DE102018122011A1 - Disc brake for a motor vehicle and method for detecting a braking torque of a disc brake - Google Patents
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Abstract
Eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, weist eine Bremsscheibe (4) mit wenigstens einem Reibring (41, 42) auf, wenigsten einen Bremsbelag (5), eine Zuspanneinrichtung (6), mit der der wenigstens eine Bremsbelag (5) an die Bremsscheibe (4) unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe (4) andrückbar ist, einen die Bremsscheibe (4) umgreifenden Bremsträger (2) mit wenigstens einem Belagschacht, aufweisend jeweils zwei durch eine Brücke (22) miteinander verbundene Trägerhörner (23, 24), eine Messvorrichtung mit wenigstens einem Messelement (7) und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit (8) zur Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe (4) ausgeübten Bremsmoments, wobei das wenigstens eine Messelement (7) am Bremsträger (2) angeordnet ist, wobei in der Auswerteeinheit (8) aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers (2) das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar. Desweiteren wird ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments beschrieben. A disc brake for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, has a brake disc (4) with at least one friction ring (41, 42), at least one brake pad (5), an application device (6) with which the at least one brake pad (5) can be pressed onto the brake disc (4) while exerting a braking torque on the brake disc (4), a brake carrier (2) encompassing the brake disc (4) with at least one lining shaft, each having two carrier horns (23, interconnected by a bridge (22) 24), a measuring device with at least one measuring element (7) and an evaluation unit (8) coupled to this for determining the braking torque exerted on the brake disc (4) during a braking operation, the at least one measuring element (7) being arranged on the brake carrier (2) The braking torque exerted during the braking process can be calculated in the evaluation unit (8) from the deformation of the brake carrier (2) measured with the measuring device. Furthermore, a method for detecting a braking torque is described.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer solchen Scheibenbremse.The present invention relates to a disc brake for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle according to the preamble of claim 1 and a method for detecting a braking torque of such a disc brake.
Gattungsgemäße Scheibenbremsen werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen und besonders bei Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeuge abzubremsen. Derartige Scheibenbremsen bestehen üblicherweise aus einer Bremsscheibe mit einem oder zwei Reibringen, an die bei einem Bremsvorgang Bremsbeläge angedrückt werden, einer schwimmend gelagerten Zuspanneinheit und einem Bremsträger, mit dem die Scheibenbremse an einer Achse eines Fahrzeugs befestigt, beispielsweise verschraubt wird.Disc brakes of the generic type are used in particular in motor vehicles and particularly in commercial vehicles in order to brake the vehicles. Disc brakes of this type usually consist of a brake disc with one or two friction rings, to which brake pads are pressed during a braking process, a floating application unit and a brake carrier with which the disc brake is fastened, for example screwed, to an axle of a vehicle.
Zur präziseren Regelung einer solchen Scheibenbremse, insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen, ist es vorteilhaft, die exakte Leistungsfähigkeit der Bremse, insbesondere die Bremskraft bzw. das Bremsmoment zu kennen. Nicht ausreichend ist hingegen die Kenntnis der Zuspannkraft oder des Betätigungsdruckes. Zur effizienten Gestaltung hochautomatisierter Fahrfunktionen wie beispielsweise Platooning, d.h. den Abstand zwischen Kolonnenteilnehmern einer in Kolonne fahrenden Fahrzeuggruppe zu gewährleisten, ist die Kenntnis der Bremskraft, des Bremsmoments oder des Reibwerts ausschlaggebend.For more precise control of such a disc brake, in particular for automated driving functions, it is advantageous to know the exact performance of the brake, in particular the braking force or the braking torque. However, knowledge of the clamping force or the actuation pressure is not sufficient. For the efficient design of highly automated driving functions such as platooning, i.e. To ensure the distance between column participants of a group of vehicles traveling in a column, knowledge of the braking force, braking torque or coefficient of friction is crucial.
So ist es beispielsweise aus der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheibenbremse und ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse bereitzustellen, mit der Bremsmomente auf wirtschaftliche Art und Weise unter Verwendung von etablierten Messmethoden ermöglicht ist.The object of the present invention is to provide a disc brake and a method for detecting a braking torque of a disc brake, with which braking torques are made possible in an economical manner using established measurement methods.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a disc brake with the features of claim 1.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.The object is further achieved by a method for detecting a braking torque with the features of
Die erfindungsgemäße Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, weist eine Bremsscheibe mit wenigstens einem Reibring sowie wenigstens einen Bremsbelag auf. Die Scheibenbremse weist des Weiteren eine Zuspanneinrichtung auf, mit der der wenigstens eine Bremsbelag an die Bremsscheibe unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe andrückbar ist.The disc brake according to the invention for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, has a brake disc with at least one friction ring and at least one brake pad. The disc brake also has an application device with which the at least one brake pad can be pressed onto the brake disc while exerting a braking torque on the brake disc.
Die Scheibenbremse weist darüber hinaus einen die Bremsscheibe umgreifenden Bremsträger mit wenigstens einem Belagschacht auf. Der Bremsträger weist dabei jeweils zwei durch eine Brücke miteinander verbundene Trägerhörner auf.The disc brake also has a brake carrier encompassing the brake disc with at least one lining shaft. The brake carrier each has two carrier horns connected to one another by a bridge.
Eine Messvorrichtung der Scheibenbremse mit wenigstens einem Messelement und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit dient der Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe ausgeübten Bremsmoments.A measuring device of the disc brake with at least one measuring element and an evaluation unit coupled to it serves to determine the braking torque exerted on the brake disc during a braking operation.
Das wenigstens eine Messelement ist am Bremsträger angeordnet, wobei in der Auswerteeinheit aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar ist.The at least one measuring element is arranged on the brake carrier, the braking torque exerted during the braking process being calculable in the evaluation unit from the deformation of the brake carrier measured with the measuring device.
Mit einer derart ausgebildeten Scheibenbremse ist in einfacher Weise das anliegende Bremsmoment bei einem Bremsvorgang über eine Verformung am Bremsträger ermittelbar.With a disc brake designed in this way, the applied braking torque can be determined in a braking process via a deformation on the brake carrier.
Durch den Einsatz des ermittelten Bremsmoments als Regelgröße für die Regelung des Bremsvorgangs können außerdem zusätzlich zu approximierende Einflussparameter wie beispielsweise mechanische Hysterese oder Reibwertschwankungen eliminiert werden, da solche Parameter im berechneten Bremsmoment bereits enthalten bzw. berücksichtigt sind.By using the determined braking torque as a controlled variable for controlling the braking process, additional influencing parameters, such as mechanical hysteresis or fluctuations in the coefficient of friction, can also be eliminated, since such parameters are already included or taken into account in the calculated braking torque.
Auch der Einsatz einer teuren und sich nur für Versuchszwecke eignenden Messnabe ist bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse nicht notwendig.The use of an expensive measuring hub, which is only suitable for experimental purposes, is also not necessary in the disk brake according to the invention.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist das Messelement als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildet.According to an advantageous embodiment variant of the invention, the measuring element is designed as a strain gauge or resistance wire.
Solche Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdrähte sind kostengünstig und in einfacher Weise am Bremsträger anbringbar. Such strain gauges or resistance wires are inexpensive and can be attached to the brake carrier in a simple manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung der Brücke erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht.According to a further embodiment variant, at least one measuring element is attached to an inner wall of a bore extending in the longitudinal direction of the bridge in the brake carrier.
Mithilfe des wenigstens einen Messelements können so Verformungen an der Bohrungswandung gemessen werden. Aus den ermittelten Verformungen kann so ein Kennfeld für verschiedene Bremskräfte erstellt werden.With the help of the at least one measuring element, deformations on the bore wall can be measured. A map for different braking forces can be created from the determined deformations.
Da die gemessene Verformung an der Bohrungswand proportional zur anliegenden Bremskraft bzw. zum anliegenden Bremsmoment ist, lässt sich so in der Auswerteeinheit in einfacher Weise das anliegende Bremsmoment berechnen.Since the measured deformation on the bore wall is proportional to the applied braking force or the applied braking torque, the applied braking torque can be calculated in a simple manner in the evaluation unit.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe des Bremsträgers erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht. Auch die Verformung des Scheibenübergriffs ist geeignet, um auf das anliegende Bremsmoment zurückzurechnen.According to an alternative embodiment variant, at least one measuring element is attached to an inner wall of a bore in the brake carrier which extends in the longitudinal direction of one of the disc overlaps of the brake carrier. The deformation of the disc overlap is also suitable to calculate back to the applied braking torque.
Die Auswerteeinheit ist dabei bevorzugt am Scheibenübergriff des Bremsträgers angebracht und kabellos oder kabelgebunden mit dem wenigstens einen Messelement gekoppelt.The evaluation unit is preferably attached to the disc overlap of the brake carrier and is coupled to the at least one measuring element in a wireless or wired manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist jeweils ein Messelement in einer Aussparung zwischen den Trägerhörnern und sich zur Brücke hin erstreckenden Auflageflächen wenigstens eines der Belagschächte angeordnet, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen erfassbar ist.According to a further embodiment variant, in each case one measuring element is arranged in a recess between the support horns and support surfaces extending towards the bridge of at least one of the covering shafts, with a deformation between the two recesses being detectable by the two measuring elements which are wired or wirelessly coupled to one another via the evaluation unit.
Auch die Verformung zwischen den voneinander beabstandeten Messpunkten der Aussparungen eines jeweiligen Belagschachts sind proportional zum eingebrachten Bremsmoment, so dass sich auch aus dieser Verformung in einfacher Weise auf das anliegende Bremsmoment zurückrechnen lässt.The deformation between the spaced-apart measuring points of the cutouts in a respective lining shaft are also proportional to the braking torque applied, so that this deformation can also be used to calculate back to the applied braking torque in a simple manner.
Gemäß einer nochmals alternativen Ausführungsvariante ist ein Messelement auf einer den Auflageflächen abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken angeordnet. Das bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildete Messelement erstreckt sich dabei in Längsrichtung der Brücke.According to yet another alternative embodiment, a measuring element is arranged on an underside of at least one of the bridges facing away from the support surfaces. The measuring element, which is preferably designed as a strain gauge, extends in the longitudinal direction of the bridge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Messelement sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe erstreckend auf einer Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers angebracht.According to a further embodiment variant of the invention, a measuring element, which extends in the longitudinal direction of one of the disc overlaps, is attached to an outer wall or a recess of the brake carrier formed therein.
Dieses Messelement ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante auf der Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers angeschraubt, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet ist.According to a preferred embodiment variant, this measuring element is screwed onto the outer wall or recess of the brake carrier formed therein, a connecting line between the screwing points being aligned parallel to a vertical axis of the brake.
Auch die Verformung einer solchen Querbohrung oder Aussparung in der Außenwand bzw. der Außenwand selber verhält sich proportional zum Betrag der Bremskraft, die in den Bremsträger abgestützt wird, so dass auch durch die in dieser Weise erfasste Verformung auf das anliegende Bremsmoment zurückgerechnet werden kann.The deformation of such a transverse bore or recess in the outer wall or the outer wall itself is proportional to the amount of braking force that is supported in the brake carrier, so that the deformation that is detected in this way can also be used to calculate back to the applied braking torque.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Scheibenbremse, bei der der Bremsträger zwei in Richtung der Drehachse der Bremsscheibe parallel zueinander angeordnete Belagschächte aufweist, zwischen denen die Bremsscheibe aufgenommen ist, ist ein Messelement zwischen einem jeweiligen der Trägerhörner beider Belagschächte angeordnet, um eine Verschiebung der Trägerhörner relativ zueinander zu erfassen, die proportional zum aufgebrachten Bremsmoment ist.According to a further preferred embodiment of the disk brake according to the invention, in which the brake carrier has two lining shafts arranged parallel to one another in the direction of the axis of rotation of the brake disk, between which the brake disk is received, a measuring element is arranged between a respective one of the carrier horns of both lining shafts in order to shift the carrier horns relative to each other, which is proportional to the applied braking torque.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse werden in einem ersten Verfahrensschritt eine Verformung des Bremsträgers bei Bremsbetätigung mithilfe einer an dem Bremsträger angeordneten Messvorrichtung gemessen. In einem zweiten Schritt werden die Messwerte als Bremsmoment der Scheibenbremse in der Auswerteeinheit ausgewertet.In the method according to the invention for detecting a braking torque of a disc brake, a deformation of the brake carrier when the brake is actuated is measured in a first method step using a measuring device arranged on the brake carrier. In a second step, the measured values are evaluated as the braking torque of the disc brake in the evaluation unit.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit schematisch angedeutetem Messelement zwischen zwei Trägerhörnern des Bremsträgers, -
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante mit an einem Scheibenübergriff angeordneter Auswerteeinheit, -
3 eine Schnittansicht der in2 gezeigten Ausführungsvariante zur Darstellung einer sich in Längserstreckung einer Brücke erstreckenden Querbohrung zur Aufnahme wenigstens eines Messelements, -
4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit in Aussparungen zwischen einem Trägerhorn und einer Auflagefläche des Bremsträgers angeordneten Messelementen, -
5 eine schematische perspektivische Ansicht von unten auf eine alternative Ausführungsvariante mit an einer Unterseite einer der Brücken angebrachtem Messelement, -
6 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsvariante einer Bremsscheibe einer Scheibenbremse mit auf einem Scheibenübergriff angeordneter Messelement, -
7 und8 unterschiedliche perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsvariante einer Scheibenbremse mit in einer sich durch den Scheibenübergriff erstreckenden Bohrung angeordnetem Messelement, und -
9 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 1 shows a schematic plan view of a section of an embodiment variant of a disc brake according to the invention with a schematically indicated measuring element between two carrier horns of the brake carrier, -
2nd 2 shows a schematic perspective view of an alternative embodiment variant with an evaluation unit arranged on a pane overlap, -
3rd a sectional view of the in2nd Design variant shown to illustrate a transverse bore extending in the longitudinal extent of a bridge for receiving at least one measuring element, -
4th 2 shows a schematic top view of a further embodiment variant of a disc brake according to the invention with measuring elements arranged in recesses between a carrier horn and a support surface of the brake carrier, -
5 2 shows a schematic perspective view from below of an alternative embodiment variant with a measuring element attached to an underside of one of the bridges, -
6 2 shows a plan view of an alternative embodiment variant of a brake disc of a disc brake with a measuring element arranged on a disc overlap, -
7 and8th different perspective views of a further embodiment variant of a disc brake with a measuring element arranged in a bore extending through the disc overlap, and -
9 a schematic flow diagram of a method according to the invention.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Bremsträgers, des Bremsbelags, der Trägerhörner, der Brücke, der Messelemente, der Auswerteeinheit und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as top, bottom, left, right, front, rear, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the brake carrier, the brake pad, the carrier horns, the bridge, the measuring elements, and the evaluation unit selected in the respective figures and the same. These terms are not to be understood as restrictive, i.e. these references can change due to different working positions or the mirror-symmetrical design or the like.
In
Der Bremsträger
Oberhalb des Anbindungsbereiches ist ein Belagschacht angeformt, der der Aufnahme und Abstützung wenigstens eines Bremsbelages
Der hier gezeigte Bremsträger
Wie in
Jeder der Belagschächte wird dabei, wie in
Die Trägerhörner
Die an die Trägerhörner
Zur Ermittlung des auf die Bremsscheibe
In der Auswerteeinheit
So ist bei der in
Denkbar ist dabei sowohl die Verbindung der auslaufseitigen Trägerhörner als auch der einlaufseitigen Trägerhörner
Da die Verformung des Bremsträgers
Die in
Bei der in
In dieser Bohrung ist an einer Innenwand der Bohrung
Das Messelement
Zur Fixierung des wenigstens einen Messelements
Zur Bohrungsöffnung am Scheibenübergriff
An dem Scheibenübergriff
Die Auswerteeinheit
Denkbar ist auch eine kabellose Kopplung des wenigstens einen Messelements
Mit diesem Aufbau können Verformungen an der Innenwand der Bohrung
Zur Aufnahme der Auswerteeinheit
Die Bohrung
Bei der in
Denkbar ist es auch, die Messelemente
Die Messelemente
Bei der in
Da sich der Bremsträger
Das Messelement
Darüber hinaus kann das Messelement
Bei der in
Das Messelement
Die Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten ist dabei bevorzugt parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet. Wie des Weiteren in
Bei der in den
Auch eine Verformung im Bereich des Scheibenübergriffes
Die Verformung wird dabei bevorzugt zwischen den Anschraubpunkten der Schrauben
Die Messung kann dabei in unterschiedlicher Weise, wie oben beschrieben erfolgen.The measurement can be carried out in different ways, as described above.
In einem zweiten Verfahrensschritt
BezugszeichenlisteReference list
- 22nd
- BremsträgerBrake carrier
- 2121
- ScheibenübergriffDisc overlap
- 2222
- Brückebridge
- 2323
- inneres Trägerhorninner support horn
- 2424th
- äußeres Trägerhornouter horn
- 2525th
- BelagauflageflächeBase contact surface
- 2626
- AussparungRecess
- 2727
- Bohrungdrilling
- 2828
- InnenwandInterior wall
- 2929
- Querbohrung Cross hole
- 33rd
- Bremssattel Brake caliper
- 44th
- BremsscheibeBrake disc
- 4141
- erster Reibringfirst friction ring
- 4242
- zweiter Reibring second friction ring
- 55
- BremsbelagBrake pad
- 66
- ZuspanneinrichtungApplication device
- 77
- MesselementMeasuring element
- 88th
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 99
- FixierelementFixing element
- 1010th
- Klebstoffadhesive
- 1111
- Schraubescrew
- 1212th
- Kabel electric wire
- S1S1
-
Schritt
1 step1 - S2S2
-
Schritt
2 step2nd - DD
- DrehachseAxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2014/184112 A1 [0004]WO 2014/184112 A1 [0004]
- DE 19650477 C1 [0005]DE 19650477 C1 [0005]
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-
2018
- 2018-09-10 DE DE102018122011.1A patent/DE102018122011A1/en active Pending
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2019
- 2019-09-02 WO PCT/EP2019/073309 patent/WO2020053006A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11788594B2 (en) | 2021-04-30 | 2023-10-17 | Webb Wheel Products, Inc. | Systems and methods for monitoring a wear state of a disc brake |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2020053006A1 (en) | 2020-03-19 |
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