DE102012223104A1 - Brake holder for use in device for determining measure for braking force acting on disk brake of motor vehicle, has sensor device, by which displacement of brake holder induced by action of braking force is measured in direction - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Bremshalter zur Bestimmung einer Maßgröße für eine wirkende Bremskraft an einer Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, welcher an dem Kraftfahrzeug befestigbar ist, wobei der Bremshalter zumindest zwei eine Bremsscheibe übergreifende Belagführungsschienen, an welchen beiderseits der Bremsscheibe angeordnete Reibbeläge in axialer Richtung der Bremsscheibe begrenzt verschiebbar führbar sind, und eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher eine durch eine Bremskraftwirkung hervorgerufene Verschiebung zumindest eines Teils des Bremshalters, insbesondere einer Belagführungsschiene, in einer ersten Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Bremsscheibe gemessen wird, wobei die Sensorvorrichtung ein erstes und ein wenigstens ein weiteres Sensorelement aufweist, deren Relativbewegung gemessen wird. Sie betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a brake holder for determining a measure of an effective braking force on a disc brake of a motor vehicle, which is fastened to the motor vehicle, the brake holder at least two brake disc cross-deck guide rails on which both sides of the brake disc arranged friction linings in the axial direction of the brake disc limited guidable, and comprises a sensor device, by means of which a caused by a braking force displacement of at least a portion of the brake holder, in particular a pad guide rail is measured in a first direction perpendicular to the axial direction of the brake disc, the sensor device a first and at least one further Sensor element whose relative movement is measured. It further relates to a corresponding device and a corresponding method.
Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge weisen gewöhnlich eine auf der Nabe eines zu bremsenden Rades mitlaufende Bremsscheibe auf, an die bei einem Bremsvorgang beidseitig Reibbeläge gepresst werden. Die Reibbeläge sind in einem Bremssattel angeordnet, welcher die Bremsscheibe umspannt. Bevorzugt finden bei Kraftfahrzeugen Schwimmsattelbremsen Verwendung, bei denen der Aktuator nur auf einer Seite der Bremsscheibe angeordnet ist, aber auf Grund des schwimmend gelagerten Sattels bei einem Bremsvorgang auch der auf der anderen Seite der Bremsscheibe angeordnete Reibbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt wird. Der Aktuator kann hydraulisch oder – bei elektromechanischen Bremsen – mit Hilfe eines Elektromotors betätigt werden.Disc brakes for motor vehicles usually have a running on the hub of a wheel to be braked brake disc to which both sides friction linings are pressed during a braking operation. The friction linings are arranged in a caliper which spans the brake disk. Floating caliper brakes are preferably used in motor vehicles in which the actuator is arranged only on one side of the brake disc, but due to the floating saddle during a braking operation, the friction lining arranged on the other side of the brake disc is also pressed against the brake disc. The actuator can be operated hydraulically or - in the case of electromechanical brakes - by means of an electric motor.
Für automatische Bremsregelvorgänge, in denen aktiv durch eine Steuer- und Regeleinheit und nicht (allein) von dem Fahrer Bremsdruck in einer Bremse aufgebaut werden soll, ist es wünschenswert, eine im Betrieb aktuell wirkende Bremskraft möglichst genau zu erfassen, damit die Bremse einerseits möglichst präzise geregelt werden kann und andererseits auch die vom Fahrer geäußerten Bremswünsche genau umgesetzt werden können.For automatic brake control operations, in which active by a control and regulation unit and not (alone) by the driver brake pressure to be built in a brake, it is desirable to detect a currently operating braking force as accurate as possible so that the brake on the one hand as precisely as possible can be controlled and on the other hand, the expressed by the driver braking requests can be accurately implemented.
Technische Vorschläge zur Erfassung von Bremskräften sind aus dem Stand der Technik bereits vielfältig bekannt. Technical proposals for detecting brake forces are already widely known from the prior art.
So wird in der
Die
Aus der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Bremshalter dahingehend zu verbessern, dass zusätzliche Maßgrößen von in dem Bremshalter wirkenden Kräften bestimmbar werden. Weiterhin sollen eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.The invention has for its object to improve such a brake holder to the effect that additional measures of forces acting in the brake holder forces can be determined. Furthermore, a corresponding device and a corresponding method are to be specified.
In Bezug auf den Bremshalter wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels der Sensorvorrichtung in zumindest einer weiteren, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung eine durch die Bremskraftwirkung hervorgerufene Verschiebung gemessen wird.With regard to the brake holder, this object is achieved in that by means of the sensor device in at least one other, different direction from the first direction a caused by the braking force displacement is measured.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für Regelvorgänge vorrangig eine Kenntnis der Umfangskraft vorteilhaft ist, da diese in der Regel ein geeignetes Maß für die Größe der Bremskraft darstellt. Die alleinige Kenntnis der Zuspannkraft bzw. Normalkraft, d. h. der Kraft, mit der die Bremsbeläge durch den Aktuator gegen die Bremsscheibe gepresst werden, eignet sich dazu nur bedingt, da unterschiedliche Reibung zwischen Belägen und Scheibe zu unterschiedlich starker effektiver Bremskraft führt.The invention is based on the consideration that for control processes primarily a knowledge of the peripheral force is advantageous, since these are usually a represents a suitable measure of the size of the braking force. The sole knowledge of Zuspannkraft or normal force, ie the force with which the brake pads are pressed by the actuator against the brake disc, is only partially suitable because different friction between linings and disc leads to different levels of effective braking force.
Eine noch präzisere Regelung von Bremsvorgängen wird ermöglicht, wenn noch zusätzliche Informationen über die in der Bremse wirkenden Kräfte zur Verfügung stehen. Insbesondere der Reibungskoeffizient für die zwischen Belägen und Bremsscheibe wirkende Reibung ist eine wertvolle Information. In Verbindung mit dem Reibwert zwischen Rad und Fahrbahnbelag, welcher durch Modellrechnungen und/oder Schlupfmessungen ermittelt werden kann, können Bremsvorgänge noch präziser geregelt werden und dadurch Bremswege verkürzt werden, was eine entscheidende Sicherheitsverbesserung darstellt. Dieser Reibungskoeffizient ergibt sich aus dem Verhältnis von Umfangskraft und Normalkraft.Even more precise control of braking is possible when additional information about the forces acting in the brake is available. In particular, the friction coefficient for the friction acting between linings and brake disc is valuable information. In conjunction with the coefficient of friction between the wheel and the road surface, which can be determined by model calculations and / or slip measurements, braking processes can be regulated even more precisely, thereby shortening braking distances, which represents a decisive improvement in safety. This coefficient of friction results from the ratio of circumferential force and normal force.
Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich zusätzliche Messgrößen über Kräfte in der Bremse erfassen, indem die Sensoranordnung ertüchtigt wird, in einer weiteren, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung teilweise Verschiebungen des Bremshalters zu messen. Verschieden bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwei Vektoren, die man den beiden Richtungen zuordnet, nicht kolinear sind. Die Sensoranordnung misst also richtungsselektiv in zwei Richtungen.As has now been recognized, additional measures of forces in the brake can be detected by making the sensor assembly capable of measuring partial displacements of the brake holder in a further direction different from the first direction. Different in this context means that two vectors, which are assigned to the two directions, are not colinear. The sensor arrangement thus measures directionally selective in two directions.
Bevorzugt ist die weitere Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Bremsscheibe. Das heißt, die erste Richtung und die weitere Richtung spannen eine zur axialen Richtung der Bremsscheibe senkrechte Ebene auf. In dieser Ebene wirken sowohl die Umfangskraft als auch die Spannkraft bzw. Normalkraft und wirken sich als Verschiebungen eine Teils der Haltearms in dieser Ebene aus, so dass durch Messungen von Richtungen in dieser Ebene diese Kräfte präzise bestimmt werden können.Preferably, the further direction is perpendicular to the axial direction of the brake disc. That is, the first direction and the further direction span a plane perpendicular to the axial direction of the brake disk. In this plane, both the circumferential force and the clamping force or normal force act and act as displacements of a portion of the support arms in this plane, so that by measuring directions in this plane, these forces can be precisely determined.
Die erste und die weitere Richtung sind vorteilhafterweise orthogonal zueinander, so dass auf diese Weise orthogonale Komponenten der an dem Bremshalter anliegenden Gesamtkraft gemessen werden können. Die zwei gemessenen Komponenten bzw. Richtungen können dann so gemessen werden, dass sie auch physikalisch unterschiedlichen Kräften entsprechen, so dass diese Kräfte unabhängig voneinander bestimmt werden können.The first and the further direction are advantageously orthogonal to one another, so that in this way orthogonal components of the total force applied to the brake holder can be measured. The two measured components or directions can then be measured so that they also correspond to physically different forces, so that these forces can be determined independently of each other.
Zur Erfassung der wirkenden Kräfte, insbesondere der Umfangskraft und der Spannkraft, ist das weitere Sensorelement vorteilhafterweise als richtungsselektiver Sensor ausgestaltet, welcher eine Relativbewegung des ersten und weiteren Sensorelementes in zwei räumlichen Dimensionen erfasst. Das bedeutet, dass das von diesem Sensor produzierte Signal simultan Informationen über Verschiebungen in beide Richtungen liefert.For detecting the acting forces, in particular the circumferential force and the clamping force, the further sensor element is advantageously designed as a direction-selective sensor, which detects a relative movement of the first and further sensor element in two spatial dimensions. This means that the signal produced by this sensor provides simultaneous information about shifts in both directions.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwei weitere Sensorelemente vorgesehen, von denen jedes die Relativbewegung zwischen sich und dem ersten Sensorelement in jeweils einer Richtung misst. Dementsprechend liefert jedes Signal der beiden Sensoren getrennt Informationen bzw. Daten über die Verschiebung in der gemessenen Richtung. Dabei werden die zwei Sensorelemente vorzugsweise ohne Verdrehwinkel in Bezug auf die Messrichtungen ausgerichtet, so dass die Signale der beiden Sensorelemente direkt in Bezug zur wirkenden Kraft gesetzt werden können. Liegt ein Verdrehwinkel vor, so lassen sich mit Hilfe trigonometrischer Funktionen. d. h. einer effektiven Drehung des Koordinatensystems, die Komponenten der Kräfte bestimmen.In a further preferred embodiment, two further sensor elements are provided, each of which measures the relative movement between itself and the first sensor element in each case in one direction. Accordingly, each signal of the two sensors separately provides information or data about the displacement in the measured direction. In this case, the two sensor elements are preferably aligned without an angle of rotation with respect to the measuring directions, so that the signals of the two sensor elements can be set directly in relation to the acting force. If a twist angle exists, trigonometric functions can be used. d. H. an effective rotation of the coordinate system that determine components of the forces.
Das erste und das weitere Sensorelement wirken vorteilhafterweise nach einem magnetischen Messprinzip zusammen. Dies kann insbesondere mit Hilfe des anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effektes realisiert werden. Dabei erzeugt beispielsweise eines der Sensorelemente ein, vorzugsweise rotationssymmetrisches, Magnetfeld, und das zweite bzw. weitere Sensorelement reagiert richtungsabhängig bzw. -selektiv auf das Magnetfeld.The first and the further sensor element cooperate advantageously according to a magnetic measuring principle. This can be realized in particular by means of the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect. In this case, for example, one of the sensor elements generates a, preferably rotationally symmetric, magnetic field, and the second or further sensor element reacts directionally or selectively to the magnetic field.
Alternativ dazu können das erste und das weitere Sensorelement auch nach einem optischen Prinzip zusammenwirken. In diesem Fall wird vorzugsweise von dem weiteren Sensorelement optisch, insbesondere durch das Registrieren von Licht, beispielsweise von einem Laserstrahl, die Auslenkung des ersten Sensorelementes bestimmt bzw. gemessen. Dabei kann das erste Sensorelement von einer Lichtquelle angestrahlt werden und das Licht auf das weitere Sensorelement, welches vorzugsweise als flächenhafter, lichtempfindlicher Sensor ausgestaltet ist, in Abhängigkeit von den wirkenden Kräften, ablenken.Alternatively, the first and the further sensor element can also interact according to an optical principle. In this case, the deflection of the first sensor element is preferably determined or measured optically by the further sensor element, in particular by registering light, for example by a laser beam. In this case, the first sensor element can be illuminated by a light source and the light on the other sensor element, which is preferably designed as a planar, photosensitive sensor, depending on the forces acting, distract.
Bevorzugt umfasst dabei das erste Sensorelement eine Anordnung einer Anzahl von Spiegeln, insbesondere Mikrospiegeln, wobei das weitere Sensorelement als zweidimensionaler lichtempfindlicher Sensor, insbesondere als ortsfestes Flächenarray aus lichtempfindlichen Elementen, ausgestaltet ist, wobei ein Laser vorgesehen ist, der auf wenigstens einen Spiegel ausgerichtet ist.The first sensor element preferably comprises an arrangement of a number of mirrors, in particular micromirrors, wherein the further sensor element is designed as a two-dimensional photosensitive sensor, in particular as a stationary surface array of photosensitive elements, wherein a laser is provided which is aligned with at least one mirror.
Vorteilhafterweise sind das erste und weitere Sensorelement an dem Bremshalter angeordnet. Dadurch kann die Sensorvorrichtung einfach und kostengünstig montiert werden. Um eine möglichst hohe Messauflösung zu erreichen, erstreckt sich das erste Sensorelement bevorzugt entlang einer Belagführungsschiene, so dass bei wirkenden Bremskräften eine möglichst große Verschiebung bzw. Verformung der Belagführungsschiene erfasst werden kann.Advantageously, the first and further sensor elements are arranged on the brake holder. Thereby, the sensor device can be mounted easily and inexpensively. To achieve the highest possible resolution, this extends first sensor element preferably along a pad guide rail, so that when braking forces as large as possible displacement or deformation of the pad guide rail can be detected.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem an dem Kraftfahrzeug befestigten Bremshalter und mit einer Steuer- und Regeleinheit, die eingangsseitig mit der Sensorvorrichtung verbunden ist und eine Bremsregelung anhand wenigstens eines Messsignals der Sensorvorrichtung durchführt. Bevorzugt umfasst die Steuer- und Regeleinheit eine Verarbeitungslogik zur Ermittlung bzw. Bestimmung einer Bremsenstellgröße und/oder einer wirkenden Bremskraft oder eines wirkenden Bremsmomentes anhand wenigstens eines Messsignals der Sensorvorrichtung.With regard to the device, the above-mentioned object is achieved according to the invention with a brake holder fastened to the motor vehicle and with a control and regulation unit, which is connected on the input side to the sensor device and performs a brake control based on at least one measurement signal of the sensor device. The control and regulation unit preferably comprises a processing logic for determining or determining a brake control variable and / or an acting brake force or an acting brake torque on the basis of at least one measurement signal of the sensor device.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei durch eine Bremskraftwirkung hervorgerufene Verschiebungen zumindest eines Teils des Bremshalters durch eine Sensorvorrichtung mit einem ersten und wenigstens einem weiteren Sensorelement, welche beide an dem Bremshalter angeordnet sind, gemessen werden.With regard to the method, the above-mentioned object is achieved according to the invention by two displacements of at least one part of the brake holder caused by a braking force being measured by a sensor device having a first and at least one further sensor element, both of which are arranged on the brake holder.
In einer bevorzugten Version des Verfahrens wird aus dem Verhältnis der Verschiebungen und/oder dem mittels der Verschiebungen bestimmten Verhältnis von Umfangskraft zu Spannkraft ein die Reibung zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe charakterisierender Reibungskoeffizient bestimmt.In a preferred version of the method, a friction coefficient characterizing the friction between the brake pads and the brake disc is determined from the ratio of the displacements and / or the ratio of circumferential force to clamping force determined by means of the displacements.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Messung einer zweiten, zumindest teilweisen Verschiebung des Bremshalters Messgrößen zu weiteren in der Bremse und dem Bremshalter wirkenden Kräften gewonnen und in Bremsregelvorgängen eingesetzt werden können. Eine zur Umfangskraft orthogonal gemessene Komponente ist ein Maß für die an der Bremse wirkende Spannkraft und damit für die über die Bremsaktorik eingeleitete Normalkraft. Die vorliegende Anordnung bzw. Sensorvorrichtung nutzt dieses Grundprinzip, um unter Verzicht auf Drucksensoren und damit auf kostengünstige und robuste Weise ein Maß für die effektive Zuspannkraft an der Bremse zu gewinnen.The advantages of the invention are in particular that by measuring a second, at least partial displacement of the brake holder measured variables can be obtained to further forces acting in the brake and the brake holder and used in braking control operations. An orthogonal to the circumferential force measured component is a measure of the force acting on the brake clamping force and thus for the introduced via the brake actuator normal force. The present arrangement or sensor device uses this basic principle in order to obtain a measure of the effective application force on the brake while dispensing with pressure sensors and thus in a cost-effective and robust manner.
Durch die Bestimmung von Verschiebungen bzw. Auslenkungen des ersten Sensorelementes in zwei orthogonalen Richtungen mit Hilfe zumindest eines weiteren Sensorelementes können also simultan die Umfangskraft und die Normalkraft bestimmt werden, aus denen sich weitere den Bremsenzustand charakterisierende Größen wie beispielsweise der Reibungskoeffizient bestimmen lassen.By determining displacements or deflections of the first sensor element in two orthogonal directions with the aid of at least one further sensor element, the circumferential force and the normal force can be determined simultaneously, from which further variables characterizing the brake state, such as the friction coefficient, can be determined.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In it show in a highly schematic representation:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Ein in
Der Bremshalter
Bei einem Bremsvorgang, bei dem durch die im Bremshalter
In
Die
In
Die bei einem konkreten Bremsvorgang zu erwartenden Auslenkungen bzw. Verschiebungen ΔY(S) und ΔX(U) in Mikrometern als Funktion einer wirkenden Bremskraft FU in der Einheit kN sind in
Ein Ausschnitt des Haltearms
Das Formteil
In einer alternativen Ausführung, die hier nicht dargestellt ist, sind zwei separate, magnetosensorische weitere Sensorelemente
Die Darstellung des Haltearms in
In einer weiteren bevorzugten, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist der Stabmagnet
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bremshalter brake support
- 22
- Schraubverbindung screw
- 33
- Chassis chassis
- 44
- Bohrung drilling
- 55
- Haltearm holding arm
- 5a5a
- Belagführungsschiene Covering guide rail
- 5c5c
- Belagführungsschiene Covering guide rail
- 66
- Stab Rod
- 6a6a
- erstes Sensorelement first sensor element
- 77
- Befestigungsende attachment end
- 88th
- Stabmagnet bar magnet
- 8a8a
- Koordinatensystem coordinate system
- 8b8b
- x-Achse X axis
- 8c8c
- y-Achse y-axis
- 8d8d
- Pfeil arrow
- 8e8e
- Pfeil arrow
- 99
- Formteil molding
- 1010
- Fühlerkopf probe head
- 1111
- Fühlerkörper probe body
- 1212
- Kabel electric wire
- 13a13a
- Schraubverbindung screw
- 13b13b
- Schraubverbindung screw
- 1414
- weiteres Sensorelement another sensor element
- 1616
- Sensorvorrichtung sensor device
- 1818
- Mittelpunkt Focus
- 2020
- Querrichtung transversely
- FU F U
- Umfangskraft peripheral force
- FS F S
- Spannkraft tension
- μμ
- Reibungskoeffizient coefficient of friction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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