HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer
zur Dämpfung von Schwingungen einer Trommelbremse auf
formschlüssige Weise, um so das Quietschen der Trommelbremse
während des Bremsvorgangs zu unterdrücken.
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Die meisten weit verbreiteten Einrichtungen zur Verringerung
des Quietschens von Scheiben- und Trommelbremsen sind
mechanische Schwingungsdämpfer zum Dämpfen der Schwingungen, bei
denen die Bremsbacken oder die Reibbeläge mit federelastischen
Elementen belegt oder die gegeneinander gepressten Abschnitte
bewegt werden. Unter den neueren Dämpfern befindet sich auch
einer, der eine Rückkopplungssteuerung verwendet, wie in der
japanischen Offenlegungsschrift 4-54325 offenbart.
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Der in dieser Veröffentlichung offenbarte Dämpfer, der in Fig.
8 dargestellt ist, weist einen Schwingungsdetektorsensor 115
auf, der an der Rückseite eines Reibbelags 112 vorgesehen ist,
um die Schwingung des Belags zu erkennen, sowie einen parallel
zum Sensor 115 angeordneten Schwingungsaktuator 116 zur
Unterdrückung der Schwingungen der Scheibe 110, wodurch das
Quietschen der Bremse verringert wird.
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Bei dieser herkömmlichen Anordnung wird die Schwingung eines
Reibbelags, der eine der Schwingungsquellen ist, erkannt und
der Belag wird mit der Schwingkraft beaufschlagt. Da jedoch
die Hauptquelle der Schwingung die Scheibe ist, ist es
schwierig, die Schwingungen der Bremse wirksam zu dämpfen.
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Da beim obigen Stand der Technik der Schwingungsdetektor die
Schwingung des Reibelements erkennt, das mit der Schwingkraft
vom schwingenden Bauteil beaufschlagt wird, erkennt der
Detektor unvermeidlich die vom Vibrator aufgebrachte
Schwingungskomponente neben der von der Scheibe selbst stammenden Schwingung.
Da es unmöglich ist, nur die Schwingung der Scheibe zu
erkennen, ist die Detektionsgenauigkeit gering. Da der
Vibrator Schwingkraft auf Basis des Detektorsignals aufbringt, ist
es schwierig, die Schwingung der Scheibe wirksam zu
verringern.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Schwingungsdämpfer für Trommelbremsen bereitzustellen, der
verhindert, dass die oben beschriebene Schwingungskomponente erfasst
wird und der ein genaueres Schwingungssignal erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Hauptursache für das Quietschen einer Trommelbremse ist
die Schwingung der Trommel. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Schwingungsdämpfer bereitgestellt, der in der Lage
ist, die Schwingung der Trommel wirksam zu dämpfen. Ein
solcher Dämpfer weist einen Schwingungsdetektor zur Erkennung der
Schwingungen der Trommel auf und einen Vibrator zur
Beaufschlagung der Trommel mit Schwingkraft, um die Schwingung der
Trommel zu dämpfen. Der Schwingungsdetektor und der Vibrator
werden getrennt voneinander betrieben. Es ist daher möglich,
die Schwingung der Trommel direkt zu dämpfen.
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Im Einzelnen weist der Dämpfer als Schwingungsdetektor ein
piezoelektrisches Element, das zwischen einer der Bremsbacken
und einem Kolben zum Pressen der einen Bremsbacke gegen die
Trommel angeordnet ist, sowie ein piezoelektrisches Element
als Vibrator, das zwischen der anderen Bremsbacke und einem
Kolben zum Pressen der anderen Bremsbacke gegen die Bremse
angeordnet ist, auf.
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Das den Schwingungsdetektor bildende piezoelektrische Element
erkennt die Schwingung der Trommel, wenn die eine Bremsbacke
mit der Trommel in Kontakt steht, wandelt die erkannte Schwingung
in ein elektrisches Signal und gibt das Signal in eine
Steuerschaltung ein. Die Steuerschaltung regelt die Phase und
die Amplitude des elektrischen Signals ein und steuert auf
Basis dieses Signals das den Vibrator bildende
piezoelektrische Element, um das Quietschen der Bremse zu unterdrücken.
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Bei einer Anordnung, in der der Vibrator in direktem Kontakt
mit einer der Bremsbacken steht, während der Detektor außer
Kontakt mit der Trommel ist, ist der Detektor ein magnetischer
Sensor, der am Außengehäuse des Radzylinders befestigt und so
ausgeführt ist, dass er Schwankungen der magnetischen
Induktivität erkennt, die zwischen der Innenfläche der Trommel und
dem magnetischen Sensor erzeugt wird. Selbst bei nicht
betätigter Bremse schwankt der Spalt zwischen der Innenfläche der
Trommel und dem Polstück des Sensors, wenn das Fahrzeugrad
totiert. Die Vibrationsfrequenz der Trommel beim Quietschen der
Bremse liegt jedoch im Bereich zwischen einem und etwas über
zehn Kilohertz, was wesentlich höher ist als die Häufigkeit
der Spaltschwankungen bei nicht angelegter Bremse. Somit ist
es möglich, derartige Schwankungen in Form von Rauschen zu
beseitigen. Jede vom magnetischen Sensor erkannte Änderung der
Induktivität wird in ein elektrisches Signal gewandelt und in
die Steuerschaltung eingegeben, wo das Signal verstärkt und
seine Phase umgekehrt wird. Das verstärkte Signal mit
umgekehrter Phase dient zur Ansteuerung des den Vibrator bildenden
piezoelektrischen Elements, das mit der anderen Bremsbacke in
Kontakt steht, um das Quietschen der Bremse zu unterdrücken.
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In einer anderen Anordnung ist ein Beschleunigungssensor als
Schwingungsdetektor an einer Bremsbacke angebaut, während ein
magnetischer Aktuator als Vibrator an einem Außengehäuse eines
Ankers angebaut ist, während er sich außer Kontakt mit der
Trommel befindet. Jede vom Beschleunigungssensor erkannte
Änderung der Beschleunigung wird in ein elektrisches Signal
gewandelt und in die Steuerschaltung eingegeben, wo Phase und
Amplitude des Signals geregelt und zum Ansteuern des
piezoelektrischen Elements als Vibrator herangezogen werden, um das
Quietschen der Bremse zu unterdrücken.
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In einer weiteren Anordnung ist ein magnetischer Sensor als
Schwingungsdetektor am Außengehäuse des Ankers befestigt,
während eine magnetischer Aktuator als Vibrator am Anker
angebaut ist, während er sich außer Kontakt mit der Trommel
befindet. Jede vom magnetischen Sensor erkannte Änderung der
Induktivität wird in ein elektrisches Signal gewandelt und in
die Steuerschaltung eingegeben, wo Phase und Amplitude des
Signals eingeregelt und zur Ansteuerung des den Vibrator
bildenden piezoelektrischen Elements verwendet werden, das mit
der anderen Bremsbacke in Kontakt steht, um das Quietschen der
Bremse zu unterdrücken.
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Der magnetische Sensor enthält vorzugsweise neben einer ersten
Spule eine zweite Spule, die in Reihe mit der ersten Spule
angeordnet ist, um die Differenz zwischen dem Ausgang der ersten
und der zweiten Spule zu erkennen.
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Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der
beiliegenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der piezoelektrische Elemente als
Schwingungsdetektor und als Vibrator an verschiedenen Elementen angebaut
sind;
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Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines Regelkreises der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die einen magnetischen Sensor zur Erkennung der
Schwingung der Trommel aufweist, während er sich außer Kontakt
mit der Trommel befindet, und ein piezoelektrisches Element
zur Beaufschlagung der Trommel mit Schwingkraft;
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Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die einen Beschleunigungssensor zur indirekten
Erkennung der Schwingung der Trommel und einen magnetischen
Aktuator zur Beaufschlagung der Trommel mit Schwingkraft
aufweist;
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Fig. 5 zeigt einen bevorzugten Beschleunigungssensor;
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Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die einen magnetischen Sensor zur Erkennung der
Schwingung der Trommel aufweist, während er sich außer Kontakt
mit der Trommel befindet, und magnetischen Aktuator zur
Beaufschlagung der Trommel mit Schwingkraft;
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Fig. 7 zeigt einen bevorzugten magnetischen Sensor; und
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Fig. 8 zeigt eine herkömmliche Anordnung, bei der die
Schwingung erkannt und die Schwingkraft über ein einziges
gemeinsames Element aufgebracht wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
(Ausführungsform 1)
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Fig. 1 zeigt eine Trommelbremse der ersten Ausführungsform.
Eine Trommel 1 ist an der Achse befestigt. Die Trommelbremse
enthält ein Paar Bremsbacken 2, 2', die in der Trommel 1
eingebaut sind. Sie sind an einem Ende durch einen Anker 5
schwenkbar miteinander gekoppelt und durch Backenhalter 4
gelagert. Bremsbackenrückholfedern 3 ziehen die Backen
zueinander. Ein Radzylinder 6 ist mit den anderen Enden der Backen 2,
2' gekoppelt. Durch den Zylinder 6 vorgespannt werden die
Backen nach außen voneinander weg um den Anker 5 in Kontakt
mit der Innenfläche der Trommel 1 geschwenkt.
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Um Schwingungen der Trommel 1 zu erkennen, während die Bremse
angelegt ist, ist ein laminiertes piezoelektrisches Element 7
zwischen einen ersten Kolben 8 und einem zweiten Kolben 9 im
Radzylinder 6 vorgesehen. Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet
einen Kolbenring. Die Bezugszeichen 11, 11' kennzeichnen
Dichtmanschetten, die den Fluiddruck vom Hauptbremszylinder
(nicht dargestellt) flüssigkeitsdicht abdichten. Das eine Ende
des zweiten Kolbens 9 steht mit der Bremsbacke 2 in Berührung.
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Ein laminiertes piezoelektrisches Element 7' als Vibrator ist
zwischen einem ersten Kolben 8' und einem zweiten Kolben 9'
vorgesehen und wird mit der anderen Bremsbacke 2' in Berührung
gehalten. Die vom piezoelektrischen Element 7 erkannten
Schwingungen der Trommel 1 werden in ein elektrisches Signal
gewandelt und in einen Regelkreis 12 eingegeben. Bezugszeichen
13 und 14 kennzeichnen jeweils eine Eingangs- und eine
Ausgangsleitung, die mit dem Regelkreis 12 verbunden sind.
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Da genau genommen die Schwingung der Trommel durch die
Bremsbacke erkannt wird, erkennt der Schwingungsdetektor 7
sowohl die Schwingung der Trommel als auch die der Bremsbacke
2. Da jedoch bei dieser Erfindung keine Schwingung auf die
Bremsbacke 2 wirkt, wird die Schwingung der Bremsbacke als
praktisch null betrachtet. Im praktischen Sinne erkennt also
der Detektor über die Backe 2 nur die Schwingung der Trommel.
Der hier verwendete Begriff "Bremsbackenschwingung" bezieht
sich auf die von der Backe selbst ausgehende Schwingung und
nicht auf die von der Trommel in der Backe induzierte
Schwingung.
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Fig. 2 zeigt den detaillierten Aufbau des Regelkreises 12. Er
umfasst eine Proportionalschaltung 15 zum Empfangen eines
Schwingungsdetektorsignals vom Schwingungsdetektor 7 und zur
Verstärkung des Signals um das Kp-Fache sowie eine
integrierende Schaltung 16 und eine differenzierende Schaltung 17 zum
Integrieren und Differenzieren des verstärkten Signals. In der
Figur kennzeichnet der Buchstabe S eine Laplace-Variable und
die Buchstaben Ti und Td bezeichnen Zeitkonstanten. Das
elektrische Signal von der Schaltung 12 wird vom piezoelektrischen
Element 7' als Vibrator in eine Schwingkraft gewandelt, mit
der die andere Bremsbacke 2' beaufschlagt wird. Die Werte von
Kp, Ti und Td werden so eingeregelt, dass die Schwingung der
Trommel 1 minimiert wird. Der Regelkreis 12 kann von der
Fahrzeugbatterie 18 gespeist werden.
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Da das piezoelektrische Element 7 ausschließlich als
Schwingungsdetektor verwendet wird, während das andere
piezoelektrische Element 7' ausschließlich als Vibrator verwendet wird,
ist es möglich, Schwingungen der Trommel 1 wirksam zu
unterdrücken.
(Ausführungsform 2)
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Fig. 3 zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein magnetischer
Sensor 19 als Schwingungsdetektor an einem Außengehäuse des
Radzylinders 6 mittels Schrauben 20 in der Weise befestigt, dass
ein geeigneter Spalt zwischen einem Polstück 21 des
magnetischen Sensors 19 und der Innenfläche der Trommel 1 vorhanden
ist. Der magnetische Sensor 19 erfasst die Änderungen der
magnetischen Induktivität aufgrund der Schwingung der Trommel
1, wandelt die erfassten Änderungen in ein elektrisches Signal
und gibt das Signal in einen Regelkreis 12 ein, der identisch
mit dem Regelkreis von Fig. 1 ist. Das elektrische Signal vom
Regelkreis 12 wird von einem zwischen dem ersten Kolben 8 und
dem zweiten Kolben 9 angeordneten piezoelektrischen Element 7
in Schwingkraft gewandelt. Die andere Bremsbacke 2' wird mit
der Schwingkraft beaufschlagt, um die Schwingung der Trommel 1
zu verringern.
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Selbst bei nicht schwingender Trommel 1 ändert sich die
magnetische Induktivität periodisch, da sich der Spalt zwischen der
Innenfläche der Trommel 1 und dem Polstück 21 des magnetischen
Sensors 19 mit der Drehung des Rades ändert. Die Frequenz der
Änderung der Induktivität in einem solchen Zustand ist jedoch
offensichtlich von der Schwingungsfrequenz bei quietschender
Bremse verschieden. Es ist deshalb möglich, solche
periodischen Änderungen der Induktivität in Form von Rauschen mittels
eines Filters zu beseitigen.
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Bei dieser Anordnung erkennt der magnetische Sensor 19 als
Schwingungsdetektor die Schwingung der Bremstrommel 1, ohne
mit der Trommel in Berührung zu stehen, während das
piezoelektrische Element 7 als Vibrator direkt auf die Bremsbacke 2'
wirkt. Es ist somit möglich, die Schwingung der Trommel
wirksam zu verringern.
(Ausführungsform 3)
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Fig. 4 zeigt die dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein
Beschleunigungssensor 22 als Schwingungsdetektor mittels Schrauben 23 an der
Bremsbacke 2 befestigt. Die Schwingung der Trommel 1 wird von
einem piezoelektrischen Element 24 im Beschleunigungssensor 22
in ein elektrisches Signal gewandelt und in den Regelkreis 12
eingegeben. Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Anordnung des
Beschleunigungssensors 22. Dieser Sensor hat eine
Schwingungsaufnahmeeinheit 25, die am piezoelektrischen Element 24
angebracht ist. Die Elemente 24 und 25 sind in einem Gehäuse 26
mit einem Anbausockel untergebracht und über eine
Ausgangsleitung 27 mit der Umgebung verbunden. Das elektrische Signal
vom Regelkreis 12 wird von einem magnetischen Aktuator 28, der
mittels eines Ankers 5 am Außengehäuse befestigt ist, in
Schwingkraft gewandelt. Die Schwingkraft wird direkt auf die
Trommel 1 aufgebracht, um die Schwingung der Trommel zu
verringern.
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Bei dieser Anordnung erkennt der Beschleunigungssensor 22 als
Schwingungsdetektor die Schwingung der Bremstrommel 1, während
der magnetische Aktuator 28 als Vibrator unter Nutzung der
magnetischen Anziehung und Abstoßung die Schwingkraft direkt
auf die Trommel 1 aufbringt, ohne die Trommel zu berühren. Der
Dämpfer dieser Ausführungsform ist also hinreichend dauerhaft
und kann die Schwingung der Trommel wirksam verringern.
(Ausführungsform 4)
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Fig. 6 zeigt die vierte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein magnetischer
Sensor 19 als Schwingungsdetektor an einem Außengehäuse des
Ankers 5 befestigt, so dass zwischen einem ersten Polstück 29
des magnetischen Sensors 19 und der Innenfläche der Trommel 1
ein Spalt gegeben ist. Der vom magnetischen Sensor 19 erkannte
Schwingungsmodus sollte als Schwingkraft vom magnetischen
Aktuator 28 an einem Punkt ausgegeben werden, der so nah wie
möglich an dem Punkt liegt, in dem die Schwingung erkannt
wird. Damit wird der Aufbau des magnetischen Sensors 19 etwas
kompliziert wie aus Fig. 7 ersichtlich ist.
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Um den Einfluss des vom magnetischen Aktuator 28 erzeugten
magnetischen Feldes aufzuheben, wird ein Differenzausgang
zwischen einer ersten Spule 30, die das erste Polstück 29
erregt, und einer zweiten Spule 32, die ein zweites Polstück
33 erregt, das durch einen Magnet 31 bereitgestellt wird, über
einen Ausgangsanschluss 34 in den Regelkreis 12 ausgegeben.
Bezugszeichen 35 steht für ein Gehäuse aus einem nicht
magnetischen Material.
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Das bedeutet, dass der magnetische Sensor 19 Änderungen im
Differenzausgang der magnetischen Induktivität erfasst, sie in
ein elektrisches Signal wandelt und das Signal in den
Regelkreis 12 eingibt, der identisch mit dem von Fig. 2 ist. Das
elektrische Signal vom Regelkreis 12 wird vom magnetischen
Aktuator 28, der am Außengehäuse des Ankers 5 befestigt ist,
unter Nutzung der magnetischen Anziehung und Abstoßung in eine
Schwingkraft gewandelt. Die Schwingkraft wird direkt auf die
Trommel 1 aufgebracht, um die Schwingung der Trommel zu
verringern.
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Bei dieser Anordnung erkennt der magnetische Sensor 19 als
Schwingungsdetektor die Schwingung der Bremstrommel 1, ohne
die Trommel zu berühren, während der magnetische Aktuator 28
als Vibrator die Schwingkraft direkt auf die Trommel 1
aufbringt, ohne die Trommel zu berühren. Der Dämpfer dieser
Ausführungsform ist also hinreichend dauerhaft und kann die
Schwingung der Trommel wirksam verringern.
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Wie oben beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung die
Schwingung der Trommel, die eine Hauptursache für das
Quietschen der Bremse ist, direkt oder indirekt in Form eines
elektrischen Signals erkannt. Nach dem Einregeln der Phase und
Amplitude wird das Signal zu einer Schwingkraft gewandelt, um
die Schwingung der Trommel zu verringern. Da der
Schwingungsdetektor und der Vibrator getrennte Elemente sind und getrennt
arbeiten, ist es möglich, die Betriebsgenauigkeit sowohl des
Schwingungsdetektors als auch des Vibrators zu verbessern. Die
Schwingung wird erkannt und die Schwingkraft wird direkt oder
ohne die Trommel zu berühren aufgebracht. Der Detektor und der
Vibrator sind somit dauerhaft.