DE19548517A1 - Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer mittels
eines Elektromagnets betätigbaren Speicherbremse. Die Erfindung betrifft aber auch
eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Bremsen eines Fahrzeugs.
Speicherbremsen werden in Fahrzeugen verschiedenster Bauart, beispielsweise in
Flurförderzeugen, eingesetzt. Ein bewegbarer Bremsbelag wird dabei mit einer von
einem Kraftspeicher, beispielsweise einer Feder oder einem Dauermagnet, ausgeübten
Kraft gegen einen Bremsbelag gedrückt. Der Bremsbelag kann mit einer mittels des
Elektromagnets erzeugten zweiten Kraft, entgegen der Kraft des Kraftspeichers, von
dem Bremskörper gelöst werden.
Elektromagnetisch betätigbare Speicherbremsen werden in der Regel als
Feststellbremsen verwendet, wo bei für die Speicherbremse lediglich zwei
Betriebsstellungen, für gelöste Bremse und für eingefallene Bremse, vorgesehen sind.
Derartige als Feststellbremsen ausgeführte Speicherbremsen werden meist als
Notfallbremsen oder als Parkbremsen eingesetzt. Dabei wird beim Bremsen stets die
maximale Andrückkraft des Bremsbelags auf den Bremskörper, und damit eine
maximale Bremskraft erzeugt. Ein dosiertes Betätigen der Speicherbremse ist nicht
möglich.
Um eine Speicherbremse als Betriebsbremse eines Fahrzeugs einsetzen zu können,
muß ein dosiertes Aufbringen der Bremskraft ermöglicht werden. Insbesondere ein
ruckartiges Einsetzen der Bremswirkung ist dabei nicht erwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bremsen
eines Fahrzeugs und eine dafür geeignete Vorrichtung zum dosierten und ruckfreien
Bremsen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von der Dicke eines
zwischen dem Elektromagnet und einem Bremskörper vorhandenen Luftspalts
abhängige Größe ermittelt wird, und daß während des Einleitens einer Bremsung ein
den Elektromagnet durchfließender Strom in Abhängigkeit von dieser Größe beeinflußt
wird.
Als Luftspalt wird bei gelöstem Zustand der Bremse der Abstand zwischen dem
Bremskörper und einem Bremsbelag bezeichnet. Bei eingefallener Bremse befindet
sich ein Luftspalt mit der selben Dicke zwischen dem Elektromagnet und einem
metallischen Belagträger, auf dem der Bremsbelag üblicherweise befestigt ist. Die
Dicke des Luftspalts verändert sich infolge Verschleißes des Bremsbelags fortlaufend
während der Lebensdauer einer Bremse. Die auf den Bremsbelag über den
Belagträger einwirkende magnetische Kraft des Elektromagnets ist in starkem Maße
von dem Abstand des Belagträgers zum Elektromagnet abhängig. Um die magnetische
Kraft und damit die Bremskraft der Bremse kontrollieren zu können, wird
erfindungsgemäß der den Elektromagnet durchfließende Strom in Abhängigkeit von
dem Abstand des Belagträgers zum Elektromagnet variiert. Dabei wird zunächst die
einer fortlaufenden Veränderung unterworfene Dicke des Luftspalts oder eine andere,
von der Dicke des Luftspalts abhängige Größe gemessen. Der den Elektromagnet
durchfließende Strom, und damit die magnetische Kraft auf den Belagträger, wird
daraufhin entsprechend der gemessenen Größe beeinflußt. Die Andrückkraft des
Bremsbelags auf den Bremskörper und die daraus entstehende Bremskraft wird somit
gezielt beeinflußt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß beim Einleiten einer
Bremsung der den Elektromagnet durchfließende Strom zunächst, ausgehend von
einem Ausgangsstromwert, verringert wird und nach Verstreichen einer
Verzögerungszeit auf einen Zielstromwert erhöht wird. Es wird dabei von einem
Ausgangszustand mit gelöster Bremse ausgegangen, bei dem der Elektromagnet von
einem Strom von der Größe des Ausgangsstromwerts durchflossen wird. Zum Einleiten
einer Bremsung wird die Stromstärke zunächst verringert. Damit verkleinert sich die auf
den Belagträger ausgeübte magnetische Kraft, so daß sich der Belagträger mit dem
Bremsbelag infolge der Kraft des Kraftspeichers in Richtung des Bremskörpers bewegt.
Nach Ablauf der Verzögerungszeit wird vor der ersten Berührung des Bremsbelags mit
dem Bremskörper der Strom wieder auf den Zielstromwert erhöht. Damit wird die
Andrückkraft des Bremsbelags auf den Bremskörper und somit die Bremskraft auf ein
Maß reduziert, das ein ruckfreies Bremsen ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird die Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der
luftspaltabhängigen Größe ermittelt. Die Verzögerungszeit entspricht in etwa der Zeit,
die benötigt wird, um den Bremsbelag, ausgehend von seiner Stellung bei gelöster
Bremse, mit dem Bremsköper in Berührung zu bringen. Da die benötigte Zeit abhängig
von der Dicke des Luftspalts ist, wird die Verzögerungszeit ebenfalls in Abhängigkeit
von der luftspaltabhängigen Größe ermittelt.
Zweckmäßig ist es ebenfalls, wenn der Zielstromwert in Abhängigkeit von der
luftspaltabhängigen Größe ermittelt wird. Die auf den Belagträger wirkende Magnetkraft
hängt von dem Abstand des Belagträgers zum Elektromagnet und somit von der Dicke
des Luftspalts ab. Die Andrückkraft des Bremsbelags auf den Bremskörper kann somit
über den Zielstromwert auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Verzögerungszeit
und/oder der Zielstromwert so ermittelt, daß zum Zeitpunkt der ersten Berührung die
Andrückkraft eines Bremsbelags auf den Bremskörper einen definierten Wert annimmt.
Entscheidend ist dabei, daß der definierte Wert für die Andrückkraft unabhängig von
der Dicke des Luftspalts und somit unabhängig vom Verschleißzustand der Bremse
ermittelt wird.
Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Verzögerungszeit und/oder der Zielstromwert so ermittelt werden, daß zum Zeitpunkt
der ersten Berührung die Andrückkraft des Bremsbelags auf den Bremskörper
zumindest annähernd gleich null ist. In diesem Fall stellt zum Zeitpunkt der ersten
Berührung des Bremsbelags mit dem Bremskörper lediglich die infolge des
Abbremsens des Bremsbelags entstehende Trägheitskraft die Reaktionskraft zwischen
Bremsbelag und Bremskörper dar. Ein sanftes und ruckfreies einsetzen der
Bremswirkung ist gewährleistet.
Mit besonderem Vorteil wird die von der Dicke des Luftspalts abhängige Größe
ermittelt, indem ein von der Luftspaltdicke abhängiges elektrisches Signal des
Elektromagnets gemessen und weiterverarbeitet wird. Dadurch, daß der Luftspalt der
Bremse in dem Magnetfeld einer Spule des Elektromagnets angeordnet ist, beeinflußt
die Luftspaltdicke die Induktivität der Spule. Die Induktivität kann über ein elektrisches
Signal am Elektromagnet abgegriffen werden. Durch eine geeignete Weiterverarbeitung
kann aus diesem Signal die Luftspaltdicke ermittelt werden. Vorteilhaft an diesem
Meßverfahren ist besonders, daß keine zusätzlichen Bauteile oder Sensoren zum
Messen des Luftspalts benötigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die von der Dicke des
Luftspalts abhängige Größe ermittelt, indem mindestens eine Spule des
Elektromagnets mit einer sich periodisch ändernden Spannung beaufschlagt wird und
als Größe für die Luftspaltdicke die Amplitude eines sich periodisch ändernden Anteils
des die Spule durchfließenden Stroms ermittelt wird. Die Amplitude des in der Spule
fließenden Stroms hängt direkt von der Luftspaltdicke ab, da sich mit der Dicke des
Luftspalts zwangsläufig die Induktivität der Spule und damit der
Wechselstromwiderstand der Spule verändert. Die Amplitude des in der Spule
fließenden Stroms ist bei konstanter Spannungsamplitude wiederum direkt vom
Wechselstromwiderstand abhängig. Demzufolge kann die Amplitude des sich
periodisch ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms als Größe für die
Luftspaltdicke gemessen werden. Die sich periodisch ändernde Spannung kann dabei
zum Beispiel die Form einer getakteten Gleichspannung oder einer sinusförmigen
Wechselspannung aufweisen.
Besonders zweckmäßig ist die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf
das Bremsen eines Fahrzeugs, dessen Speicherbremse als elektromagnetisch lösbare
Federspeicherbremse ausgeführt ist.
Zweckmäßig ist es ebenfalls, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf das Bremsen
eines Fahrzeugs, dessen Speicherbremse als Scheibenbremse oder Lamellenbremse
ausgeführt ist, angewendet wird.
Für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Bremsen eines Fahrzeugs
wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Signalgeber
zur Ermittlung einer von der Dicke eines zwischen dem Elektromagnet und einem
Bremskörper vorhandenen Luftspalts abhängigen Größe vorgesehen ist, der in
Wirkverbindung mit einer den Elektromagnet beaufschlagenden Steuereinheit steht.
Vorteilhafterweise weist dabei die Steuereinheit eine Recheneinheit und/oder eine
Speichereinheit auf. In der Speichereinheit sind die Werte der derzeitigen Luftspaltdicke
sowie verschiedene empirische Datenreihen abgelegt. In der Recheneinheit wird aus
diesen Daten der zeitliche Verlauf des Stroms während der Einleitung einer Bremsung
ermittelt.
Zweckmäßigerweise wird in der Steuereinheit ein von der Luftspaltdicke abhängiger,
den Elektromagnet durchfließender Strom erzeugt. Somit ist zum Ansteuern der
Bremse mit der Steuereinheit kein zusätzliches Bauteil erforderlich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Federspeicher-Scheibenbremse in gelöstem Zustand,
Fig. 2 eine Federspeicher-Scheibenbremse in betätigtem Zustand,
Fig. 3 den Verlauf der Kraft auf den Belagträger über dessen Abstand zum
Elektromagnet und
Fig. 4a, 4b, 4c den Vorgang der Einleitung einer Bremsung in Zeitdiagrammen.
In Fig. 1 ist eine als Federspeicherbremse ausgeführte Scheibenbremse in gelöstem
Zustand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein als
Bremsscheibe ausgeführte Bremskörper 1 ist dabei um eine Achse 2 frei drehbar. Ein
Bremsbelag 3 ist auf einem Belagträger 4 befestigt. Der Belagträger 4 ist über
Führungsstifte 5 drehfest mit einem einen Elektromagnet 8 beinhaltenden
Bremsengehäuse 6 verbunden. Das Bremsengehäuse 6 ist beispielsweise an einem
nicht dargestellten Fahrwerk eines Fahrzeugs befestigt. Zwischen dem Belagträger 4
und dem Bremsengehäuse 6 sind Druckfedern 7 angeordnet, die auf den Belagträger 4
eine Kraft in Richtung des Bremskörpers 1 ausüben. Im gelösten Zustand der Bremse
wird eine Spule des innerhalb des Bremsengehäuses 6 angeordneten Elektromagnets
8 von Strom durchflossen. Es wird damit eine auf den Belagträger 4 wirkende
magnetische Kraft erzeugt, die den Belagträger 4 entgegen der Kraft der Druckfedern
am Bremsengehäuse 6 festlegt. Ein somit zwischen dem Bremsbelag 3 und dem
Bremskörper 1 entstehender Luftspalt ermöglicht die freie Drehbarkeit des
Bremskörpers 1. Die Dicke d des Luftspalts ist abhängig vom Verschleißzustand des
Bremsbelags 3 und vergrößert sich mit dessen fortschreitender Abnützung. Ein
Abstand s des Belagträgers 4 zum Bremsengehäuse 6 ist in dieser Stellung der
Bremse gleich null. Der Raum zwischen dem Elektromagnet 8 und der
bremsbelagseitigen Oberfläche des Bremsengehäuses 6 ist mit einer Vergußmasse 14
ausgefüllt.
In Fig. 2 ist die Bremse gemäß Fig. 1 in eingefallenem Zustand dargestellt. Der
Elektromagnet 8 wird dabei nicht von Strom durchflossen. Die Kraft der Druckfedern 7
drückt den Belagträger 4 mit den Bremsbelägen 3 an den Bremskörper 1. Dadurch wird
eine Drehbewegung des Bremskörpers 1 abgebremst. Der nun zwischen dem
Belagträger 4 und dem Bremsengehäuse 6 vorhandene Luftspalt weist ebenfalls die
Dicke d auf. Der Abstand s entspricht in dieser Stellung der Bremse dem Abstand d.
Der Elektromagnet 8 steht in Wirkverbindung mit einer elektronischen Steuereinheit 15,
die den Stromfluß durch die Spule des Elektromagnets 8 steuert. 1o der Steuereinheit
befindet sich eine Speichereinheit 17, in der die derzeitige Luftspaltdicke d gespeichert
ist. Mit einer Recheneinheit 16 wird aus dieser Luftspaltdicke d und einer gespeicherten
empirischen Datenreihe der Stromverlauf für die Einleitung einer Bremsung berechnet.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Kräfte F auf den Belagträger 4 in Abhängigkeit vom
Abstand s des Belagträgers 4 zum Bremsengehäuse 6 dargestellt. Die linear mit dem
Abstand s kleiner werdende Kraft der Druckfedern 7 ist durch die Kurve 10 dargestellt.
Die auf den Belagträger 4 einwirkende, der Kraft der Druckfedern entgegengerichtete
magnetische Kraft ist für zwei verschiedene Stromstärken 1 durch die Kurven 11 und 12
dargestellt. Dabei ist zu erkennen, daß die magnetische Kraft mit dem Abstand s des
Belagträgers 4 zum Elektromagnet hyperbolisch abnimmt. Die magnetische Kraft kann
bei gleichbleibendem Abstand s durch Erhöhung der die Spule durchfließenden
Stromstärke 1 vergrößert werden. Demzufolge liegt der Kurve 12 eine größere
Stromstärke 1 zugrunde, als der Kurve 11.
Erfindungsgemäß wird angestrebt, einen Zielstromwert 12 so zu wählen, daß zum
Zeitpunkt der ersten Berührung die Andrückkraft des Bremsbelags 3 auf den
Bremskörper 1 gleich null ist. Es muß dazu zu diesem Zeitpunkt der Betrag der Kraft
der Druckfeder 7 gleich dem Betrag der magnetischen Kraft sein. Dieser Betrag für die
Kräfte wird vorgegeben durch die nicht beeinflußbare Kurve 10 für die Druckfeder 7 und
die Dicke d des Luftspalts, welcher zu diesem Zeitpunkt des Bremsvorgangs dem
Abstand s entspricht. Aus der Fig. 3 wird deutlich, daß z. B. bei einer Luftspaltdicke
von d=1 mm ein Zielstromwert I₂ entsprechend der Kurve 11 gewählt werden muß und
bei einer Luftspaltdicke d=4 mm ein Zielstromwert 12 entsprechend der Kurve 12
gewählt werden muß. Analog kann für jeden Abstands ein bestimmter Zielstromwert I₂
bestimmt werden.
In Fig. 4a ist der Verlauf des Abstands des Bremsbelags 3 zum Bremskörper 1
während des Einleitens eines Bremsvorgangs über der Zeit dargestellt. Fig. 4b zeigt
den dazugehörigen Verlauf des die Spule des Elektromagnets durchfließenden Stroms
I. Im Ausgangszustand (t=0) ist die Bremse gelöst, der Elektromagnet wird von einem
Strom der Stärke des Ausgangsstromwerts I₁ durchflossen.
Zum Zeitpunkt t₁ wird ein nicht dargestellter Bremsgeber betätigt. Gemäß Fig. 4 wird
der Bremsvorgang daraufhin unverzögert eingeleitet. Dazu wird zunächst der den
Elektromagnet durchfließende Strom I auf Null abgesenkt. Aufgrund der Selbstinduktion
der Spule des Elektromagnets sinkt der Strom I dabei entlang einer einer
Exponentialfunktion ähnlichen Kurve 13 ab. Wie aus Fig. 4a zu ersehen ist, bewegt sich
gleichzeitig dazu der Bremsbelag 3 in Richtung des Bremskörpers 1.
Anschließend an eine Verzögerungszeit Δt wird zum Zeitpunkt t₂ die Stromstärke
wieder auf einen Zielstromwert I₂ erhöht. Die Werte für die Verzögerungszeit Δt und
den Zielstromwert I₂ werden dabei als Funktion der Luftspaltdicke d ermittelt. Der
Zielstromwert I₂ kann dabei mit Hilfe von Diagrammen analog Fig. 3 bestimmt werden.
Die Werte für die Verzögerungszeit Δt müssen dagegen vor Inbetriebnahme einer
Bremse empirisch bestimmt werden. Dabei werden in einer Datenreihe verschiedenen
Werten der Luftspaltdicke d die entsprechenden Werte für die Verzögerungszeit Δt
zugeordnet.
Zum Zeitpunkt t₃ findet die erste Berührung des Bremsbelags 3 mit dem Bremskörper 1
statt. Da bei der Stromstärke I₂ die Kraft der Druckfedern 7 durch die magnetische Kraft
genau kompensiert wird, ist zu diesem Zeitpunkt die Andrückkraft ΔF des Bremsbelags
3 auf den Bremskörper 1 gleich null. In Fig. 4c ist die Andrückkraft ΔF als Differenz
zwischen der Kraft der Druckfedern 7 und der magnetischen Kraft des Elektromagnets
dargestellt. Erst ab dem Zeitpunkt t₄ wird, bei weiterhin betätigtem Bremsgeber, die
Stromstärke I wieder verkleinert und damit eine axiale Andrückkraft des Bremsbelags 3
auf den Bremskörper 1 erzeugt.
Claims (13)
1. Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer mittels eines Elektromagnets
betätigbaren Speicherbremse, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Dicke
eines zwischen dem Elektromagnet (8) und einem Bremskörper (1) vorhandenen
Luftspalts abhängige Größe ermittelt wird, und daß während des Einleitens einer
Bremsung ein den Elektromagnet (8) durchfließender Strom in Abhängigkeit von
dieser Größe beeinflußt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einleiten einer
Bremsung der dem Elektromagnet (8) durchfließende Strom zunächst, ausgehend
von einem Ausgangsströmwert (I₁) verringert wird und nach Verstreichen einer
Verzögerungszeit (Δt) auf einen Zielstromwert (I₂) erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verzögerungszeit (Δt) in Abhängigkeit von der luftspaltabhängigen Größe ermittelt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zielstromwert (I₂) in Abhängigkeit von der luftspaltabhängigen Größe ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verzögerungszeit (Δt) und/oder der Zielstromwert (I₂) so ermittelt werden, daß zum
Zeitpunkt der ersten Berührung die Andrückkraft eines Bremsbelags (3) auf den
Bremskörper (1) einen definierten Wert annimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit
(Δt) und/oder der Zielstromwert (I₂) so ermittelt werden, daß zum Zeitpunkt der
ersten Berührung die Andrückkraft des Bremsbelags (3) auf den Bremskörper (1)
zumindest annähernd gleich null ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
von der Dicke des Luftspalts abhängige Größe ermittelt wird, indem ein von der
Luftspaltdicke abhängiges elektrisches Signal des Elektromagnets (8) gemessen
und weiterverarbeitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
von der Dicke des Luftspalts abhängige Größe ermittelt wird, indem eine Spule des
Elektromagnets (8) mit einer sich periodisch ändernden Spannung beaufschlagt
wird und als Größe für die Luftspaltdicke die Amplitude eines sich periodisch
ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms ermittelt wird.
9. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf das Bremsen
eines Fahrzeugs, dessen Speicherbremse als elektromagnetisch lösbare
Federspeicherbremse ausgeführt ist.
10. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf das Bremsen
eines Fahrzeugs, dessen Speicherbremse als Scheibenbremse oder
Lamellenbremse ausgeführt ist.
11. Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer mittels eines Elektromagnets
betätigbaren Speicherbremse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgeber zur
Ermittlung einer von der Dicke eines zwischen dem Elektromagnet (8) und einem
Bremskörper (6) vorhandenen Luftspalts abhängigen Größe vorgesehen ist, der in
Wirkverbindung mit einer den Elektromagnet (8) beaufschlagenden Steuereinheit
(15) steht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit
(15) eine Recheneinheit (16) und/oder eine Speichereinheit (17) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Steuereinheit (15) ein von der Luftspaltdicke abhängiger, den Elektromagnet (8)
durchfließender Strom erzeugt wird.
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