DE102017211739A1

DE102017211739A1 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102017211739A1
Application number: DE102017211739.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schirling; Peter Schack; Johann Jungbecker
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse zur Verwendung in einem elektronischen Fahrzeugbremssystem, mit einer Schraubverbindung zur Befestigung einer Halterung (3) der Scheibenbremse an einem Achsschenkel (4) eines Fahrzeugs oder an einem Fahrzeug-Radträger. Zur Erfassung eines während einer Bremsbetätigung von der Scheibenbremse über die Halterung (3) auf den Achsschenkel (4) wirksamen Bremsmoments, ist im Bereich der Schraubverbindung ein elastischer, mit einem sensorischen Mittel versehener Verformungskörper (1) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse zur Verwendung in einem elektronischen Fahrzeugbremssystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Projekt, das zu dieser Patentanmeldung führte, wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union „Horizont 2020“ im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 636592 gefördert.
Die Regelgröße jedes elektronischen Fahrzeugbremssystems ist das Bremsmoment. Mit der bisherigen Einschränkung, dass das Bremsmoment nicht gemessen wird, sondern modelliert wird.
Durch die Messung des Bremsmomentes lassen sich zahlreiche Vorteile erzielen. Beispielsweise kann man sehr variabel auf die jeweils in der Scheibenbremse verbauten Bremsbeläge reagieren, da diese häufig unterschiedliche Charakteristika aufweisen. Weiterhin lassen sich fehlerhafte oder defekte Bremsbeläge erkennen.
Ferner lässt sich mit einem Bremsmomentsensor vorteilhaft der Reibwert zwischen Fahrzeug und Fahrbahn messen. Darüber hinaus eröffnet dies die Möglichkeit, die wahre Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs über Grund zu ermitteln.
Bezüglich der messtechnischen Grundlagen das Bremsmoment direkt am Bremssattel zu ermitteln, ist festzustellen, dass dies bisher wegen der sich durch Verschleiß der Bremsbeläge ändernden Winkel oder auch infolge von Hystereseeffekten nicht zielführend möglich war.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Scheibenbremse anzugeben, mit der ein Bremsmoment zuverlässig und / oder kostengünstig ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine messtechnisch aussichtsreiche und verlässliche Stelle ist nunmehr erfindungsgemäß die Schraubverbindung des Bremssattels im Bereich seiner Halterung (Bremsenträger), die mit dem Achsschenkel bzw. dem Radträger des Fahrzeugs verbunden ist. Über diese Schraubverbindung wird das Bremsmoment aufgenommen und dort erfindungsgemäß gemessen.
Erfindungsgemäß ist bei einer Scheibenbremse zur Verwendung in einem elektronischen Fahrzeugbremssystem, mit einer Schraubverbindung zur Befestigung einer Halterung der Scheibenbremse an einem Achsschenkel eines Fahrzeugs oder an einem Fahrzeug-Radträger im Bereich der Schraubverbindung ein elastischer, mit einem sensorischen Mittel versehener Verformungskörper vorgesehen, der während einer Bremsbetätigung einem von der Scheibenbremse über die Halterung auf den Achsschenkel oder auf den Radträger wirksamen Bremsmoment ausgesetzt ist.
Die Erfindung zielt somit darauf ab, das Bremsmoment mittels eines Bremsmomentensensors direkt an der Halterung des Bremssattels zu messen. Dies hat den Vorteil, dass man den Bremsmomentensensor auf jede Art Bremse anbringen kann.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Bremsmomentensensor bzw. einem Kraftsensor vorzugsweise die Gesamtheit eines Verformungskörpers und eines Wandlers, der eine auf den Verformungskörper wirkende Kraft in ein Signal wandelt verstanden.
Der Bremsmomentensensor wird vorzugsweise im Bereich der Befestigungsaugen des Achsschenkels bzw. Radträgers eingesetzt und misst die beim Bremsen auftretende Kraft, die vom Bremssattel über die Halterung des Bremssattels auf den Achsschenkel bzw. Radträger übertragen wird. Diese gemessene Kraft ist direkt proportional zum auftretenden Bremsmoment.
Vorzugsweise ist der Verformungskörper zur Erfassung des Bremsmomentes mit einem Kraftsensor versehen.
Bevorzugt weist der Verformungskörper mehrere Kraftaufnahmebereiche pro Seite, besonders bevorzugt auf beiden Seiten gleich viele Kraftaufnahmebereiche, ganz besonders bevorzugt vier Kraftaufnahmebereiche, auf.
Vorzugsweise sind die Kraftaufnahmebereiche auf den gegenüberliegenden Seiten so angeordnet, dass eine auf eine Seite des Verformungskörpers wirkende Kraft auf die andere Seite des Verformungskörpers als Scherkraft übertragen wird.
Es ist bevorzugt, dass der Verformungskörper eine durchdringende runde Öffnung oder Mittelbohrung, insbesondere die Form einer mittig gelochten Scheibe, insbesondere Ringscheibe aufweist. Dies dient der besseren Montierbarkeit in Kombination mit Schraubverbindungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verformungskörper an einer Halteschraube angeordnet, welche einen Teil einer Schraubverbindung zwischen dem Achsschenkel und der Halterung der Bremse bildet.
Bevorzugt ist der Kraftsensor zwischen dem Achsschenkel und der Halterung der Scheibenbremse, insbesondere die Schraubverbindung umgreifend, eingespannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schraubverbindung eine Halteschraube mit einem Schraubenkopf auf, wobei der Kraftsensor zwischen dem Schraubenkopf und dem Achsschenkel angeordnet und / oder eingespannt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schraubverbindung eine Halteschraube mit einem Schraubenkopf auf, wobei der Kraftsensor als integriertes Bauteil im Schaft der Halteschraube angeordnet ist, insbesondere so, dass die während einer Bremsbetätigung von der Halterung in die Halteschraube eingeleitete Kraft mittels des in der Halteschraube stabförmig integrierten Dehnungsmeßstreifens erfasst wird.
Bevorzugt ist dem Kraftsensor eine Messschaltung zur Auswertung eines von dem Kraftsensor erfassten Messsignals nachgeschaltet. Damit kann die Information des Messsignals für eine oder mehrere regeltechnische Funktionen genutzt werden.
Vorzugsweise weist die Scheibenbremse Bremsbeläge auf, die so ausgebildet sind, dass ein dauerhafter Schleifkontakt zu dem Rad, insbesondere zu der Bremsscheibe besteht. Damit lässt sich ein dauerhaftes Messsignal gewinnen. Ein bei dem vorzugsweise konstant gehaltenen Schleifkontakt vorbestimmter bzw. zu erwartender Wert des Messsignals kann als Referenz herangezogen werden. Abweichungen von dieser Referenz bzw. ein bestimmter Verlauf des Messsignals liefert Informationen über Größen, die mit dem wirkenden Bremsmoment zusammenhängen.
Vorzugsweise ist die Messschaltung dazu ausgebildet, ein Ausgangssignal auszugeben, das von dem Messsignal, insbesondere dem Verlauf des Messsignals, abhängig ist.
Die erfindungsgemäße Scheibenbremse wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Ausgangssignal eine Information über den Fahrbahnzustand und / oder die Dicke eines Bremsbelags der Radbremse und / oder die Geschwindigkeit über Grund enthält. Da diese Größen jeweils mit dem Bremsmoment zusammenhängen, können sie in der Messschaltung, bspw. über einen bekannten funktionalen Zusammenhang oder eine Lookup-Tabelle, bestimmt und in Form eines oder mehrerer Ausgangssignale ausgegeben werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die oben beschriebene Kraft wirkt auf einen Verformungskörper 1 der mit Dehnungsmeßstreifen 2 ausgerüstet ist. Für die Messung vorteilhaft erweist sich hierbei die Tatsache, dass die Widerstandsänderung der Dehnungsmeßstreifen 2 proportional zum aufgebrachten Bremsmoment ist.
Die 1 zeigt die nicht erfindungsgemäße, konventionelle Befestigung einer Bremssattel-Halterung an einem Achsschenkel, wozu zwei Halteschrauben 5 die Halterung 3 des Bremssattels ohne Zwischenschaltung eines Kraftsensors, d.h. ohne den oben bezeichneten Bremsmomentensensor, direkt mit dem Achsschenkel 4 bzw. Radträger verbinden. Ferner ist die im Bereich des Bremssattels angeordnete Bremsscheibe 6 zu erkennen
Die 2 zeigt abweichend von 1 eine erfindungsgemäße Scheibenbremse, die den nachfolgend als Kraftsensor bezeichneten Bremsmomentensensor aufweist, welcher zwischen dem Achsschenkel (Radträger) 4 und der Halterung 3 der Bremse bzw. des Bremssattels eingespannt ist. Die abgebildeten beiden Kraftsensoren sind jeweils ein Bestandteil eines mit Dehnungsmeßstreifen 2 versehenen Verformungskörpers 1, der jeweils zur einfachen Fixierung auf den beiden Halteschrauben 5 als Ringscheibe aufgesteckt ist. Die beiden Kraftsensoren lassen sich somit auf einfache Weise nach dem Einführen der beiden Halteschrauben 5 in die Bohrungen des Achsschenkels (Radträgers) 4 jeweils auf dem zur Halterung 3 des Bremssattels gerichteten Schraubenschaft positionieren.
Die Messung der Kräfte zwischen dem Achsschenkel 4 und dem Bremsenhalter (Halterung 3) ist die aussichtsreichste Methode um ein Äquivalent für das Bremsmoment zu ermitteln. Die Überlegung hierbei ist, dass der Kraftfluss nur einen Weg über die Kraftsensoren zur Verfügung hat. Hierbei ist es von Vorteil an beiden Halteschrauben 5 zu messen.
Ohne Bremsmoment werden beide Halteschrauben gleichmäßig belastet. Kommt es durch Einleitung einer Bremsung zu einem Bremsmoment wird die in Fahrtrichtung befindliche Halteschraube 5 belastet, die sich dahinter befindende Halteschraube 5 wird in gleichem Maße entlastet.
Misst man die auftretenden Kräfte an beiden Halteschrauben, bekommt man neben dem anliegenden Bremsmoment auch eine Plausibilisierung des gemessenen Wertes. Die Messung in der Verschraubung an diesem Punkt hat zum Nachteil, dass die zu Messende Bremskraft geringer ist als die Vorspannkraft der Schraubenverbindung. Dies lässt sich jedoch mit einer geeigneten Sensorauswahl und einer geeigneten elektronischen Signalverarbeitung kompensieren.
Die 3 zeigt abweichend von 2 eine Scheibenbremse, die den nachfolgend als Kraftsensor bezeichneten Bremsmomentensensor aufweist, welcher nicht zwischen dem Achsschenkel (Radträger) 4 und der Halterung 3 des Bremssattels eingespannt sind, sondern unmittelbar unter dem Schraubenkopf jeder Halteschraube 5 am Achsschenkel (Radträger) 4 positioniert ist. Bezüglich der baulichen Einzelheiten des Kraftsensors wird auf dessen Erläuterung zu 2 verwiesen.
Die 4 zeigt abweichend von den 2 und 3 eine Scheibenbremse, die den Kraftsensor jeweils als integriertes Bauteil im Schaft jeder Halteschraube 5 aufweist, sodass die während einer Bremsbetätigung von der Halterung 3 des Bremssattels in die beiden Halteschrauben 5 eingeleitete Kraft mittels der in den Halteschrauben 5 stabförmig integrierten Dehnungsmeßstreifen 2 erfasst wird.
Die 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform zur Darstellung eines Kraftsensors in einer Perspektivansicht, der zur Erfassung des jeweils in den Achsschenkel 4 eingeleiteten Bremsmomentes vorzüglich geeignet ist. Der Kraftsensor ist analog zur Darstellung in den 2 und 3 rotationssymmetrisch (rund oder vieleckig) ausgeführt. Er besteht aus dem Verformungskörper 1 und einem Signalwandler, der anstelle des bisher beschriebenen Dehnungsmeßstreifen 2 alternativ in Dickschicht-, Dünnschicht- oder Halbleitertechnologie herstellbar ist. Unabhängig von der gewählten Sensortechnologier lässt sich der Signalwandler am Umfang oder auch auf der Ober-/Unterseite des Verformungskörpers 1 anordnen. Beispielhaft sind hierzu in 5 mehrere Dehnungsmeßstreifen 2 am Verformungskörper 1 abgebildet.
Alternativ lässt sich der Kraftsensor piezoelektrisch darstellen. Hierzu wird der Kraftsensor ringförmig in sich abwechselnden Schichten ausgeführt, bestehend aus wenigstens einer metallischen Kontaktfläche, einer darauf folgenden piezoelektrischen Messschicht und wiederum eine metallische Kontaktfläche.
Die Kraftsensoren können wie in den 2 und 3 gezeigt jeweils einzeln ausgeführt sein oder gemäß der 6 in einem gemeinsamen, brückenförmigen Träger 7, der eine gemeinsame elektronische Verarbeitung und Schnittstelle (Stecker 8) aufweist, zusammengefasst sein. Diese Ausführungsform erleichtert die Montage, und verringert die Kosten für die Kontaktierung, Verkabelung und Elektronik.

Claims

Scheibenbremse zur Verwendung in einem elektronischen Fahrzeugbremssystem, mit einer Schraubverbindung zur Befestigung einer Halterung (3) der Scheibenbremse an einem Achsschenkel (4) eines Fahrzeugs oder an einem Fahrzeug-Radträger, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schraubverbindung ein elastischer, mit einem sensorischen Mittel versehener Verformungskörper (1) vorgesehen ist, der während einer Bremsbetätigung einem von der Scheibenbremse über die Halterung (3) auf den Achsschenkel (4) oder auf den Radträger wirksamen Bremsmoment ausgesetzt ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper (1) zur Erfassung des Bremsmomentes mit einem Kraftsensor versehen ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper (1) an einer Halteschraube (5) angeordnet ist, welche einen Teil einer Schraubverbindung zwischen dem Achsschenkel (4) und der Halterung (3) der Bremse bildet.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor zwischen dem Achsschenkel (4) und der Halterung (3) der Scheibenbremse, insbesondere die Schraubverbindung umgreifend, einge-spannt ist.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung eine Halte-schraube (5) mit einem Schraubenkopf aufweist, wobei der Kraftsensor zwischen dem Schraubenkopf und dem Achs-schenkel (4) angeordnet und / oder eingespannt ist.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung eine Halte-schraube (5) mit einem Schraubenkopf aufweist, wobei der Kraftsensor als integriertes Bauteil im Schaft der Halteschraube (5) angeordnet ist, insbesondere so, dass die während einer Bremsbetätigung von der Halterung (3) in die Halteschraube (5) eingeleitete Kraft mittels des in der Halteschraube (5) stabförmig integrierten Deh-nungsmeßstreifens (2) erfasst wird.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftsensor eine Messschaltung zur Auswertung eines von dem Kraftsensor erfassten Messsignals nachgeschaltet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse Bremsbeläge aufweist, die so ausgebildet sind, dass ein dauerhafter Schleifkontakt zu dem Rad, insbesondere zu der Bremsscheibe besteht.
Scheibenbremse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn-zeichnet, dass die Messschaltung dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal auszugeben, das von dem Messsignal, insbesondere dem Verlauf des Messsignals, abhängig ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal eine Information über den Fahrbahnzustand und / oder die Dicke eines Bremsbelags der Radbremse und / oder die Geschwindigkeit über Grund enthält.