DE19736275A1 - Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer Bremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremse, insbesondere für Kraft­ fahrzeuge, bei deren Betätigung häufig störende Bremsgeräu­ sche auftreten, die sich insbesondere in Form von unangeneh­ mem Quietschen oder anderen niederfrequenten Geräuschen äu­ ßern. Hervorgerufen werden die Bremsgeräusche von Schwingun­ gen der einzelnen Bremsenbauteile, die aufgrund von Reib­ kraftschwankungen zwischen Bremsbelag und zugehörigem Reib­ körper angeregt werden.

Bisher sind zahlreiche in der Regel passive Geräuschbekämp­ fungsmaßnahmen vorgeschlagen worden, die das Problem der Bremsgeräusche beheben sollen. So ist es beispielsweise aus der DE 41 20 631 A1 bekannt, an der Belagrückenplatte eine dämpfende Schicht anzubringen, beispielsweise ein Dämpfungs­ blech. Weiterhin ist u. a. in der DE 39 18 369 A1 eine Schei­ benbremse offenbart, bei der schwingungsverändernde Zusatz­ massen angebracht sind, die das Schwingungsverhalten der Bremse insbesondere bei Resonanzfrequenz beeinflussen. Diese Lösungsvorschläge haben den Nachteil einer teilweise nicht unerheblichen Anhebung der Gesamtmasse der Bremse und gehen damit gerade nicht einher mit der Entwicklung der Reduzie­ rung von ungefederten Massen am Kraftfahrzeug. Darüber hin­ aus werden derartige Maßnahmen häufig nach dem Trial-and-Er­ ror-Prinzip erprobt und erhöhen damit drastisch den Ent­ wicklungsaufwand.

Aus den beiden Europäischen Patentanmeldungen EP 0 744 558 A1 und EP 0 748 947 A1 sind ferner Vorrichtungen zur Schwin­ gungsdämpfung an einer Scheibenbremse bekannt, wobei die Bremsklötze über eine Steuerungseinheit gezielt in Schwin­ gung versetzt werden, um die Gesamtschwingung der Bremse infolge selbsterregter Schwingungsanregung während des Bremsvorganges herabzusetzen. Dazu wird über einen Schwin­ gungssensor der Schwingungszustand der Bremsklötze ermittelt und nach Auswertung durch die Steuerungseinheit eine geziel­ te Schwingungsanregung zur Absenkung der Gesamtamplituden an den Bremsklötzen veranlaßt. Die gezeigten Systeme besitzen einen recht komplizierten Aufbau und arbeiten insbesondere mit piezoelektrischen Elementen zur Schwingungssensierung bzw. Schwingungsanregung, wobei diese eine hohe Bordnetz­ spannung erfordern und zudem funktionale Beschränkungen auf­ weisen.

Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion durch ge­ zielte Schwingungsanregung anzugeben, die hinsichtlich des Aufbaus deutlich vereinfacht ist und zusätzlich funktionale Vorteile bietet.

Erfüllt wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1. Danach besitzt die Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer hydraulisch betätigbaren Brem­ se, vorzugsweise einer Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, zumindest einen zur Aufnahme des selbsterregten Schwingungs­ zustandes an der Bremse angeordneten Schwingungssensor, zu­ mindest einen Schwingungsaktuator, der eine gezielte Schwin­ gungsanregung der Bremse ermöglicht sowie eine insbesondere elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit, mit der die gezielte Schwingungsanregung der Bremse geregelt wird. Dabei erfolgt die Schwingungsanregung über den Schwingungsaktuator unmittelbar im Druckraum der hydraulischen Betätigungsein­ richtung der Bremse. Dieser Druckraum wird üblicherweise von einem Bremszylinder sowie einem darin verschiebbar angeord­ neten Kolben gebildet und ist mit Hydraulikflüssigkeit be­ füllt. Die Übertragung der gezielten Schwingungsanregung in den hydraulischen Druckraum wirkt sich vorteilhafterweise nicht nur allein auf die Bremsklötze aus, sondern vielmehr auf die gesamten Systemkomponenten der Bremse. Dies trägt in gewünschter Weise der Tatsache Rechnung, daß die durch den Bremsvorgang entstehende selbsterregte Schwingung ebenso auf die gesamte Bremse bzw. auch angrenzende Fahrwerksbauteile übertragen wird.

In einer vorteilhaften Variante steht der Schwingungsaktua­ tor unmittelbar mit einer an den Druckraum angrenzenden Mem­ bran in Kontakt und kann somit durch Auslenkung der Membran den hydraulischen Druck im Bremszylinder beeinflussen. Idea­ lerweise enthält dabei der Schwingungsaktuator magnetostrik­ tives Material, wodurch ein Anschluß der gesamten Vorrich­ tung an das normale Bordnetz eines Kraftfahrzeuges ermög­ licht wird und zudem bei gleicher Leistungsaufnahme für den magnetostriktiven Aktuator im Vergleich zu piezoelektrischen Aktuatoren größere Hübe während der Schwingungsanregung er­ reichbar sind.

Der Einsatz einer beschriebenen Vorrichtung zur Schwingungs­ reduktion erweist sich als besonders günstig innerhalb einer hydraulischen Betätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeug­ bremse mit einem Bremszylinder sowie einem darin verschieb­ bar gelagerten Bremskolben. In vorteilhaften Ausführungsva­ rianten nach den Ansprüchen 5 und 6 ist der Aktuator ent­ weder innerhalb des Bremskolbens angeordnet oder aber am bzw. im Gehäuse des Bremszylinders. Damit ist der Aktuator angrenzend an den hydraulischen Druckraum positioniert und kann direkt auf die im Druckraum befindliche Hydraulikflüs­ sigkeit einwirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftfahrzeugbremse mit Vorrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion durch gezielte Schwingungsanregung.

Die in Fig. 1 abgebildete Prinzipdarstellung verdeutlicht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwin­ gungsreduktion am Beispiel einer Scheibenbremse für Kraft­ fahrzeuge. Dabei besitzt die Scheibenbremse 1, die den Rand einer Bremsscheibe 2 sowie beiderseits dazu angeordnete Bremsklötze 3 umgreift, zumindest eine hydraulische Betäti­ gungseinrichtung 4, die innerhalb des Bremsgehäuses 5 zu einer Seite der Bremsscheibe 2 angeordnet ist. Die hydrau­ lische Betätigungseinrichtung 4 besteht im wesentlichen aus einem im Bremsgehäuse 5 vorgesehenen Bremszylinder 6 sowie einem axial darin verschiebbar angeordneten Bremskolben 7. Über eine hydraulische Versorgungsleitung 8 ist die hydrau­ lische Betätigungseinrichtung 4 mit dem Druck einer Hydrau­ likflüssigkeit beaufschlagbar. Bei Druckbeaufschlagung in­ folge Bremsbetätigung wird der Bremskolben 7 aus dem Brems­ zylinder 6 herausgeschoben (in Fig. 1 nach unten), wodurch der am aus dem Bremszylinder 6 herausragenden Ende des Bremskolbens 7 anliegende Bremsklotz 3 an die in Hauptdreh­ richtung 9 rotierende Bremsscheibe 2 angedrückt wird. Auf­ grund von Reibkraftschwankungen zwischen dem Reibbelag 10 und der Bremsscheibe 2 wird zunächst der Bremsklotz 3 und durch Schwingungsübertragung schließlich die gesamte Schei­ benbremse 1 in eine selbsterregte Schwingung versetzt, die häufig zu unerwünschten Bremsgeräuschen führen kann. Zur Unterdrückung derartiger selbsterregter Schwingungen bzw. zur Reduktion der selbsterregten Schwingungsamplituden be­ sitzt die Scheibenbremse 1 eine Vorrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion mittels gezielter Schwingungsanregung.

Dabei besteht die Vorrichtung zur Schwingungsreduktion im wesentlichen aus einem Schwingungssensor 11, einem Schwin­ gungsaktuator 12 sowie einer mit beiden verbundenen elektro­ nischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 13, die die ge­ zielte Schwingungsanregung der Bremse regelt. Im einzelnen wird über den Schwingungssensor 11 der Schwingungszustand der Bremse infolge selbsterregter Schwingungen während des Bremsvorganges erfaßt und diese Information über den aktuel­ len Schwingungszustand der kombinierten Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 13 zugeleitet. Dabei muß der Schwingungs­ sensor 11 nicht unbedingt am Bremsgehäuse angeordnet sein, sondern kann auch an jedem anderen geeigneten Ort angebracht werden, beispielsweise auch an einem der Bremsenbauteile (z. B. Bremskolben, Bremsklotz). Aus den Informationen über den aktuellen Schwingungszustand der Bremse wird innerhalb der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 13, die zumindest eine Regelelektronik und einen zur Ansteuerung des Aktuators be­ nötigten Leistungsverstärker enthält, ein gezieltes und ge­ eignetes Steuersignal generiert, das über eine Ansteuerlei­ tung 14 dem Aktuator 12 übermittelt wird. Dieses Steuersi­ gnal veranlaßt beispielsweise eine zur selbsterregten Schwingung gegenphasige Anregung durch den Aktuator 12. In­ nerhalb der Ausführung nach Fig. 1 ist der Aktuator 12 im Inneren eines hohlzylinderförmigen, geschlossenen Bremskol­ bens 7 untergebracht. Im Gegensatz zu piezoelektrischen Ak­ tuatoren besitzt der erfindungsgemäße Aktuator eine Erreger­ spule 15 mit einem magnetostriktiven Aktuatorkern 16. Dabei liegt der Aktuatorkern 16 mit einem ersten Ende 17 an einer Kolbenwand 19 an und stützt sich an dieser in Axialrichtung ab. Das gegenüberliegende Aktuatorende 18 wirkt auf den Kol­ benboden 20 ein und vermag diesen bei Ansteuerung des Aktua­ tors 12 in Schwingung zu versetzen. Damit beeinflußt der Aktuator 12 über den Kolbenboden 20 unmittelbar den im Druckraum 21 anstehenden hydraulischen Druck. Der Druckraum 21 wird einerseits durch die Bremszylinderwandfläche 22 und andererseits durch den Kolbenboden 20 begrenzt. Die Schwin­ gungsübertragung, ausgehend vom Aktuator über den Kolbenbo­ den 20 in den Druckraum 21, gestattet eine schwingungstech­ nische Anregung nicht allein eines einzigen Bremsenbautei­ les, sondern vielmehr der gesamten Scheibenbremse 1. Zur Verbesserung der Schwingungsanregung infolge axialer Aus­ lenkung des Kolbenbodens 20 ist dieser mit zumindest einer Ausnehmung 23 versehen, die vorzugsweise als Ringnut ausge­ bildet ist und eine Erhöhung der Flexibilität des Kolbenbo­ dens 20 bewirkt. Bei Schwingungsanregung arbeitet der Kol­ benboden 20 mit Ausnehmung 23 ähnlich einer schwingungstech­ nischen Membrane.

Vorzugsweise arbeitet der Schwingungsaktuator 12 magneto­ striktiv, was den Antrieb des Aktuators mit einer üblichen Bordnetzspannung ermöglicht und eine zusätzliche Hochvolt-Span­ nungsquelle überflüssig macht. Darüber hinaus gestattet der magnetostriktive Schwingungsaktuator 12 eine sehr kom­ pakte Bauweise und ist gegenüber bekannten beispielsweise piezoelektrischen Aktuatoren mechanisch wie auch elektrisch erheblich weniger fehleranfällig. Zusätzlich sind mit einem magnetostriktiven Schwingungsaktuator 12 gegenüber einem piezoelektrischen die erforderlichen Hübe zur Schwingungs­ anregung bei höheren Frequenzen mit einem geringeren Lei­ stungsbedarf erreichbar.

Analog zur Anordnung des Schwingungsaktuators 12 innerhalb des Bremskolbens 7 ist auch eine Positionierung des Aktua­ tors am bzw. im Bremsgehäuse 5 möglich. Beispielsweise läßt sich der Schwingungsaktuator 12 auch an der Bremszylinderbo­ denfläche anbringen und kann damit ebenfalls unmittelbar auf den Druck im Bremszylinderinnenraum einwirken.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion an einer insbeson­ dere hydraulisch betätigbaren Bremse, vorzugsweise einer Scheibenbremse (1) für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einem an der Bremse angeordneten Schwingungssensor (11), mit einer vorzugsweise elektronischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit (13) und mit zumindest einem Schwin­ gungsaktuator (12), der eine gezielte Schwingungsanre­ gung der Bremse ermöglicht, wobei die Bremse wenigstens eine hydraulische Betätigungseinrichtung aufweist, mit­ tels derer zumindest ein Bremsbelag (3) gegen einen zu­ gehörigen Reibkörper andrückbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwingungsaktuator (12) die Schwin­ gungsanregung in den Druckraum (21) der hydraulischen Betätigungseinrichtung einzuleiten vermag.

2. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaktuator (12) durch Auslenkung einer an den Druckraum (21) angrenzen­ den Membran (20) den hydraulischen Druck in der Betäti­ gungseinrichtung zu beeinflussen vermag.

3. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest der Schwingungsaktuator (12) magnetostriktives Material enthält.

4. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Betätigungseinrichtung einen Bremszylinder (6) sowie einen darin verschiebbar gelagerten Bremskol­ ben (7) aufweist.

5. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion zumindest nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungs­ aktuator (12) im Bremskolben (7) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Schwingungsreduktion zumindest nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungs­ aktuator (12) am Bremsgehäuse (5) des Bremszylinders (6) angeordnet ist.