen Stellbewegung (13) eine mikroskopische zweite Bewegung (14) ausführt, die der Stellbewegung (13) überlagert ist und zu einer Reduktion der Bremsgeräusche führt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der überlagerten zweiten Bewegung (14) wesentlich kleiner ist als die Stellbewegung des Aktuators (4) während einer Bremsung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überlagerte zweite Bewegung (14) eine periodische Bewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der periodischen Bewegung wesentlich größer ist als die Frequenz der vom Aktuator (4) ausgeführten Stellbewegung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) amplituden-, frequenz-, phasen- oder in anderer Weise moduliert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) sinus-, rechteck-, dreiecksförmig oder polygonal ist oder eine beliebige andere Form aufweisen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) harmonisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) nicht harmonisch ist und in der Frequenz und/oder Amplitude und/oder Form variiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) einem stochastischem Muster folgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der überlagerten zweiten Bewegung (14) eine Funktion der Zuspannkraft der Bremse (1) ist.
Steuergerät, umfassend Mittel zum Ansteuern eines Aktuators (4) einer Bremse (1) mit Hilfe eines Steuersignals (15), aufgrund dessen der Aktuator (4) neben einer makroskopischen Stellbewegung eine mikroskopische, zweite Bewegung (14) ausführt, die der Stellbewegung (13) überlagert ist und zu einer Reduktion der Bremsgeräusche führt
Fahrzeugbremse mit wenigstens einem Aktuator (4) und einer Bremsansteuerung (5), die den Aktuator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 ansteuert.
Fahrzeugbremse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Elektromotor ist.