WO2004098912A1 - In eine bremse, vorzugsweise eine scheibenbremse, integrierte steuerungselektronik - Google Patents

In eine bremse, vorzugsweise eine scheibenbremse, integrierte steuerungselektronik Download PDF

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Johann Baumgartner
Günther Gschossmann
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature

Definitions

  • a brake preferably a disc brake
  • the present invention relates to control electronics integrated in a brake, preferably a disc brake, according to the preamble of claim 1.
  • Control electronics integrated in a disc brake are known, for example, from DE 197 56 519 AI. With such control electronics, brake-specific parameters can be recorded and brake components can be controlled and / or regulated. This includes, for example, the operation of an electromechanical wear adjustment system.
  • the control electronics function via an external power supply. Via an appropriate connection, such as. B. a CAN bus connection, the control electronics is able to exchange information with other vehicle systems.
  • Control and monitoring systems are being used to an increasing extent in order to record and evaluate vehicle-specific or vehicle operation-specific data.
  • sensors such as tire pressure sensors, wheel force sensors, wheel speed sensors or the like are also arranged on the vehicle wheel, by means of which specific parameters are determined and are preferably transmitted to corresponding receiver and evaluation units without contact.
  • So-called “near-field telemetry systems” are used for contactless transmission, in which the sensor arranged on the vehicle wheel is operated passively. The sensor does not have its own energy source, but is only equipped with a coil that is transmitted by a transmitting and receiving device stationary evaluation and
  • Control device is excited with electromagnetic pulses for transmission of the measurement signal.
  • it is also known to excite the coil acoustically or optically (DE 10044 266 AI).
  • Interrogation signal sent by which a capacitor is charged in the sensor.
  • the sensor is operated via the energy stored in the capacitor.
  • addressing by coding is required, several sensors are operated by the receiver evaluation electronics.
  • the addressing can be done by coding in the signals for query and response or by using different frequencies for the individual sensors.
  • the stationary evaluation and control device requires all elements of an electronic device, such as a power supply, a signal line or a CAN bus connection, a protective housing with cabling and / or plug connection and the like.
  • the present invention is therefore based on the object of further developing control electronics of the generic type in such a way that their functionality is expanded.
  • control electronics which have the features of claim 1.
  • control electronics means that, in addition to the electronic components for the monitoring and control of the disc brake or brake-specific components, the electronic components, i.e. transmitter / receiver units for the sensors, can be combined to form a unit that is available for the monitoring of non-brake functional parts or functions are.
  • the assembly is also simplified, since only one control electronics is now to be installed, which not only results in a cost reduction, but also a reduction in the susceptibility to faults, which is correspondingly greater in a plurality of structural units than in a single one.
  • the space requirement is minimized, which is a constant target, particularly in vehicle construction, which is optimally achieved by the invention.
  • the sensors can obtain their operating energy from an integrated energy source, for example a battery.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the sensors are operated by means of the telemetry system known per se, in which the energy of the transmission signal of the transmitter / receiver unit integrated in the brake is used.
  • control electronics By using only one control electronics for all sensors installed in the wheel area and the consequent omission of separate control electronics, the cabling for their power supply and signal transmission is eliminated, as is a housing with plug connections, sealing and fastening, power supply, surge protection and other electronic components.
  • the transmitter / receiver unit of the telemetry system can be combined with the existing brake control electronics and preferably installed on the existing circuit board.
  • the arrangement of the transmitter / receiver unit is selected such that interference-free reception of the sensor signals is made possible.
  • a disc brake is shown, as it is shown and described in principle in WO 02/14708 A2.
  • the disc brake has a brake caliper 1, which comprises a brake disc 3 in its upper peripheral region.
  • Sliding brake pads 4 are assigned to the brake disk 3 on both sides, each having a pad material 4b applied to a brake pad carrier 4a.
  • the brake caliper 1 is fastened to a fixed axle flange 5 and is therefore immovable. It is a so-called fixed saddle.
  • an application device 6 is provided on one side in the brake caliper, which can be actuated by means of a pneumatically operated brake cylinder 7. This presses the right brake pad 4 here against the brake disc 3 and then the brake disc 3, which is displaceably guided on the axis, against the opposite, brake pad 4 on the reaction side.
  • Each brake pad 4 is assigned an adjusting device 8 which can be driven by an electric motor and by means of which the brake pads 4 are readjusted due to wear.
  • the adjusting devices 8 are operatively connected to control electronics 9, which is an integral part of the disc brake, here arranged on the outside of the caliper 1 and in the present exemplary embodiment is firmly connected to the caliper 1.
  • the control electronics 9 have a power supply 10 and a data connection, not shown, for example, a CAN bus connection for exchanging information with other vehicle systems.
  • the data can also be transmitted wirelessly via transmitters and receivers, not shown here
  • the disc brake and thus the control electronics 9 are arranged on the inside of a wheel 12 which has a hub 11, a rim 13 and a tire 14.
  • At least one transmitter / receiver unit 9b is provided in the control electronics, which is in operative connection with at least one non-brake wheel-specific or near-wheel sensor.
  • tire pressure sensor 15 and speed sensor 16 which can be provided with their own power supply, for example a battery or, as already mentioned, can be operated by means of a telemetry system.
  • wheel-specific or near-wheel sensors with which, for example, the wheel bearing temperature, the acceleration, a vehicle inclination, a distance or a
  • Brake disc temperature can be determined, an ultrasonic or radar distance sensor being used for determining the distance.
  • the assigned transmitter / receiver unit 9b is located in the control electronics 9, and a common transmitter / receiver unit 9b, preferably mounted on a common printed circuit board 9a, can be provided for all sensors. In this case, the signals emitted by the sensors are appropriately addressed or coded.
  • Brake pad a Brake pad carrier b Pad material
  • Control unit a PCB b Transmitter / receiver unit 0 Power supply 1 hub 2 wheel 3 rim 4 tires 5 compressed air sensor 6 speed sensor

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Abstract

Ein in eine Bremse, vorzugsweise eine Scheibenbremse, insbesondere für Nutzfahrzeuge, integrierte Steuerungselektronik (9), wobei die Scheibenbremse einen eine Bremsscheibe (3) übergreifenden Bremssattel (1), eine im Bremssattel (1) angeordnete, pneumatische oder elektromotorisch betätigbare Zuspanneinrichtung (6) zum Zuspannen der Bremse aufweist und die der Überwachung bremsenspezifischer Parameter und Regelung von Bremsenkomponenten dienende Steuerungselektronik (9) an eine Stromversorgung angeschlossen ist, ist so ausgebildet, dass in der Steuerungselektronik (9) zumindest eine Sender-/Empfängereinheit (9b) vorgesehen ist, die in Wirkverbindung mit mindestens einem bremsenfremden, radeigenen oder radnahen Sensor steht.

Description

In eine Bremse, vorzugsweise eine Scheibenbremse, integrierte
Steuerungselektronik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine in eine Bremse, vorzugsweise eine Scheibenbremse integrierte Steuerungselektronik entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine in eine Scheibenbremse integrierte Steuerungselektronik ist beispielsweise aus der DE 197 56 519 AI bekannt. Mit einer solchen Steuerungselektronik sind bremsenspezifische Parameter erfassbar und Bremsenkomponenten steuer- und/oder regelbar. Hierzu zählt beispielsweise der Betrieb eines elektromechanischen Verschleißnachstellsystems .
Zur Funktion der Steuerelektronik verfugt diese über eine externe Stromversorgung. Über eine entsprechende Verbindung, wie z. B. eine CAN-Bus- Verbindung, ist die Steuerelektronik in der Lage, mit anderen Fahrzeugsystemen Informationen auszutauschen.
In zunehmendem Umfang werden Regelungs- und Uberwachungssysteme eingesetzt, um fahrzeug- bzw. fahrbetriebsspezifische Daten zu erfassen und auszuwerten. Dabei werden vor allem auch am Fahrzeugrad Sensoren angeordnet, wie beispielsweise Reifendrucksensoren, Radkraftsensoren, Raddrehzahlsensoren oder dergleichen, durch die spezifische Parameter ermittelt und vorzugsweise berührungslos an entsprechende Empfänger- und Auswerteeinheiten übertragen werden. Zur berührungslosen Übertragung dienen sogenannte „Nahfeld-Telemetrie- Systeme", bei denen der jeweils am Fahrzeugrad angeordnete Sensor passiv betrieben wird. Der Sensor verfugt dabei über keine eigene Energiequelle, sondern ist lediglich mit einer Spule ausgestattet, die von einer Sende- und Empfangseinrichtung der stationär angeordneten Auswerte- und
Regeleinrichtung mit elektromagnetischen Impulsen zur Übertragung des Messsignals angeregt wird. Daneben ist es auch bekannt, die Spule akustisch oder optisch anzuregen (DE 10044 266 AI).
Zum Funktionsstart des Sensors wird von der Auswerteelektronik ein
Abfragesignal ausgesandt, durch das ein Kondensator im Sensor geladen wird. Über die im Kondensator gespeicherte Energie wird der Sensor betrieben.
Falls eine Adressierung durch Kodierung erforderlich ist, werden mehrere Sensoren durch die Empfänger- Auswerteelektronik betrieben. Dabei kann die Adressierung durch Kodierung in den Signalen für Abfrage und Antwort erfolgen oder durch die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen für die einzelnen Sensoren.
In jedem Fall benötigt die stationär angeordnete Auswerte- und Regeleinrichtung alle Elemente eines elektronischen Gerätes, wie eine Stromversorgung, eine Signalleitung bzw. eine CAN-Bus- Verbindung, ein Schutzgehäuse mit Verkabelung und/oder Steckverbindung und dergleichen.
Aufgrund der Vielzahl mittlerweile eingesetzter Sensoren muss eine entsprechende Anzahl Empfänger-/ Auswerteelektroniken, die stationär am Fahrzeug befestigt sind, vorgesehen werden, was naturgemäß nur mit erheblichem baulichem Aufwand zu realisieren ist.
Diese Notwendigkeit führt nicht nur zu entsprechenden Herstellungskosten, sondern in Folge auch zu einer erhöhten Störanfälligkeit, da eine Vielzahl von Empfanger-AAuswerteelektroniken natürlich potentielle Störstellen bilden, die einem optimierten Betrieb entgegenstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungselektronik der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass ihre Funktionsfähigkeit erweitert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungselektronik gelöst, die die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Durch diese konstruktive Ausbildung der Steuerungselektronik können neben den elektronischen Bauteilen für die Überwachung und Regelung der Scheibenbremse bzw. bremsenspezifischer Komponenten auch die elektronischen Bauteile, sprich Sender-/Empfangereinheiten für die Sensoren zu einer Baueinheit zusammengefasst werden, die für die Überwachung bremsenfremder Funktionsteile oder Funktionen vorhanden sind.
Durch die Integration dieser zusätzlichen Sender-/Empfängereinheit kann die vorhandene Elektronikumgebung genutzt werden, wodurch eine erhebliche Einsparung an ansonsten notwendigen Baugruppen gegeben ist.
Auch die Montage wird vereinfacht, da nun lediglich eine Steuerelektronik zu installieren ist, wodurch sich nicht nur eine Kostenreduzierung ergibt, sondern auch eine Verringerung der Störanfälligkeiten, die bei einer Mehrzahl von Baueinheiten entsprechend größer ist als lediglich bei einer einzigen.
Desgleichen wird der Platzbedarf minimiert, was insbesondere im Fahrzeugbau eine ständige Zielvorgabe ist, die durch die Erfindung in optimaler Weise erfüllt wird. Die Sensoren können ihre Betriebsenergie aus einer integrierten Energiequelle, beispielsweise einer Batterie, beziehen.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoren mittels des bereits erwähnten, an sich bekannten Telemetrie-Systems betrieben werden, bei dem die Energie des Sendesignals der bremsenintegrierten Sender-/Empfangereinheit genutzt wird.
Durch sequentielle Ansteuerung der jeweiligen Sensoren können deren Messsignale getrennt empfangen, verstärkt und an auswertende Fahrzeugsysteme weitergeleitet werden.
Durch den Einsatz lediglich einer Steuerelektronik für alle im Radbereich installierten Sensoren und den dadurch bedingten Verzicht auf jeweils separate Steuerelektroniken entfällt die Verkabelung für deren Stromversorgung und Signalweiterleitung, ebenso wie jeweils ein Gehäuse mit Steckverbindungen, Abdichtung und Befestigung, Netzteil, Überspannungsschutz und weitere Elektronikkomponenten.
Die Sender-/Empfangereinheit des Telemetrie-Systems kann mit der vorhandenen Bremsensteuerelektronik zusammengefasst und vorzugsweise auf der vorhandenen Leiterplatte installiert werden. Dabei ist die Anordnung der Sender-/Empfangereinheit so gewählt, dass ein störungsfreier Empfang der Sensorsignale ermöglicht wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine an ein Fahrzeugrad angebaute Scheibenbremse in einer schematischen Schnittdarstellung.
In der Figur ist eine Scheibenbremse dargestellt, wie sie prinzipiell in der WO 02/14708 A2 gezeigt und beschrieben ist. Die Scheibenbremse weist einen Bremssattel 1 auf, der eine Bremsscheibe 3 in ihrem oberen Umfangsbereich umfasst.
Beidseitig sind der Bremsscheibe 3 verschiebliche Bremsbeläge 4 zugeordnet, die jeweils ein auf einem Bremsbelagträger 4a aufgebrachtes Belagmaterial 4b aufweisen.
Der Bremssattel 1 ist an einem ortsfesten Achsflansch 5 befestigt und von daher unverschiebbar. Es handelt sich damit um einen sogenannten Festsattel.
Zum Betätigen der Bremsbeläge 4 im Sinne eines Zuspannens und Lösens ist einseitig im Bremssattel eine Zuspanneinrichtung 6 vorgesehen, die mittels eines pneumatisch betriebenen Bremszylinders 7 betätigbar sind. Diese drückt den hier rechten Bremsbelag 4 gegen die Bremsscheibe 3 und dann die Bremsscheibe 3, die verschieblich an der Achse geführt ist, gegen den gegenüberliegenden, reaktionsseitigen Bremsbelag 4.
Jedem Bremsbelag 4 ist eine elektromotorisch antreibbare Nachstelleinrichtung 8 zugeordnet, durch die eine verschleißbedingte Nachstellung der Bremsbeläge 4 erfolgt.
Die Nachstelleinrichtungen 8 stehen in Wirkverbindung mit einer Steuerelektronik 9, die integraler Bestandteil der Scheibenbremse ist, hier außen am Bremssattel 1 angeordnet und im vorliegenden Ausführungsbeispiel fest mit dem Bremssattel 1 verbunden ist. Die Steuerelektronik 9 weist eine Stromversorgung 10 sowie eine nicht dargestellte Datenverbindung, beispielsweise eine CAN-Bus- Verbindung zum Austausch von Informationen mit anderen Fahrzeugsystemen auf. Die Datenübertragung kann auch drahtlos über hier nicht dargestellte Sender und Empfanger erfolgen
Wie in der Figur rein schematisch zu erkennen ist, ist die Scheibenbremse und damit die Steuerelektronik 9 an der Innenseite eines Rades 12 angeordnet, das eine Nabe 11, eine Felge 13 sowie einen Reifen 14 aufweist.
Erfϊndungsgemäß ist in der Steuerelektronik zumindest eine Sender-/Empfangereinheit 9b vorgesehen, die in Wirkverbindung mit wenigstens einem bremsenfremden radeigenen oder radnahen Sensor steht.
Solche Sensoren sind beispielhaft in der Figur als Reifendrucksensor 15 und Drehzahlsensor 16 dargestellt, die mit einer eigenen Stromversorgung versehen sein können, beispielsweise einer Batterie oder, wie bereits erwähnt, mittels eines Telemetrie-Systems betreibbar sind.
Neben den genannten Sensoren sind auch solche radeigenen oder radnahen Sensoren einsetzbar, mit denen beispielsweise die Radlagertemperatur, die Beschleunigung, eine Fahrzeugneigung, ein Abstand oder eine
Bremsscheibentemperatur ermittelbar sind, wobei zur Abstandsermittlung ein Ultraschall- oder Radarabstandssensor einsetzbar ist.
In jedem Fall befindet sich die zugeordnete Sender-/Empfängereinheit 9b in der Steuerelektronik 9, wobei für alle Sensoren eine gemeinsame, vorzugsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte 9a montierte Sender-/Empfängereinheit 9b vorgesehen sein kann. In diesem Fall sind die von den Sensoren abgegebenen Signale entsprechend adressiert bzw. kodiert. Bezugszeichen
Bremssattel
Bremsscheibe
Bremsbelag a Bremsbelagträger b Belagmaterial
Achsflansch
Zuspanneinrichtung
Bremszylinder
Nachstelleinrichtung
Steuerungseinheit a Leiterplatte b Sende-/Empfangereinheit 0 Stromversorgung 1 Nabe 2 Rad 3 Felge 4 Reifen 5 Druckluftsensor 6 Drehzahlsensor

Claims

Patentansprüche
1. In eine Bremse, vorzugsweise eine Scheibenbremse, insbesondere für Nutzfahrzeuge, integrierte Steuerungselektronik (9), wobei die Scheibenbremse einen eine Bremsscheibe (3) übergreifenden
Bremssattel (1), eine im Bremssattel (1) angeordnete, pneumatische oder elektromotorisch betätigbare Zuspanneinrichtung (6) zum Zuspannen der Bremse aufweist und die der Überwachung bremsenspezifischer Parameter und Regelung von Bremsenkomponenten dienende Steuerungselektronik (9) an eine Stromversorgung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerungselektronik (9) zumindest eine Sender-/Empfangereinheit (9b) vorgesehen ist, die in Wirkverbindung mit mindestens einem bremsenfremden, radeigenen oder radnahen Sensor steht.
2. Steuerungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Sensor mit einer Eigenstromversorgung, vorzugsweise einer Batterie versehen ist.
3. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender-/Empfangereinheit (9b) und der Sensor mittels eines an sich bekannten Telemetrie-Systems betreibbar sind.
4. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Sensor eine Sender-/Empfängereinheit (9b) in der Steuerungselektronik (9) zugeordnet ist.
5. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle radeigenen oder radnahen Sensoren mit einer einzigen Sender-/Empfängereinheit (9b) in Wirkverbindung stehen.
6. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den einzelnen Sensoren ausgesandte Signale zur Unterscheidung durch die Sender-/Empfängereinheit (9b) adressiert bzw. kodiert sind.
7. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sender-/Empfangereinheit (9b) auf einer Leiterplatte (9a) der vorhandenen Bremsensteuerelektronik installiert ist.
8. Steuerungselektronik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sender-/Empfangereinheit (9b) so positioniert ist, dass ein störungsfreier Empfang der Sensorsignale möglich ist.
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