DE4139546A1 - System zum erkennen des verschleisses eines bremsbelags - Google Patents
System zum erkennen des verschleisses eines bremsbelagsInfo
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Description
Ein System zum Erkennen des Verschleißes des Belags einer Reibbelagbremse
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist bekannt.
Der Kern der Erfindung besteht in der Verwendung von stark temperaturab
hängigem Widerstandsmaterial für den Belagdickensensor mit mehreren paral
lel geschalteten Widerständen und in der zusätzlichen Auswertung des Sen
sorsignals, z. B. des Stroms J oder des Spannungsabfalls U als Temperatur
signal.
Die Belagdickeninformation wird durch zwei Möglichkeiten, die gleichzeitig
oder alternativ angewandt werden können, erfaßt, nämlich
- - durch Erkennen eines plötzlichen steilen Anstiegs/Abfalls im Signal ("Sprung") beim Durchtrennen einer Drahtschleife durch die Elektronik aus dem Signalverlauf (Signaländerung durch Temperatur ist dagegen träge!),
- - und/oder Erkennen eines Offsets ΔU im Signal zwischen zwei Zuständen, bei denen die Bremse Umgebungstemperatur hat.
Ob die Bremse Umgebungstemperatur hat, kann aufgrund von anderen Sensor
signalen und konstruktionsbedingten Konstanten festgestellt werden. Ist die
Umgebungstemperatur zwischen zwei solchen Zeitpunkten unterschiedlich, kann
dies durch die Information über die Umgebungstemperatur korrigiert werden.
Die Erfindung hat die Vorteile,
- - daß mit einem einzigen, 2-poligen Sensor die Bremsentemperatur und die Belagdicke erfaßt werden kann,
- - daß der Mehraufwand im Sensor geringfügig ist,
- - daß die Gewinnung der unterschiedlichen Informationen durch intelligente Auswertung möglich ist.
Dafür wird überwiegend nur Softwareaufwand, evtl. ein zusätzlicher Speicher,
eine permanente Stromversorgung und ein Thermometer im Steuergerät benö
tigt.
In Fig. 1 ist ein Nutzfahrzeug mit elektronisch regelbarer Druckluftbrems
anlage (ELB) mit einem elektrischen Bremswertgeber 1, einem Steuergerät 2,
Vorratsbehältern 3a, b, elektrischen Drucksteuerventilen 4a, b, Bremszy
lindern 5a, b (jeweils nur 1 Rad einer Achse gezeichnet) gezeigt. Weiter
zeigt Fig. 1 Räder 6a, b, Bremstrommeln 7a, b, Bremsbacken 8a, b sowie
Drehzahlfühler für ein ABS 10a, b, kombinierte Belagdicken- und Temperatur
sensoren (BTS) 9a, b sowie Drucksensoren 17a und b. Der BTS ist im Prinzip
aufgebaut wie der bereits bekannte Sensor zur Messung des Belagverschleißes.
Mehrere (viele Stufen ergeben höhere Auflösung) parallel geschaltete Wider
stände R1 bis Rn (sh. Fig. 2 und 3), deren Verbindungsleitungen als abge
stufte Drahtschleifen 15 ausgeführt sind, sind in den Geber eingebettet.
Der Geber 9a ist in Fig. 2 statt eines Niets zur Befestigung des Bremsbe
lags 8a an der Backe eingebaut. Beim Bremsen wird durch den Verschleiß des
Belags nacheinander eine Drahtschleife nach der anderen durchgeschliffen,
wodurch sich der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung
ändert.
Falls R₁ = R₂ = R₃ = . . . = Rn ist, gilt:
Diese Widerstandsänderung führt bei konstanter Versorgungsspannung UVers
zu einem anderen Strom J in einem Meßwiderstand R, über dem in der Elektro
nik 2 eine ebenfalls veränderte Spannung U abgegriffen wird. Diese Spannung
U wird in festen Zeitintervallen Δt (Timer 14) abgetastet und im A/D-Wand
ler 11a, digitalisiert.
Der Widerstandswert Rges der Parallelschaltung ändert sich nun nicht nur
durch Durchschleifen der Drahtschleifen, sondern auch durch die Temperatur
im Belag. Dieser Effekt wurde bis jetzt als unerwünscht angesehen. Durch
entsprechende Materialwahl wurde versucht, den Widerstand möglichst tempe
raturunabhängig zu gestalten. Vorliegende Erfindung geht genau in die ent
gegengesetzte Richtung:
Für die Widerstände R1 bis Rn wird ein Werkstoff verwendet, der einen hohen
Temperaturkoeffizienten aufweist. Dadurch wird die Anordnung quasi zu einem
Temperaturfühler. Die Unterscheidung zwischen Temperatur- und Belagdicken
messung erfolgt allein durch die intelligente Auswertung des Signals U auf
der 2poligen Leitung.
Einen beispielhaften Verlauf des Signals U zeigt Fig. 4.
Bei einem neuen Bremsbelag und kalten Bremsen, (d. h. bei Umgebungstempera
tur) liefert der BTS 9 das Signal Uo (Fig. 4); alle Teilwiderstände R1, R2,
R3 bis Rn tragen zu Rges bei. Wird nun zum Zeitpunkt t1 die Bremse betätigt,
so nimmt aufgrund der Reibungswärme die Temperatur im Belag und somit auch
im BTS 9 zu. Dadurch sinkt beispielsweise der temperaturabhängige Wider
stand von R1 bis Rn, also auch von Rges. Damit wächst bei UVers = const.
und Widerstand R im Steuergerät = const. der Strom J und folglich der
Spannungsabfall U = R·J. Die Veränderung von U erfolgt aufgrund der Tem
peraturänderung relativ langsam und kontinuierlich, der Gradient ist zum
Beispiel ΔU′/Δt.
Da U ∼ δ (= Temperatur am Geber BTS) ∼ Bremstemperatur ( ∼ bedeutet propor
tional) ist, wirkt der BTS 9 wie ein bekannter Temperatursensor für die
Bremsentemperatur. Zum Beispiel kann bei Überschreiten eines Grenzwertes der Fahrer
durch eine Anzeige (Lampe, Hupe) vor Überhitzung der Bremsen gewarnt
werden.
Über den Bremswertgeber 1 ist im Steuergerät 2 bekannt, ob gebremst wird;
die Bremsdruckinformationen liefern die Drucksensoren 17a, b und über die
Radsensoren 10a, b oder anderweitig kann die Information gewonnen werden,
ob das Fahrzeug steht oder fährt.
Steht das Fahrzeug z. B. seit einer Zeit T, die von der
Bremsleistung = ≉ Bremsdruck · Raddrehzahl · Konstante · dt
bei der letzten Bremsung abhängig ist und aufgrund der Sensorsignale und
vorher eingespeicherter konstanter Werte berechnet wird, so kann davon aus
gegangen werden, daß die Bremsen Umgebungstemperatur haben. Die Umgebungs
temperatur kann durch einen Außentemperaturfühler 19 im Steuergerät 2 be
kannt sein. Auf diese Weise können alle Temperaturfühler 9 auf die Umge
bungstemperatur abgeglichen werden. Um nach dem Abschalten des Fahrtschal
ters die Stromversorgung des Steuergeräts 2 und der Sensoren 9 zu ermögli
chen, kann eine permanente, kleine Hilfsbatterie 18 vorgesehen werden.
Ist nun nach wiederholten Bremsungen zum Zeitpunkt T2 (Fig. 4) die Belag
dicke so stark reduziert, daß die erste Drahtschleife des Widerstands Rn
durchtrennt wird, so ändert sich der Widerstand Rges schlagartig um z. B.
Dies bewirkt einen steilen Anstieg des Signals U. Die Änderung ΔU ist
größer als der durch Temperaturänderung in Δt mögliche Sprung . . . ΔU′max,
der aus Versuchen ermittelt und dann abgespeichert wird. Auch beim Wieder
abkühlen der Bremse auf Umgebungstemperatur bleibt ein ΔU übrig, welches
der Widerstandsänderung durch Wegfall von Rn entspricht. Durch Abspeichern
des letzten oder mehrerer vorheriger Werte von U bei auf Umgebungstempera
tur abgekühlten Bremsen im Speicher 12 kann die Elektronik den Unterschied
ΔU erkennen. Auf diese Weise, nämlich dem schlagartigen Anstieg ΔU und/oder
den bleibenden Offset ΔU nach Abkühlung, kann die Belagdickeninformation
ausgewertet werden.
Aufgrund der Belagdickeninformation können nun bei Unterschieden z. B. an
Vorder- und Hinterachse die Bremsdrücke durch ELB so korrigiert werden, daß
sich die Belagdicken wieder angleichen und so die Bremsbeläge gleichmäßig
verschleißen.
Da die Regelung der Bremsdruckverteilung mit dem Ziel gleichmäßiges Belag
verschleißen an allen Achsen sehr langsam abläuft, reicht es aus, die Ver
änderung der Belagdicke mit zeitlicher Verzögerung, also z. B. nach der Zeit
T nach Stillstand des Fahrzeugs zu erfassen.
Der Spannungsabfall U hängt neben Rges auch von UVers und R ab. UVers kann
im Steuergerät 2 ermittelt und so als Störfaktor eliminiert werden. Für den
Widerstand R kann z. B. ein Widerstandsmaterial gewählt werden, welches im
Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +30°C seinen spezifischen Wider
stand nicht oder ausreichend wenig verändert.
Sobald erkannt wird, daß eine oder mehrere (m) Drahtschleifen im Geber
durch Verschleiß durchtrennt sind, ist der neue Gesamtwiderstand
(bei gleich großen Teilwiderständen) dem Steuergerät 2 bekannt.
Die Auswertung des Signals U zur Temperaturbestimmung wird entsprechend
angepaßt.
Claims (1)
- System zum Erkennen des Verschleißes des Belags einer Reibbelagbremse, enthaltend einen in den Belag eingebetteten Sensor, der aus wenigstens zwei parallel liegenden stromdurchflossenen Widerständen besteht, die bei fortschreitendem Belagverschleiß zeitlich nacheinander unwirksam werden und enthaltend eine Auswerteelektronik, die die Änderung des wirksamen Widerstands auswertet und eine Anzeige bewirkt und/oder einen Steuereingriff auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel ge schalteten Widerstände eine starke Abhängigkeit des Werts ihres Wider stands von der Temperatur aufweisen und daß die Auswerteelektronik der art ausgelegt ist, daß sie Änderungen des Stroms aufgrund der Wider standsänderungen mit unterschiedlicher Ursache erkennt und unterschied liche Signale zur Anzeige und/oder für einen Steuereingriff erzeugt.
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