DE19637394C2 - Device for monitoring the brake pad thickness of a vehicle brake - Google Patents
Device for monitoring the brake pad thickness of a vehicle brakeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Bremsbelagdicke einer Fahrzeugbremse gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for monitoring the Brake pad thickness of a vehicle brake according to the features of the preamble of Claim 1.
Einrichtungen zur Überwachung der Bremsbelagdicke von Fahr zeugbremsen dienen in hohem Maße der Fahrzeug- und Verkehrs sicherheit.Devices for monitoring the brake pad thickness of driving Tool brakes are used to a large extent for vehicle and traffic safety.
Eine Fahrzeugbremse besteht im wesentlichen aus einer mit dem zu bremsenden Rad verbundenen Bremsscheibe oder Bremstrommel, an welche bei einem Bremsvorgang zwei Bremsbeläge über wenig stens einen hydraulisch, mechanisch, elektrisch oder elektro mechanisch betätigten Bremskolben axial oder radial gedrückt werden.A vehicle brake consists essentially of one with the brake disc or brake drum connected to the wheel to be braked, to which two brake pads over a little while braking at least one hydraulically, mechanically, electrically or electro mechanically operated brake piston pressed axially or radially become.
Ein Überwachungsorgan für einen durch Abrieb verschleißbaren Bremsbelag eines Fahrzeuges ist aus DE 38 18 877 A1 bekannt. In einem speziell ausgebildeten Bremsbelag ist eine Reihe isolierter Drähte eingebettet, die zu einer Schaltung aus ei ner Reihe stromdurchflossener serieller oder paralleler Wi derstände mit Sicherungen führen. Sobald der Bremsbelag so weit abgenutzt ist, daß die Bremsscheibe einen der Drähte be rührt, fließt ein Kurzschlußstrom und zerstört die von ihm durchflossene Sicherung. An dem durch die restliche Schaltung fließenden Strom kann die Dicke des Bremsbelages erkannt wer den.A monitoring device for a wearable by abrasion Brake lining of a vehicle is known from DE 38 18 877 A1. There is a row in a specially designed brake pad insulated wires embedded into a circuit of egg a series of live serial or parallel Wi lead with fuses. As soon as the brake pad is far worn out that the brake disc be one of the wires stirs, a short-circuit current flows and destroys it flowed fuse. On that through the rest of the circuit flowing current, the thickness of the brake pad can be recognized the.
Aus der gattungsbildenden DE 42 12 279 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes von Bremsbelägen bekannt, welche mittels ei nes beispielsweise im Bremszylinder integrierten magnetoresi stiven Sensors und eines im Bremskolben angeordneten Perma nentmagneten den Bremsbelagverschleiß anhand der Änderungen der magnetischen Feldstärke zwischen Permanentmagnet und Sen sor ermittelt.DE 42 12 279 A1 is a device for monitoring the wear of brake pads known, which by means of egg For example, magnetoresi integrated in the brake cylinder tripod sensor and a Perma arranged in the brake piston Magnetic brake lining wear based on the changes the magnetic field strength between permanent magnet and Sen sor determined.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Überwa chung der Bremsbelagdicke einer Fahrzeugbremse zu schaffen, welche ohne Veränderungen der Bremsanlage auskommt und ein fach und kostengünstig herzustellen ist. It is an object of the invention to provide a device for monitoring creating the brake pad thickness of a vehicle brake, which works without changes to the braking system and a is professional and inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of Pa claim 1 solved.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß herkömmliche Bremsbeläge verwendet werden können, daß die Einrichtung auch nachträglich in ein Fahrzeug eingebaut wer den kann, und daß mit dieser Einrichtung auch die jeweilige Stellung des Bremskolbens und damit der Betriebszustand bzw. ein Defekt der Bremse - gelöst oder angezogen (blockiert) - festgestellt werden kann.This solution has the advantage that conventional brake pads can be used that the The device can also be retrofitted in a vehicle that can, and that with this facility also the respective Position of the brake piston and thus the operating state or a brake defect - released or applied (blocked) - can be determined.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention are the Unteran to take sayings.
GMR-Elemente (GMR: Giant Magneto-Resistive) sind Mehrschicht systeme, die wenigstens eine hartmagnetische Biasschicht be inhalten, durch deren Magnetisierungsrichtung (in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet) eine Bezugsrichtung vorgegeben ist, und die wenigstens eine weichmagnetische Meßschicht beinhal ten, deren Magnetisierungsrichtung sich nach einem extern an gelegten Magnetfeld (bzw. deren Projektion auf die Meß schicht, in Fig. 1 durch unterbrochene Pfeile angedeutet) ausrichtet. Der Widerstand des GMR-Elements hängt von der re lativen Orientierung (dem Winkel α) der Magnetisierungen dieser beiden Schichten ab.GMR elements (GMR: Giant Magneto-Resistive) are multilayer systems that contain at least one hard magnetic bias layer, the direction of magnetization (indicated by arrows in Fig. 1) specifies a reference direction, and which include at least one soft magnetic measuring layer Direction of magnetization aligns itself with an externally applied magnetic field (or its projection onto the measuring layer, indicated by broken arrows in FIG. 1). The resistance of the GMR element depends on the relative orientation (the angle α) of the magnetizations of these two layers.
Um eine signifikante Aussage zu erhalten, ist eine möglichst große Variation (0° bis 180°) der Magnetisierungsrichtung des angelegten Magnetfeldes gegenüber der Bezugsrichtung in der Meßschicht, d. h., seines in die Ebene der Meßschicht projek tierten Feldvektors anzustreben, wobei der Sensor seine Kenn linie einmal ganz oder teilweise durchläuft. Der elektrische Widerstand des GMR-Sensors ist bei einem Winkel von α = 0° (gleichgerichtete Magnetisierungen) minimal und bei einem Winkel von α = 180° (entgegengesetzte Magnetisierungen) ma ximal.To get a significant statement, one is possible large variation (0 ° to 180 °) of the magnetization direction of the applied magnetic field with respect to the reference direction in the Measuring layer, d. that is, its projected into the plane of the measuring layer striven field vector to strive, the sensor its Kenn line runs through completely or partially. The electric one The resistance of the GMR sensor is at an angle of α = 0 ° (rectified magnetizations) minimal and at one Angle of α = 180 ° (opposite magnetizations) ma ximal.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is below Reference to the schematic drawing explained in more detail. It demonstrate:
Fig. 1a: ein Ausführungsbeispiel einer Fahrzeugbremse mit neuen Bremsbelägen und einem GMR-Sensor, Fig. 1a shows an exemplary embodiment of a vehicle brake with a new brake linings and a GMR sensor,
Fig. 1b: dasselbe Ausführungsbeispiel mit abgeriebenen Bremsbelägen, FIG. 1b: the same embodiment with the abraded pads,
Fig. 2: ein Diagramm über den Verlauf des Sensorsignals bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, und Fig. 2 shows a diagram of the course of the sensor signal in the embodiment of Figure 1, and.
Fig. 3: ein schematisches Schaltbild einer Auswerteschal tung. Fig. 3: a schematic processing diagram of a Auswerteschal.
Fig. 1a zeigt schematisch eine Einrichtung zur Überwachung der Bremsbelagdicke am Beispiel einer Fahrzeug-Scheiben bremse. Fig. 1a shows schematically a device for monitoring the brake pad thickness using the example of a vehicle disc brake.
Mit einem in aller Regel aus NE-Metall bestehenden, schwim mend gelagerten Bremssattel 1a ist ein Bremszylinder (1) ver bunden, in welchem ein Bremskolben 2 linear verschiebbar ge lagert ist. Mit dem Bremskolben 2 fest verbunden ist ein er ster Bremsbelag 3a; ein zweiter Bremsbelag 3b ist mit dem Bremssattel 1a fest verbunden. Zwischen die beiden Bremsbeläge 3a und 3b taucht eine mit einem nicht dargestellten Fahrzeug rad verbundene Bremsscheibe 4 ein, deren strichliert angedeu tete Drehachse 4a in der Zeichenebene liegt.With a generally made of non-ferrous metal, floating brake caliper 1 a, a brake cylinder ( 1 ) is connected in which a brake piston 2 is linearly displaceable GE. With the brake piston 2 is firmly connected to a brake pad 3 a; a second brake pad 3 b is firmly connected to the brake caliper 1 a. Between the two brake pads 3 a and 3 b is immersed with a wheel, not shown, a wheel brake disc 4 , whose dashed rotation axis 4 a lies in the plane of the drawing.
Bei einem in Fig. 1a dargestellten Bremsvorgang wird der Bremsbelag 3a von dem betätigten Bremskolben 2 gegen die Bremsscheibe 4 gedrückt und dabei der Bremssattel 1a so gegen die Bewegungsrichtung des Bremskolbens 2 gezogen, daß beide Bremsbeläge 3a und 3b mit etwa gleicher Kraft auf die Brems scheibe 4 einwirken, wobei sie mit größer werdender Zahl der Bremsvorgänge etwa gleichmäßig abgerieben werden. Der Endzu stand mit abgeriebenen und zu erneuernden Bremsbelägen 3a und 3b ist in Fig. 1b dargestellt.In a braking process shown in Fig. 1a, the brake pad 3 a is pressed by the actuated brake piston 2 against the brake disc 4 and the brake caliper 1 a pulled against the direction of movement of the brake piston 2 that both brake pads 3 a and 3 b with approximately the same force act on the brake disc 4 , wherein they are rubbed approximately evenly with increasing number of braking operations. The Endzu stood with worn and to be renewed brake pads 3 a and 3 b is shown in Fig. 1b.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung der Bremsbe lagdicke besteht aus einem bereits eingangs beschriebenen GMR-Sensor 5 (anstelle einzelner GMR-Sensoren können auch Differential-Sensor-Anordnungen mit zwei GMR-Sensoren oder Sensor-Brückenschaltungen vorgesehen sein), der an geeigneter Stelle auf dem Bremssattel 1a befestigt, beispielsweise ge klebt ist, und aus einem mit dem Bremskolben 2 fest verbunde nen Magneten 6, beispielsweise aus einem in radialer Richtung magnetisierten Permanentmagneten in Ringform, der auf den Bremskolben aufgeschoben und geklebt ist, und aus einer Aus werteschaltung 7, die mit dem GMR-Sensor 5 elektrisch verbun den ist. Die Feldlinien des von diesem Magneten ausgehenden Magnetfeldes sind durch punktierte Linien angedeutet.The device according to the invention for monitoring the brake layer thickness consists of a GMR sensor 5 already described at the beginning (instead of individual GMR sensors, differential sensor arrangements with two GMR sensors or sensor bridge circuits can also be provided), which is located at a suitable point on the Brake caliper 1 a attached, for example, is glued, and from a fixed to the brake piston 2 NEN magnet 6 , for example from a radial magnetized permanent magnet in the form of a ring, which is pushed and glued to the brake piston, and from an evaluation circuit 7 , which is electrically connected to the GMR sensor 5 . The field lines of the magnetic field emanating from this magnet are indicated by dotted lines.
Es ist auch denkbar, daß der Magnet 6 mit dem Bremszylinder 1 und der GMR-Sensor 5 mit dem Bremskolben 2 fest verbunden ist, wenngleich dies wegen elektrischer Anschlußleitungen zu dem beweglichen GMR-Sensor 5 die ungünstigere Lösung ist.It is also conceivable that the magnet 6 with the brake cylinder 1 and the GMR sensor 5 with the brake piston 2 is firmly connected, although this is the less favorable solution because of electrical connecting lines to the movable GMR sensor 5 .
Der GMR-Sensor 5 ist vorzugsweise so zu positionieren, daß er, wenn der Magnet 6 seinen vollen "Arbeitsweg" von einem Bremsvorgang mit neuen Bremsbelägen bis zu einem Bremsvorgang mit abgeriebenen Bremsbelägen durchfährt, möglichst seine ganze, in Fig. 2 dargestellte Kennlinie k durchläuft.The GMR sensor 5 is preferably to be positioned so that when the magnet 6 travels its full "work path" from a braking operation with new brake pads to a braking operation with abraded brake pads, the characteristic curve k shown in FIG. 2 runs as far as possible .
Das ist bei Betrachtung der Fig. 1a und 1b beispielsweise dann der Fall, wenn die Bezugsrichtung, d. h., die Magnetisie rungsrichtung der hartmagnetischen Biasschicht des GMR-Sen sors 5 parallel zur Bewegungsrichtung des Bremskolbens 2, an genommen von links nach rechts, verläuft, wie durch einen Pfeil 5a angedeutet. Bei einem Bremsvorgang mit neuen Brems belägen (Fig. 1a) durchdringen in diesem Fall die vom Nord pol zum Südpol des Magneten 6 verlaufenden Feldlinien den GMR-Sensor 5 bzw. dessen Meßschicht in gleicher Richtung, a = 0°, wie durch einen strichlierten Pfeil 6a angedeutet ist. Damit weist der Sensor in diesem Fall einen minimalen Widerstandswert auf. Der Widerstandswert R des Sensors kann beispielsweise durch Abgreifen der an ihm abfallenden, zum Widerstandswert proportionalen Spannung Us gemessen werden, wenn ein konstanter Strom durch den Sensor geschickt wird.That is as viewed in Fig. 1a and 1b, for example, the case when the reference direction, ie, the magnetization approach direction of the hard magnetic bias layer of the GMR-Sen sors 5 parallel to the direction of movement of the brake piston 2, taken on from left to right, passes, such as indicated by an arrow 5 a. When braking with new brake pads ( Fig. 1a) penetrate in this case the field lines running from the north pole to the south pole of the magnet 6 through the GMR sensor 5 or its measuring layer in the same direction, a = 0 °, as by a dashed arrow 6 a is indicated. In this case, the sensor therefore has a minimal resistance value. The resistance value R of the sensor can be measured, for example, by tapping the voltage Us falling across it and proportional to the resistance value if a constant current is sent through the sensor.
Mit zunehmender Zahl von Bremsvorgängen und damit verbunde nem, zunehmendem Abrieb der Bremsbeläge bewegt sich der Ma gnet 6 immer weiter nach rechts, und das den Sensor durch dringende Magnetfeld ändert seine Richtung: der Sensor durch läuft bei jedem Bremsvorgang seine Kennlinie k von seiner An fangsstellung (kein Bremsvorgang) bis zu einem der jeweiligen Bremsbelagdicke zugeordneten Punkt bei einem Bremsvorgang.With an increasing number of braking operations and the associated increasing wear of the brake pads, the magnet 6 moves ever further to the right, and the sensor's urgent magnetic field changes its direction: the sensor runs through its characteristic curve k from its initial position with each braking operation (no braking process) up to a point associated with the respective brake pad thickness during a braking process.
Auf diese Weise ist die jeweilige Position des Bremskolbens feststellbar, was beispielsweise für elektrisch betätigte Bremsen von Bedeutung ist.In this way, the respective position of the brake piston Ascertainable, for example, for electrically operated Braking is important.
Wenn die Bremsbeläge ihre minimale Solldicke erreicht haben, Fig. 1b, durchdringen die vom Nordpol zum Südpol des Magne ten 6 verlaufenden Feldlinien den GMR-Sensor 5 entgegenge setzt - 6b - zur Bezugsrichtung 5a, α = 180°, wodurch der Sensor dann nahezu seinen maximalen Widerstandswert aufweist. . When the brake linings have reached their minimum desired thickness, 1b, penetrate the th from the north pole to the south pole of the magnet 6 extending field lines of the GMR sensor 5 sets entgegenge - 6b - to the reference direction 5 a, α = 180 °, whereby the sensor then almost has its maximum resistance value.
Wird nun ein Grenzwert G für einen der minimalen Solldicke zugeordneten Widerstandswert des Sensors oder für die zu ihm proportionale Spannung Us festgelegt und der gemessene Wert damit verglichen, so kann bei Überschreiten des Grenzwertes G, also bei auf minimale Solldicke abgeriebenen Bremsbelägen, ein Warnsignal erzeugt werden. Dies geschieht in der Auswer teschaltung 7, an welche der GMR-Sensor angeschlossen ist.If a limit value G is now set for a resistance value of the sensor assigned to the minimum target thickness or for the voltage Us proportional to it and the measured value is compared with it, a warning signal can be generated if the limit value G is exceeded, i.e. if the brake pads are rubbed down to a minimum target thickness . This is done in the evaluation circuit 7 , to which the GMR sensor is connected.
Ein einfaches schematisches Beispiel einer Auswerteschaltung 7 ist in Fig. 3 dargestellt. Sie weist eine Konstantstrom quelle I auf, die in Reihe mit dem GMR-Sensor 5 zwischen den Polen +V und GND einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet ist. Am GMR-Sensor 5 liegt eine dem jeweiligen Wi derstandswert R des Sensors proportionale Spannung Us, die zusammen mit einem Grenzwert G den Eingängen eines Kompara tors K zugeführt wird. Bei Überschreiten des Grenzwertes G durch das Sensorausgangssignal Us gibt der Komparator K an seinem Ausgang ein Warnsignal ab, welches, sofern es nicht abgespeichert wird, zumindest bei jedem Bremsvorgang über ei nen Signalverstärker A ein optisches oder akustisches Signal über eine Leuchte L oder einen Lautsprecher B ausgibt.A simple schematic example of an evaluation circuit 7 is shown in FIG. 3. It has a constant current source I, which is connected in series with the GMR sensor 5 between the poles + V and GND of a voltage source, not shown. At the GMR sensor 5 there is a voltage Us which is proportional to the respective resistance value R of the sensor and which, together with a limit value G, is fed to the inputs of a comparator K. When the limit value G is exceeded by the sensor output signal Us, the comparator K emits a warning signal at its output, which, if it is not stored, at least during each braking operation via a signal amplifier A, an optical or acoustic signal via a lamp L or a loudspeaker B. issues.
Legt man durch geschickte Konstruktion des Magneten den Wech sel der Feldrichtungen in einen räumlich engen Bereich, so kann man ein breites Fenster für den Grenzwert G zulassen, wodurch Temperatureinflüsse und Alterungserscheinungen des Sensors berücksichtigt werden können.If you make the change by clever construction of the magnet sel the field directions in a spatially narrow area, so you can allow a wide window for the limit G whereby temperature influences and signs of aging of the Sensors can be taken into account.
Claims (5)
daß die Magnetisierungsrichtung im Magneten (6) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bremskolbens (2) verläuft,
daß der Sensor wenigstens ein GMR-Sensor (5) ist, dessen Be zugsrichtung (5a) parallel zur Bewegungsrichtung des Brems kolbens (2) verläuft, und
daß GMR-Sensor (5) und Magnet (6) relativ zueinander so ange ordnet sind, daß die durch die Meßschicht des GMR-Sensors verlaufende Magnetisierungsrichtung (6a, 6b) der Feldlinien des Magneten (6) gleichgerichtet ist zur Bezugsrichtung (5a) des GMR-Sensors in der Anfangsstellung des Bremskolbens (2) mit neuen Bremsbelägen und entgegengesetzt gerichtet ist in der Endstellung mit abgeriebenen Bremsbelägen, oder umgekehrt. 1. Device for monitoring the lining thickness of at least one brake pad ( 3 a, 3 b) of a vehicle brake, with a brake cylinder ( 1 ) and one over the at least one brake pad ( 3 a, 3 b) on a brake disc ( 4 ) or brake drum acting brake piston ( 2 ), with a magnet ( 6 ) fixedly connected to the brake piston ( 2 ) and with a sensor ( 5 ) arranged on the brake cylinder ( 1 ) or on the brake caliper ( 1 a), characterized in that
that the direction of magnetization in the magnet ( 6 ) is perpendicular to the direction of movement of the brake piston ( 2 ),
that the sensor is at least one GMR sensor ( 5 ), the loading direction ( 5 a) parallel to the direction of movement of the brake piston ( 2 ), and
that GMR sensor ( 5 ) and magnet ( 6 ) are arranged relative to each other so that the direction of magnetization ( 6 a, 6 b) through the measuring layer of the GMR sensor of the field lines of the magnet ( 6 ) is aligned with the reference direction ( 5 a) the GMR sensor in the initial position of the brake piston ( 2 ) with new brake pads and directed in the opposite position in the end position with worn brake pads, or vice versa.
- 1. welche eine Konstantstromquelle (I) enthält, von der ein konstanter Meßstrom durch den GMR-Sensor (5) fließt,
- 2. welche einen Komparator (K) enthält, in welchem das Aus gangssignal (Us) des GMR-Sensors (5) mit einem vorgegebenen Grenzwert (G) verglichen wird, und
- 3. welche einen optischen (L) oder akustischen (B) Warnsignal geber enthält, welcher bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes (G) durch das Sensor-Ausgangssignal (Us) ein Warnsignal ausgibt.
- 1. which contains a constant current source (I), from which a constant measuring current flows through the GMR sensor ( 5 ),
- 2. which contains a comparator (K) in which the output signal (Us) from the GMR sensor ( 5 ) is compared with a predetermined limit value (G), and
- 3. which contains an optical (L) or acoustic (B) warning signal transmitter which emits a warning signal when the sensor output signal (Us) exceeds or falls below the limit value (G).
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| DE19637394A1 (en) | 1998-03-19 |
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