DE19637614A1

DE19637614A1 - Kraftsensor

Info

Publication number: DE19637614A1
Application number: DE1996137614
Authority: DE
Inventors: Mathias Hommel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1996-09-16
Publication date: 1997-11-13

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor, insbesondere für die Erfassung und Regelung von Radbremskräften bei elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einer aus der EP 0 566 133 B1 bekannten, einen Kraftsensor aufweisenden Bremsvorrichtung für Kraftfahr zeuge wird die nötige Bremskraft mittels einer hydrauli schen Servoeinheit auf die Räder übertragen. In einem Hauptzylinder wird hier der durch das Niederdrücken des Bremspedals entstehende Zylinderdruck gemessen und dieser Meßwert als Steuersignal für eine hydraulische Steuerein richtung zur Optimierung der Bremswirkung herangezogen.

Insbesondere bei elektromechanischen Bremssystemen sind geeignete Regelgrößen zur Optimierung der Bremswirkung an jedem Rad individuell zu sensieren und können dann einer elektronischen Regeleinrichtung zugeführt werden. Bei Radbremskraft bzw. Radbremsmoment geregelten Bremssyste men ist es von Vorteil diese Radbremskräfte oder -momente möglichst direkt am Rad zu sensieren.

Vorteile der Erfindung

Der Kraftsensor der eingangs beschriebenen Art ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch vorteilhaft, daß mit einem einfachen und kostengünstig herzustellenden Aufbau der Sensorelemente eine äußerst genaue und zuverlässige Bestimmung der zu sensierenden Kräfte möglich ist. Insbe sondere bei der Erfassung des Bremsmomentes von fremdbe tätigten (z. B. elektromechanischen) Fahrzeugbremsen kann mit dem erfindungsgemäßen Kraftsensor aufgrund seiner ge ringen Abmessungen in vorteilhafter Weise eine für jedes Rad individuelle Erfassung der Bremsmomente durchgeführt werden.

Durch seinen kompakten Aufbau in oder an den Bremsaktua toren können die direkt von den Bremsaktuatoren (Scheiben- oder Trommelbremsen) auf die Räder des Kraft fahrzeuges übertragenen Kräfte F_Brems ermittelt werden. Beim Stand der Technik wird dagegen beispielsweise nur die Zuspannkraft der Bremse ermittelt, welche mit der Ak tuatorkraft über die Beziehung F_Brems = c^x _* F_zuspann ver knüpft ist, wobei c^x der Haftbeiwert für das System Bremsscheibe-Bremsklotz darstellt und sehr stark tempera turabhängig ist sowie in seiner Dynamik unbekannt ist.

In vorteilhafter Weise wird somit mit dem erfindungsgemä ßen Kraftsensor direkt die Bremskraft F_Brems gemessen, mit der ein Bremsmoment M_BR erzeugt wird , welches mit der Bremskraft F_Brems über den mittleren Abstand r der Brems klötze zur Achse des gebremsten Rades verknüpft ist (M_BR = F_Brems _* r).

Insbesondere für die Messung der Bremskraft bei Antibloc kier- oder Antischlupfsystemen ist jedoch auch die Be stimmung eines Bremskraftbeiwertes µ_B der Straße notwen dig um ein Blockieren der Räder zu verhindern. Dieser Bremskraftbeiwert µ_B ist aus folgender Formel leicht be stimmbar:

Θ _* ω = F_r _* µ_B _* R - F_Brems _* r

Die Größen Θ (Massenträgheitsmoment des Rades), R (Radius des Reifens) und r sind hierbei aus der Konstruk tion des Fahrzeugs bekannt. Die Größen ω (Winkelge schwindigkeit des Rades) und F_Brems werden gemessen und die Größe F_r wird für den jeweiligen Fahrzustand aus sen sierten Größen (Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleuni gung) für jedes Rad einzeln durch ein Modell bestimmt.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprü chen angegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kraftsensors werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Radbremsanlage für eine Fahrzeug;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Kraftsensors für ein Bremssystem in der Ausgangslage für eine Scherkraftbeaufschlagung;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des Kraftsensors für eine Druckkraftbeaufschlagung;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit konzentrischen Spulen im Kraftsensor und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit rechteckigen Spulen unterschiedlicher Seitenlängen im Kraft sen sor.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Radbremsanlage mit einer Achse 10, einer Felge 11 und einer ebenfalls auf der Achse 10 befe stigten Bremsscheibe 12 gezeigt. An einem Fahrwerk 13 ist ein Bremssattel 14 befestigt, der Bremsklötze 15 auf weist, die an die Seiten der Bremsscheibe 12 angreifen können. Eine Kraft F_zuspann wirkt von außen auf die Brems klötze 15 und führt durch Reibung der Bremsklötze 15 an der Bremsscheibe 12 zu der gewünschten Bremswirkung. Die se Bremswirkung an der Bremsscheibe 12 ist in der Fig. 1 symbolisch durch das Bremsmoment M_BR gekennzeichnet. Der für die Auswertung wichtige mittlere Abstand der Brems klötze 15 zur Achse 10 ist mit r bezeichnet.

In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel eines Kraftsensors ein Sensorblock 1 gezeigt, der beispielsweise in einen hier nicht dargestellten Bremsaktuator eines Kraftfahr zeuges einbaubar ist. Im Sensorblock 1 ist eine Primär spule 2 angeordnet, die an Anschlußpunkten 3 mit einer Primärwechsel- oder Gleichspannung versorgbar ist. Eine Sekundärspule 4 liegt in einer Ebene 5 orthogonal zu ei ner Ebene 6 der Primärspule 2, so daß sich die Spulen 2 und 4 hier rechtwinklig kreuzen. Eine in der Sekundärspu le 4 induzierte Meßspannung ist an Anschlußpunkten 7 ab nehmbar.

Die Spulen 2 und 4 sind in den Sensorblock 1, vorzugswei se aus weichmagnetischem Material, eingegossen oder ein gelassen. Von außen sind Scher-, Zug- oder Druckkräfte F auf den Sensorblock beaufschlagbar. Bei der Darstellung nach Fig. 1 befindet sich der Sensorblock 1 in der Aus gangslage, d. h. es wirken keine Kräfte von außen. Ange deutet sind jedoch in der Fig. 1 Kräfte F₁, die hier zu einer Scherbeanspruchung des Sensorblocks 1 führen wür den.

In der zuvor beschriebenen Ausgangslage beträgt der Win kel Θ (Θ ist der Winkel zwischen den Spulenebenen 5 und 6) 90°, so daß sich die Bereiche 2a und 4a der Spulen 2 und 4 ebenfalls in einem Winkel von 90° schneiden. In diesem Fall induziert der Strom der Primärspule 2 keine Spannung in der Sekundärspule 4, da sich das Magnetfeld der Leiterabschnitte 2b am Ort des Leiterabschnitts 4b kompensiert mit dem Magnetfeld des Leiterabschnittes 2c am Ort 4b. Genauso kompensiert sich das Magnetfeld des Leiterabschnittes 2b am Ort 4c mit dem Magnetfeld des Leiterabschnittes 2c am Ort des Leiterabschnittes 4c.

In den Leiterabschnitten 4a(4d) wird keine Spannung indu ziert, da sich die induzierte Spannung auf dem Leiterab schnitt 4a(4d) (-c<x<0), hervorgerufen durch das Magnet feld des Leiterabschnitts 2a(2d) im Punkt P(x,y,z) = P(0,a,0) (bzw. P(0,0,0)) kompensiert mit der induzierten Spannung des Leiterabschnitts 4a(4d) (0<x<c), hervorgeru fen durch das Magnetfeld des Leiterabschnitts 2a(2d) im Punkt P(0,a,0) (bzw. P(0,0,0) . Die Gegeninduktivität ist somit Null.

Durch eine Scherbeanspruchung, hervorgerufen durch die Kräfte F₁, verändert sich der Winkel Θ durch eine Verfor mung des Sensorblocks 1 und es wird ein Strom in der Se kundärspule 4 induziert, da die oben genannten Feldlini enverhältnisse verändert sind. Die Feldlinien der Spulen bereiche 2a der Primärspule 2 schneiden nunmehr die Spu lenbereiche 4a der Sekundärspule 4 und an den Spulenbe reichen 4b erfolgt keine vollständige Aufhebung der ent gegengesetzten Feldlinien mehr.

Über eine Bestimmung des Vektorpotentials ist erkennbar, daß sich die Gegeninduktion als Funktion des Winkels Θ (Θ = 90° ⇒ Θ 0°) ändert und ihren Maximalwert bei Θ = 0° hat. Dieser Fall würde auftreten, wenn beide Spulen 2 und 4 übereinanderliegen würden und somit die Feldkopplung maximal ist, vergleichbar mit der eines idealen Transfor mators.

In Fig. 3 ist ein Sensorblock 1 dargestellt, der einer Druckbeanspruchung mit der Kraft F₂ ausgesetzt ist. Hier sind die Ebenen der Spulen 2 und 4 im Sensorblock 1 ge genüber der Ausführungsform nach Fig. 1 so angeordnet, daß eine Änderung des Winkels Θ auch bei der Druckbean spruchung erfolgt. Die Funktion entspricht der der Aus führungsform nach Fig. 2.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind beide Spulen kreisförmig mit den gleichen Radien r und r′ ausgeführt, wobei die Primärspule 20 sich in der x,y-Ebene befindet und eine Veränderung des Winkels Θ der Spulenebenen (mit Sekundärspule 40) in gleicher Weise wie vorher beschrie ben zu einem meßbaren Ergebnis führt.

Eine weitere mögliche Variante zu dem Kraftsensor nach Fig. 2 zeigt Fig. 5; hier weist eine Sekundärspule 41 ungleiche Seiten auf (41b << 21b).

Claims

1. Kraftsensor, bei dem zu erfassende Scher-, Zug- oder Druckkräfte auf einen Sensorblock mit den innenliegenden Sensorelementen einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sensorblock (1) in seinem Inneren eine Primärspule (2; 20; 21) aufweist, an der eine Primärspannung anlegbar ist, und daß eine Sekundärspule (4; 40; 41) vorhanden ist, die in ihrer Ausgangslage zentral in einer, zu der Ebene (5) der Primärspule (2; 20; 21) orthogonalen Ebene (6) (Winkel Θ = 90°) liegt und an deren Anschlußpunkte (7) ei ne Sekundärspannung, beeinflußt von einer Änderung des Winkels (Θ) zwischen den Ebenen (5, 6) aufgrund einer elastischen Verformung des Sensorblocks (1), abnehmbar ist.

2. Kraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sensorblock (1) aus Material ist, welches magneti sche Feldlinien leitet und in dem die Primärspule (2; 20; 21) und die Sekundärspule (4; 40; 41) eingelassen oder eingegossen sind.

3. Kraftsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß

- der Sensorblock (1) aus elastischem Material besteht.

4. Kraftsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sensorblock (1) aus weichmagnetischem Material be steht.

5. Kraftsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Primärspannung eine Wechselspannung ist.

6. Kraftsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Primärspannung eine Gleichspannung.

7. Kraftsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Leiterbahnen der Primär- und der Sekundärspulen (2; 21, 4; 41) jeweils rechtwinklig abgewinkelt sind, so daß die Ebenen (5, 6) ein Rechteck darstellen.

8. Kraftsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Leiterbahnen der Primär- und der Sekundärspulen (20, 40) kreisförmig mit gleichen Radien (r, r′) sind.

9. Kraftsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kraftsensor zur Erfassung des Bremsmomentes in Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge dient, wobei der Sensor block (1) zwischen dem Bremsaktuator (Scheiben- oder Trommelbremse) und dem am Fahrwerk befestigten Bremsträ ger angeordnet ist.

10. Kraftsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kraftsensor in einer Bremsanlage mit einem Anti blockiersystem jeweils an jedem zu bremsenden Rad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.