DE102018121859A1

DE102018121859A1 - Verfahren zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, einer Bremsvorrichtung und eine Bremsvorrichtung, sowie ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018121859A1
Application number: DE102018121859.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fuchs
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-12
Also published as: WO2020049144A1

Abstract

Ein Verfahren (1) zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, einer Bremsvorrichtung (201) mit folgenden Schritten:
a) Auswerten (Schritt 101) eines Sensorsignals (6) zur Erfassung eines Innendrucks eines Druckraums, insbesondere eines Sattelinnenraums (206) oder eines Stößelraumes (209) der Bremsvorrichtung (201) während eines Zeitraums wobei während des Zeitraums zeitlich versetzt eine Mehrzahl von Datenpunkten (300, 400) des Innenrucks erfasst wird und wobei der Zeitraum zumindest eine Bremsung mit zumindest einem zugespannten und einem gelösten Betriebszustand umfasst;
b) Ermittlung eines ersten Vergleichswertes (Schritt 103) aus zwei Datenpunkten, wobei ein erster Datenpunkt in einem Zeitabschnitt des Sensorsignals ausgewählt wird, in welchem sich die Bremsvorrichtung im zugespannten Betriebszustandes befindet und wobei ein zweiter Datenpunkt in einem Zeitabschnitt des Sensorsignals ausgewählt wird, in welchem sich die Bremsvorrichtung im gelösten Betriebszustandes befindet;
c) Vergleich des ersten Vergleichswertes (Schritt 104) mit einem ersten Grenzwert unter Ermittlung einer Undichtigkeit, und
d) Ausgabe (5) eines Warnsignals oder Änderung eines Zählwertes, sofern der Vergleichswert den Grenzwert erreicht, über- oder unterschreitet;sowie eine Bremsvorrichtung (201) und ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, einer Bremsvorrichtung und eine Bremsvorrichtung, sowie ein Fahrzeug umfassend mehrere dieser Bremsvorrichtungen.
Feldausfälle bedingt durch korrodierte Mechanikteile einer Bremsvorrichtung treten heutzutage bei einem Versagen der Dichtwirkung einer Bremsvorrichtung auf. Das Versagen der Dichtwirkung kann als Ursache eine mechanische oder thermische Beschädigung der Dichtungen haben. Wird diese dysfunktionale Dichtung nicht frühzeitig erkannt, kann Feuchtigkeit in die Bremse eindringen und zu Folgefehlern führen, die die Funktion der Bremse beeinträchtigen oder einen Kompletttausch der Zuspanneinheit zur Folge haben können.
Beispielsweise kann eine fortschreitende Korrosion der mechanischen Teile der Nachstelleinheit zu einem Ausfall dessen führen. Dies hätte im gravierendsten Fall die Folge, falls der Fehler nicht vorab aufgedeckt wird, dass die Nachstellfunktion der Bremse aussetzt und das Lüftspiel zwischen Belägen und Scheibe sich über den nominal spezifizierten, zulässigen Bereich vergrößert. Ein vergrößertes Lüftspiel kann zu Bremsleistungseinbußen und beispielsweise zum Schiefziehen führen.
Eine wichtige Zustandsüberwachung ist daher die Überwachung der Dichtungen. Durch beschädigte oder fehlerhafte Dichtungen kommt es zu einem Feuchtigkeitseintritt in den Bremseninnenraum und dadurch eventuell zum Ausfall elektronischer Teile oder zur Korrosion innerer mechanischer Teile.
Ausgehend von den vorgenannten Überlegungen ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Funktionsüberwachung, insbesondere hinsichtlich der Dichtheit bzw. der Funktionalität der eingesetzten Dichtungen innerhalb der Bremsvorrichtung, einer Bremsvorrichtung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Bereitstellen einer Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Ein Verfahren zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, einer Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs, dient vorzugsweise zur Überwachung einer pneumatischen Scheibenbremse eines Rades eines Fahrzeugs, beispielsweise eines LKW's. Solche Bremsvorrichtungen weisen baubedingt einen pneumatischen und/oder hydraulischen Druckraum auf.
Weitere bauliche Details einer Ausführungsvariante einer pneumatischen Bremsvorrichtung in Form einer pneumatischen Scheibenbremse kann der DE 10 2016 117 593 A1 entnommen werden, auf welche die vorliegende Erfindung Bezug nimmt.
Das vorgenannte Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

In einem ersten Schritt a) erfolgt ein Auswerten eines Sensorsignals zur Erfassung eines Innendrucks eines Druckraums der Bremsvorrichtung während eines Zeitraums wobei während des Zeitraums zeitlich versetzt eine Mehrzahl von Datenpunkten des Innenrucks erfasst wird und wobei der Zeitraum zumindest eine Bremsung mit zumindest einem zugespannten und einem gelösten Betriebszustand umfasst. Dieser Innendruck herrscht in dem vorgenannten Druckraum der Bremsvorrichtung, auch Druckmodulator genannt, und kann mehrere Millibar betragen, beispielsweise 5 - 50 Millibar. Der Druckraum kann z.B. ein Sattelinnenraum oder Stößelraum innerhalb der Bremsvorrichtung handeln.

Bei der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung kann es sich um eine Scheibenbremse oder eine Trommelbremse handeln, wobei allerdings eine Scheibenbremse bevorzugt ist. Insbesondere eine Sattelbremse ist eine bevorzugte Ausführungsvariante.
Die Scheibenbremse kann dabei einen Bremssattel aufweisen und kann, muss aber nicht, einen Bremsträger aufweisen. Mit dem Bremssattel und einem u.a. durch den Bremssattel begrenzten Sattelinnenraum kann ein pneumatisch oder ggf. auch elektromotorisch betätigter Bremszylinder verbunden sein, der an den Bremssattel angeflanscht sein kann. Der Sattelinnenraum kann als der vorgenannte Druckraum ausgebildet sein. Optional kann auch ein benachbart zu dem Sattelinnenraum angeordneter Stößelraum in welchem ein Bremsstößel geführt ist, als Druckraum ausgebildet sein.
Optional kann allerdings auch als Druckraum der Bremszylinder, z.B. in der Ausgestaltung einer pneumatischen, elektromotorischen oder hydraulischen Bremsvorrichtung, überwacht werden, welcher bekannterweise mit Druckluft beaufschlagt wird.
Das Volumen des besagten Druckraumes verändert sich vorzugsweise proportional zu einer Hubbewegung eines Bremsstößels der Bremsvorrichtung.
Das Sensorsignal umfasst eine zeitliche Abfolge einer Mehrzahl von Datenpunkten. Es kann sich über eine Aufnahme eines Sensorsignals über einen gewissen Zeitraum handeln oder über ein kontinuierliches Sensorsignal, welches nur in einem bestimmten Zeitraum bzw. Zeitfenster durch eine Mess- und/oder Auswerteeinheit aufgezeichnet und ggf. ausgewertet wird. Es handelt sich dabei auf mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Datenpunkte, insbesondere druckäquivalente Datenpunkte, welche innerhalb eines Zeitfensters bzw. Zeitintervalls aufgenommen wurden. Während dieses Zeitfensters wird zumindest ein Bremsvorgang mit der Bremsvorrichtung durchgeführt, so dass die Bremsvorrichtung einerseits im gelösten Betriebszustand und andererseits im zugespannten Betriebszustand während der Ermittlung des Sensorsignals vorliegt.
In einem Schritt b) erfolgt ein Ermitteln eines ersten Vergleichswertes aus zumindest zwei Datenpunkten des Sensorsignals. Der erste der zumindest zwei Datenpunkte wird so ermittelt, insbesondere ausgewählt, dass er sich dabei in einem Zeitabschnitt des Zeitfensters des Sensorsignals befindet, in welchem sich die Bremsvorrichtung im zugespannten Betriebszustand befindet.
Dieser erste Datenpunkt entspricht einem Innendruck im zugespannten Betriebszustand der Bremsvorrichtung und der zweite Datenpunkt entspricht einem Innendruck im gelösten Betriebszustand der Bremsvorrichtung.
Der Vergleichswert selbst kann beispielsweise durch Differenzbildung beider Datenpunkte ermittelt werden. Es sind allerdings auch andere Varianten, z.B. Quotientenbildung beider Datenpunkte oder dergleichen, möglich.
Der ermittelte erste Vergleichswert wird in einem Schritt c) mit einem ersten Grenzwert verglichen. Je nach Auswahl des Vergleichswertes und des Grenszwertes erfolgt bei Erreichen, Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes durch den Vergleichswert eine Ermittlung einer Undichtigkeit, vorzugsweise einer Undichtigkeit des Druckraumes, z.B. bei zu geringem Innendruck, insbesondere im zugespannten Betriebsmodus.
Wird eine Undichtigkeit ermittelt, so erfolgt die Ausgabe eines Warnsignals oder Änderung eines Zählwertes.
Dieser Zählwert kann ebenfalls mit einem Grenzwert verglichen werden. Überschreitet der Zählwert den Grenzwert, z.B. bei dreimalig-aufeinanderfolgender Detektion einer Undichtigkeit, so kann eine Warnung ausgegeben werden.
Das Verfahren dient bevorzugt der Überwachung der Dichtigkeit einer pneumatischen Scheibenbremse mit einem pneumatischen Bremszylinder, allerdings kann die Funktionsüberwachung auch weitere Funktionsgrößen, wie z.B. die Temperatur der Bremsvorrichtung, insbesondere die sogenannte Satteltemperatur, anhand der Ermittlung des Drucksignals, ohne zusätzliche Verwendung eines Temperatursensors, überwachen.
Das vorgenannte Verfahren kann in erster Linie zur gezielten Überprüfung der Funktionstüchtigkeit z.B. einer Satteldichtung eines Bremssattels einer Scheibenbremse als auch von verschiedenen weiteren Schnittstellen genutzt werden. Dabei kann durch das Verfahren eine dysfunktionale Dichtung oder optional auch eine schleichende Degradation der Dichtwirkung erkannt werden und Folgeschäden wie Korrosion durch Feuchtigkeitseintritt vermieden werden.
Im Ergebnis des Verfahrens können aufgrund der Warnung aufwendige und teure Reparaturmaßnahmen wie z.B. der Tausch einer kompletten Zuspanneinheit einer Bremsvorrichtung vermieden werden und durch einen Eingriff mit deutlicher weniger Wartungsaufwand, bspw. ein alleiniger Tausch einer oder mehrerer Dichtungen der Bremsvorrichtung, substituiert werden, wodurch die Servicekosten erheblich reduziert werden.
Ebenfalls wird die Sicherheit der Scheibenbremse noch weiter erhöht, da einem drohenden Ausfall von mechanischen Teilen aufgrund Korrosion durch direkte Sensierung vorgebeugt wird.
Vorteile ergeben sich zudem durch gezielte Steuerung der Wartung bzw. der Werkstattaufenthalte (predictive maintenance) sowie der Erhöhung der Sicherheit der Bremseinrichtung durch Überwachung der Dichtwirkung der Bremssattel- und Bremszylinderdichtungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Detektion einer schleichenden Undichtigkeit kann das Verfahren einem weiteren Schritt e) aufweisen, wobei ein zweiter Vergleichswert aus einer zeitlichen Abfolge von Datenpunkten im zugespannten Betriebsmodus ermittelt wird und mit einem zweiten Grenzwert verglichen wird.
Durch die Ergänzung des Verfahrens mit Schritt e) kann einer möglichen kompletten Sattelundichtigkeit und/oder Dysfunktionalität der Dichtungen vorgebeugt werden, da diese schon während des schleichenden Fortschritts einer Undichtigkeit erkannt wird. Dadurch ergeben sich Vorteile für die Wartungssteuerung, da degradierende Dichtungen rechtzeitig erkannt werden und damit ein Feuchtigkeitseintritt unterbunden wird.
Bei der Ermittlung dieses zweiten Vergleichswertes werden lediglich Datenpunkte verwendet, welche innerhalb eines Zeitabschnitts aufgenommen wurden, in welchem die Bremsvorrichtung sich in einem zugespannten Betriebsmodus befindet. Hierbei wird betrachtet, ob ein eine Verringerung der Werte der Datenpunkte innerhalb der Zuspannzeit, also insbesondere ein Abfall des Innendrucks während des Zuspannens erfolgt. Dieser Abfall kann als der zweite Vergleichswert, z.B. als Gradient, ermittelt werden.
Bei jeder Bremsung unter Betätigung der Bremsvorrichtung kann die Ermittlung der Datenpunkte, also sowohl der Zeitpunkt zum Aufzeichnen des Sensorsignals, als auch die Länge des Sensorsignals identisch zu einer vorhergehenden Bremsung bzw. einer vorhergehenden Bremsbetätigung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren stets neu initiiert werden kann, sein. Gleiches gilt ebenfalls vorteilhaft für die Bestimmung der zwei Datenpunkte zur Ermittlung des ersten Vergleichswertes und für die Abfolge von Datenpunkten zur Ermittlung des zweiten Vergleichswertes.
Es ist zudem von Vorteil, wenn ein Warnsignal ausgegeben wird, sofern in Schritt d) der Zählwert einen bestimmten Wert erreicht hat. Dadurch führt eine Messung nicht automatisch zu einer Warnmeldung sondern kann ggf. durch eine nachfolgende Messung bei neuerlicher Bremsung verifiziert und ggf. kann der Zählwert auf Null rückgesetzt werden.
Der erste und/oder der zweite Datenpunkt kann als ein Mittelwert mehrerer zeitlichaufeinanderfolgender Datenpunkte jeweils in einem Betriebszustand, also gelöst oder zugespannt, sein.
Der zweite Vergleichswert kann durch Bildung eines gleitenden Mittelwertes aus der zeitlichen Abfolge von Datenpunkten jeweils im zugespannten Betriebszustand gebildet werden.
Der zweite Vergleichswert kann alternativ oder zusätzlich durch ein rekursives Verfahren aus einer zeitlichen Abfolge von Datenpunkten im zugespannten Betriebsmodus ermittelt werden.
Das Verfahren zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, kann vorteilhaft mit weiteren Verfahrensmerkmalen kombiniert und/oder um weitere überwachte Funktionen ergänzt werden. In einem optionalen Schritt f) kann durch Vergleich der ersten und/oder der zweiten ermittelten Vergleichswerte von mehreren Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs die eine stärkere Temperaturentwicklung einer der Bremsvorrichtungen, insbesondere der Satteltemperatur dieser Bremsvorrichtung, ermittelt und als Warnsignal ausgegeben wird.
Zusätzlich oder alternativ kann in einem Schritt g) der erste und/oder zweite Vergleichswert einer ersten Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs im Rahmen eines Plausibilitätstests zur Dichtigkeitsüberprüfung mit anderen Bremsvorrichtungen des Fahrzeugs genutzt werden. Dabei werden die Vergleichswerte der Bremsvorrichtungen untereinander verglichen. Bei erhöhten Abweichungen der Vergleichswerte ist keine Plausibilität gegeben.
Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Bremsvorrichtung, insbesondere eine Scheibenbremse, welche eine Mess- und/oder Auswerteeinheit aufweist, welche ausgerüstet ist zur Durchführung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Darüber hinaus ist ebenfalls ein Fahrzeug erfindungsgemäß, welches mehrere, zumindest jedoch zwei, der vorgenannten erfindungsgemäßen Bremsvorrichtungen aufweist und mit welchem insbesondere auch die Schritte f) und g) ausführbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 Fließdiagramm zum Ablauf des Verfahrens
2 erstes Diagramm einer zeitlich-fortschreitenden Dichtefunktion;
3 zweites Diagramm einer zeitlich-fortschreitenden Dichtefunktion;
4 erstes Diagramm einer dysfunktionalen Dichtfunktion; und
5 schematische Darstellung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.

1 zeigt ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens.
Das Verfahren dient der Dichtigkeitsüberwachung einer Bremsvorrichtung, insbesondere einer Scheibenbremse.
Feld 100 ist die Darstellung einer Bremsbetätigung der Bremsvorrichtung. Durch Bremsbetätigung 100 kann durch eine Mess- und/oder Auswerteeinheit der Bremsvorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden, wobei die Mess- und/oder Auswerteeinheit einen Datenspeicher aufweisen kann, auf welchem ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens gespeichert sein kann.
Alternative Möglichkeiten zur Ausführung des Verfahrens sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Durch die Bremsbetätigung wird das Verfahren aktiviert und es wird zunächst in einem Schritt 101 ein Sensorsignal eines Drucksensors ermittelt und durch die Mess- und/oder Auswerteeinheit 2 eingelesen.
Eine geeignete Bremsvorrichtung mit einem Drucksensor wird beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2017 128 595 A1 und in der DE 10 2016 117 593 A1 offenbart. Zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung und der Anordnung eines Drucksensors innerhalb dieser Bremsvorrichtung wird ausdrücklich auf diese Anmeldungen Bezug genommen. Diese in den vorgenannten Patentanmeldungen dargestellten Bremsvorrichtungen sind lediglich Beispiele für eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung.
Rein ergänzend wird der Aufbau der Bremsvorrichtung in Anlehnung an eine aus der DE 10 2016 117 593 A1 bekannten Scheibenbremse nachfolgend kurz beschrieben:

In 5 ist mit dem Bezugszeichen 201 insgesamt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen pneumatischen Bremsvorrichtung bezeichnet. Die Bremsvorrichtung 201, hier in der Ausgestaltung als Scheibenbremse, weist eine Bremsscheibe 202 auf, die von einem Bremssattel 203 überspannt wird. In dem Bremssattel 203 in einem zuspannseitigen Sattelinnenraum 206 ein Bremshebel 207 gelagert, der mit einer Brücke 212 in Wirkverbindung steht und bei einem Bremsvorgang die Brücke 212 über eines oder mehrere Druckstücke gegen einen zuspannseitigen Bremsbelag 205 drückt.

Die Bewegung des Bremshebels 207 wird durch einen Stößel 208 eines luftdicht mit dem Bremssattel 203 verbundenen pneumatischen Bremszylinders 204 bewirkt. Der Stößel 208 wird durch Druckbeaufschlagung des Bremszylinders 204 aus einer in 5 dargestellten Nichtbremsstellung in eine Bremsstellung bewegt. Die Bewegung des Stößels 208 erfolgt dabei als lineare Bewegung. Der Stößel 208 ist dabei in bekannter Bauweise durch eine hier als Faltenbalg ausgebildete luftdichte Trenneinrichtung 210 von einem Zylinderinnenraum 211 getrennt.
Mit den Bezugszeichen 216 und 217 wurden einige zu überwachende Schnittstellen ggf. mit Dichtungen, wie die Trenneinrichtung 210, dargestellt, welche auf ihre Dichtheit überprüft werden können.
Zur Zustandsüberwachung der Bremsvorrichtung 201 ist, wie in 5 ferner zu erkennen ist, in einen luftdichten Druckraum der Scheibenbremse, dessen Volumen sich proportional zu einer Hubbewegung des Stößels 208 verändert, ein Drucksensor 214 angeordnet.
Dieser Drucksensor 214 ist dabei, wie in 5 schematisch dargestellt, mit einer ersten Schnittstelle einer Auswerteeinheit 215 verbunden, in der aus der erfassten Druckveränderung der Hub des Stößels 208 des Bremszylinders 204 ermittelt wird.
Während der Drucksensor 214 in der in 5 gezeigten Ausführungsvariante am Stößel 208 angeordnet ist, ist es ebenso denkbar, den Drucksensor 214 an einem anderen Ort innerhalb des Stößelraumes 209 anzuordnen oder auch im Sattelinnenraum 206 des Bremssattels 203.
Der Druckraum, in dem der Drucksensor 214 angeordnet ist, wird in einer Ausführungsvariante der Scheibenbremse durch den Stößelraum 209 und durch den Sattelinnenraum 206 des Bremssattels 203 gebildet, wobei der Stößelraum 209 durch eine luftdichte Trenneinrichtung 210 von einem Zylinderinnenraum 211 getrennt ausgebildet ist.
Die Trenneinrichtung 210 ist bevorzugt als Balg, insbesondere als Faltenbalg ausgebildet, wie es in weiter oben bereits anhand der in 5 beschriebenen Ausführungsvariante beschrieben wurde. Denkbar ist auch, die Trenneinrichtung 210 als Kolben auszubilden.
Denkbar ist es auch, dass der Druckraum ausschließlich durch den Stößelraum 209 gebildet ist. Der Stößelraum 209 ist dabei durch eine entsprechend ausgebildete luftdichte Trenneinrichtung 210 von dem Zylinderinnenraum 211 und dem Sattelinnenraum 206 des Bremssattels 203 getrennt ausgebildet. Der Stößel 208 ist in diesem Fall in einer den Stößelraum 209 mit dem Sattelinnenraum 206 verbindenden Aufnahmeöffnung aufgenommen, wobei der Stößel 208 den Stößelraum 209 vom Sattelinnenraum 206 sowohl in der Bremsstellung als auch in der Nichtbremsstellung luftdicht verschließt.
Ein solcher Drucksensor 214 kann an einer einfach zugänglichen Stelle der Bremsvorrichtung 201, insbesondere überall im Sattelinnenraum 206 oder Stößelraum 209 beliebig angebracht werden, da sich der Druck in dem betrachteten luftdichten Druckraum in gleicher Weise verändert. Wählt man einen Anbringungsort entfernt von der Bremsscheibe und den Bremsbelägen, ermöglicht dies den Einsatz eines vergleichsweise günstigen Sensors, da durch die Entfernung von der Bremsscheibe und den Bremsbelägen der Drucksensor keinen allzu hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist.
Der Drucksensor 214 kann z.B. auf bereits vorhandenen Platinen von Sensoren, wie beispielsweise einem Verschleißpotentiometer aufgebracht werden.
Wie in 1 erkennbar kann nach der Bremsbetätigung 100 der Bremsvorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren 1 mit den nachfolgenden Verfahrensschritten ausgelöst werden. Nach dem Aufruf der Funktion 2, z.B. durch als Programminitiierung, erfolgt die Aufnahme eines Drucksensorsignals. In diesem ersten Schritt 101 wird das Drucksensorsignal über ein vorbestimmtes Zeitintervall t aufgenommen. Der Programmschritt kann als „Empfang des Sensorsignal p in einem festgelegten Zeitfenster t“ definiert werden.
In einem nachfolgenden Schritt 102 wird das Sensorsignal p_in1 umfassend eine Mehrzahl an Datenpunkten, welches eine vordefinierte Datenlänge hat, in dem vorgenannten Datenspeicher abgelegt. Falls bereits ein Signal p_in0 im Datenspeicher vorliegt, wird dieses Signal mit der zeitlichen Abfolge der Datenpunkte des aufgenommenen Sensorsignals p_in1 überschrieben.
Dies lässt sich rechentechnisch einfach darstellen, da beide Signale über die gleiche Datenlänge verfügen. So muss innerhalb der Mess- und/oder Auswerteeinheit kein zusätzlicher Speicherplatz bereitgestellt werden.
In einem darauffolgenden Schritt 103 kann das verfügbare Sensorsignal des Verlaufs des Innendrucks auf eine vorhandene Undichte im System überprüft werden.
Dazu werden zwei charakteristische Datenpunkte des Signals herangezogen und die Differenz gebildet. $Δ p_in 1 = f (p_in [t 1], p_in [t 2])$
Die charakteristischen Datenpunkte werden so gewählt, dass ein Datenpunkt vor dem mechanischen Zuspannen der Bremsvorrichung liegt und ein Datenpunkt nach dem Zuspannen, also im betätigten Systemzustand der Bremsvorrichtung.
Es können jedoch optional auch mehr als zwei charakteristische Punkte verwendet werden um einen Unterschied im Signalverlauf zu erfassen. So können zur Erhöhung der Robustheit auch mehrere Datenpunkte unter Bildung zweier charakteristischer Datenpunkte herangezogen werden, beispielsweise jeweils einer oder mehrere vorausgehende und nachfolgende Datenpunkte (multi-sampling), wobei die Datenpunkte jeweils entweder vor oder nach dem Zuspannen liegen. Aus den Datenpunkten kann anschließend ein Mittelwert gebildet und als charakteristischer Datenpunkt verwendet werden.
Anschließend kann die Differenz der beiden (oder mehreren) charakteristischen Datenpunkte mit einem Grenzwert oder mit mehreren Grenzwerten, bei mehreren charakteristischen Datenpunkten in einem Schritt 104 verglichen werden.
Liegt die Differenz bzw. die Differenzen unter dem bzw. über den definierten Grenzwerten (je nachdem wie diese definiert sind) wird eine Warnung ausgelöst, dass das ausgewertete Signal der spezifischen Bremsvorrichtung auf eine Undichtigkeit dieser Bremsvorrichtung hinweist.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein interner Zähler inkrementell erhöht werden und erst nach Überschreiten eines definierten Zählerwertes, also bei mehreren aufeinanderfolgenden Auswertungen des Innendrucks mit negativen Vergleichsergebnissen an der spezifischen Bremsvorrichtungen, bspw. bei Zählerwert = 3, kann eine Warnung oder aber eine Warnung mit höherem Dringlichkeitshinweis ausgegeben werden.
Eine typischer Programmbefehl könnte somit lauten: $Falls Δ p_in 1 < = Grenzwert, Ausgabe 4 als Warnung und / oder Z \ddot{a} hler + 1$
In einem weiteren Schritt 105 kann nunmehr eine Bestimmung auf eine schleichenden Undichtigkeit unter Ermittlung eines zweiten Vergleichswertes erfolgen.
Hierfür können mehrere vorzugsweise zeitlich aufeinanderfolgende Datenpunkte genutzt werden, welche im zugespannten Betriebszustand ermittelt wurden. Diese werden zur Ermittlung eines zweiten Vergleichswert Δp_in2 benötigt. $Δ p_in 2 = f (p_in [t 1], p_in [t 1 + x], \dots p_in [tn]),$

wobei t1-tn = zugespannter Betriebszustand und
x= Zeitraum zwischen zwei Datenpunkten

In einem Schritt 106 erfolgt ebenfalls ein Vergleich des zweiten Vergleichswertes mit einem weiteren Grenzwert $Falls Δ p_in 2 < = Grenzwert, Ausgabe 5 als Warnung und / oder Z \ddot{a} hler + 1$
Anschließend kann ein Stop 3 des Verfahrens 1 bis zu einer erneuten Bremsbetätigung 100 erfolgen.
In 2 ist ein Drucksignal 6 eines Drucksensors, also ein Drucksensorsignal, einer fehlerfrei arbeitenden Bremsvorrichtung abgebildet welches zwischen etwa 2-maximal 25 mbar variiert. Zudem ist ein „Bremsdruck-Signal“ 7 dargestellt, welches auch als Signal der Betriebsbremsanlage bezeichnet wird. 2 soll zur gegenständlicheren Erläuterung des dritten und vierten Verfahrensschrittes 103 und 104 herangezogen werden. Die Datenpunkte für den Schritt 103 vor dem Zuspannen der Bremse liegen im Bereich 0-3 mbar. In den Diagrammen teilen sich die Signale die Ordinatenachse. Für das Bremsdruck-Signal 7 ist die Einheit bar, für den Innendruck 6 ist die Einheit mbar.
Hier kann ein Datenpunkt als erster charakteristischer Datenpunkt gewählt werden. Die Datenpunkte nach dem Zuspannen liegen bei mehr als 20 mbar. Hier kann ein Datenpunkt als zweiter charakteristischer Datenpunkt gewählt werden Die Differenz aus dem ersten und dem zweiten Datenpunkt sollte idealerweise bei mehr als 17 mbar liegen. Wird der Wert von 17 mbar für die Differenz der Datenpunkte unterschritten, so kann ein Warnsignal ausgegeben werden.
Das Verfahren kann zudem die weiteren Schritte 105 und 106 aufweisen.
In diesen Verfahrensschritten kann das Drucksensorsignal auf eine mögliche schleichende Undichtigkeit in der Bremsvorrichtung überprüft werden. Eine schleichende Undichtigkeit liegt vor, falls eine zeitlich schleichende Degradation der Dichtwirkung fortschreitet und diese durch Schritt 103 nicht sensiert wird.
Um diese schleichende Undichtigkeit zu erfassen, werden aufeinanderfolgende Datenpunkte im zugespannten Betriebszustand der Bremsvorrichtung, also bei betätigter Bremse, herangezogen und ausgewertet.
Dabei kann auf unterschiedliche Arten die Information aus den Datenpunkten extrahiert werden.
In einer Ausführungsvariante kann ein gleitender Mittelwert gebildet werden und dieser mit dem Startwert der untersuchten Datenpunkte verglichen werden.
Die Menge der gleitenden Mittelwerte kann iterativ über einen Zeitintervall des ermittelten Sensorsignals berechnet werden. Das Zeitintervall kann überlappend verschoben werden, d. h. wiederholt wird der erste Datenpunkt aus dem betrachteten Zeitintervall gestrichen, der erste Datenpunkt nach dem Zeitintervall hinzugenommen und ein neuer Mittelwert berechnet. Für die Berechnung des Mittelwerts können die im vorgenannten Zeitintervall vorkommenden Datenpunkte beliebig gewichtet werden. Durch Bildung eines gleitenden Mittelwerts kann eine Glättung des Sensorsignals erreicht werden, so dass Ausreißer bei den Datenpunkten nicht gravierend ins Gewicht fallen.
Sofern die Differenz des gleitenden Mittelwerts gegenüber dem Startwert einen bestimmten Grenzwert überschreitet, kann eine Warnung auf eine schleichende Undichtigkeit ausgegeben werden.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Gradienten der zeitlichen Abfolge aus Datenpunkten zu ermitteln, beispielsweise durch das rekursive kleinste Quadrate Verfahren (RLS-Algorithmus) oder durch ein anderes Regressionsverfahren. Sodann kann der Gradient der zeitlichen Abfolge der Datenpunkte mit einem festgelegten Grenzwert verglichen werden. Ist der ermittelte Gradient über bzw. unter dem festgelegten Grenzwert so wird eine schleichende Undichte erkannt und eine entsprechende Warnung ausgegeben.
Alternativ oder zusätzlich kann bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes auch ein interner Zähler inkrementell erhöht werden und erst nach Überschreiten eines definierten Zählerwertes (bei aufeinanderfolgenden Auswertungen des Innendrucks an der spezifischen Bremse), bspw. bei Zählerwert = 3, eine Warnung ausgegeben werden.
Die angesprochenen Datenpunkte werden bevorzugt bei jeder Bremsung zu den identischen charakteristischen Zeitpunkten aufgezeichnet, um das Verfahren möglichst robust und vergleichbar zu gestalten. Hierbei kann bspw. als erster Datenpunkt der i-te Datenpunkt nach Start des Verfahrens gewählt werden. Die Variable i steht für eine frei wählbare Ganzzahl, mit der Bedingung dass der i-te Datenpunkt im Systemzustand „zugespannt“ liegt.
Dieser Wert kann empirisch gesetzt werden, bspw. in einem Zeitbereich nach dem Zuspannen der Bremse und mit einem zeitlichen Sicherheitsabstand zum Zeitpunkt des Lösens der Bremse. Der Zeitpunkt des Lösens der Bremse ist dabei abhängig von der Art der Bremsung. Mit einer empirisch ermittelten Minimaldauer kann ein Zeitintervall eingegrenzt werden, in welchem sich die Bremse bei möglichst allen Arten der Bremsung (Bremsung zum Stillstand, leichte Anpassungsbremsung, etc.) im Systemzustand „zugespannt“ befindet. Die angesprochenen Datenpunkte liegen demnach in diesem beschriebenen minimalen Zeitintervall.
In 3 und 4 wird der Verfahrensschritt 105 und 106 abermals anhand eines Innendrucksignals 6 und eines „Bremsdruck-Signals“ 7 praktisch erläutert. In 3 erkennt man anhand des Signalsverlaufs dass anstelle eines Plateaus die Bremsvorrichtung im zugespannten Zustand eine fortschreitende Verringerung des Betrags des Signals im dargestellten Bereich 200 aufweist. Dies zeigt eine fortschreitende Undichtigkeit.
Der Signalverlauf der 3 würde allerdings erkennbar nicht zur Ausgabe eines Warnsignals in Schritt 103 führen. Daher muss eine gesonderte Auswertung des Gradienten im zugespannten Zustand, beispielsweise im dargestellten Bereich 200, erfolgen.
4. zeigt ein Bremssystem mit dysfunktionaler Dichtwirkung. Man erkennt dass beim Zuspannen der Bremse ein Überschwingen des Innendrucksignals (ca. bei 2 auf der Abszisse) und unmittelbar danach ein Rückgang auf das Niveau vor dem Zuspannen. Bei ca. 8 auf der Abszisse wird die Bremse wieder gelöst und das Volumen vergrößert durch das Rückfahren des Stößels. Dabei kommt es zu einem Überschwinger ins Negative, der sich aber aufgrund der dysfunktionalen Dichtwirkung unmittelbar wieder an das Ausgangsniveau stellt.
Das in 1 dargestellte Verfahren kann durch zusätzliche Verfahrensschritte ergänzt werden. So können der in Schritt 103 und 104 ermittelten Differenzwerte mit Differenzwerden von Drucksignalen von weiteren Bremsvorrichtungen (101) von Rädern eines Fahrzeugs verglichen werden.
Sollten die Differenzwerte einer/mehrerer Bremsvorrichtungen (101) signifikant höher oder geringer sein als die Druckwerte der anderen Radbremsen, kann auf eine ungewöhnliche Temperaturentwicklung an den Radbremsen, z.B. der Satteltemperatur, mit signifikant höheren Druckwerten rückgeschlossen werden und eine entsprechende Warnung ausgegeben werden.
Zusätzlich zu den vorbeschrieben Funktionsüberwachungen, insbesondere hinsichtlich der Dichtigkeitsüberwachung, kann der Einsatz des Drucksensors in der Bremsvorrichtung, wie z.B. in 5 dargestellt, die Überwachung der Hubbewegung des Stößels beim Bremsvorgang aufgrund des verändernden Druckes gewährleisten, wobei aus dieser Druckänderung die Hubbewegung des Stößels bestimmt werden kann, da die Druckänderung proportional zur linearen Bewegung des Stößels ist.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren
2: Aufruf der Funktion
3: Stop
4: Ausgabe
5: Ausgabe
6: Drucksensorsignal
7: Bremsdruck-Signal
201: Scheibenbremse
202: Bremsscheibe
203: Bremssattel
204: Bremszylinder
205: Bremsbelag
206: Sattelinnenraum
207: Bremshebel
208: Stößel
209: Stößelraum
210: Trenneinrichtung
211: Zylinderinnenraum
212: Brücke
213: Nachstelleinrichtung
214: Drucksensor
215: Auswerteeinheit
216: Schnittstelle (Dichtung)
217: Schnittstelle
100: Bremsbetätigung
101-106: Verfahrensschritt
200: Bereich
300: Datenpunkt
400: Datenpunkt

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 102016117593 A1 [0008, 0045, 0046]
DE 102017128595 A1 [0045]

Claims

Verfahren (1) zur Funktionsüberwachung, insbesondere zur Dichtheitsüberwachung, einer Bremsvorrichtung (201) gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Auswerten (Schritt 101) eines Sensorsignals (6) zur Erfassung eines Innendrucks eines Druckraums, insbesondere eines Sattelinnenraums (206) oder eines Stößelraumes (209) der Bremsvorrichtung (201) während eines Zeitraums wobei während des Zeitraums zeitlich versetzt eine Mehrzahl von Datenpunkten (300, 400) des Innenrucks erfasst wird und wobei der Zeitraum zumindest eine Bremsung mit zumindest einem zugespannten und einem gelösten Betriebszustand umfasst; b) Ermittlung eines ersten Vergleichswertes (Schritt 103) aus zwei Datenpunkten, wobei ein erster Datenpunkt in einem Zeitabschnitt des Sensorsignals ausgewählt wird, in welchem sich die Bremsvorrichtung im zugespannten Betriebszustandes befindet und wobei ein zweiter Datenpunkt in einem Zeitabschnitt des Sensorsignals ausgewählt wird, in welchem sich die Bremsvorrichtung im gelösten Betriebszustandes befindet; c) Vergleich des ersten Vergleichswertes (Schritt 104) mit einem ersten Grenzwert unter Ermittlung einer Undichtigkeit, und d) Ausgabe (5) eines Warnsignals oder Änderung eines Zählwertes, sofern der Vergleichswert den Grenzwert erreicht, über- oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen oder mehrere weitere Schritte e) (Schritt 105, Schritt 106) aufweist, wobei ein zweiter Vergleichswert aus einer zeitlichen Abfolge (200) von Datenpunkten im zugespannten Betriebsmodus ermittelt wird (Schritt 105) und mit einem zweiten Grenzwert verglichen (Schritt 106) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Bremsbetätigung (100) die Datenpunkte in Schritt b) und/oder die Abfolge von Datenpunkten in Schritt e) zu einem identischen Zeitpunkt nach einer Bremsbetätigung und über einen identisch-langem Zeitraum ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal ausgegeben, sofern in Schritt d) der Zählwert einen bestimmten Wert erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Datenpunkt ein Mittelwert mehrerer zeitlichaufeinanderfolgender Datenpunkte jeweils in einem Betriebszustand ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vergleichswert als gleitender Mittelwert aus mehreren zeitlichaufeinanderfolgender Datenpunkte jeweils in einem Betriebszustand gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert durch ein rekursives Verfahren aus einer zeitlichen Abfolge von Datenpunkten im zugespannten Betriebsmodus ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt f) durch Vergleich der ersten und/oder der zweiten ermittelten Vergleichswerte von mehreren Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs die eine stärkere Temperaturentwicklung einer der Bremsvorrichtungen, insbesondere der Satteltemperatur der Bremsvorrichtung, ermittelt und als Warnsignal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt g) ein Plausibilitätstest zur Dichtigkeitsüberprüfung mit anderen Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs erfolgt.
Bremsvorrichtung (201), insbesondere pneumatische Scheibenbremse, mit Mess- und/oder Auswerteeinheit (215) welche ausgerüstet ist zur Durchführung eines Verfahrens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug umfassend mehrere Bremsvorrichtungen (201) gemäß Anspruch 10.