WO2008012256A1 - Fahrzeugbremse mit bremskraftmesseinrichtung - Google Patents

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WO2008012256A1
WO2008012256A1 PCT/EP2007/057451 EP2007057451W WO2008012256A1 WO 2008012256 A1 WO2008012256 A1 WO 2008012256A1 EP 2007057451 W EP2007057451 W EP 2007057451W WO 2008012256 A1 WO2008012256 A1 WO 2008012256A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical waveguide
brake
friction
vehicle brake
braking force
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/057451
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ante
Stephan Heinrich
Hans-Peter Landgraf
Torsten Reitmeier
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2008012256A1 publication Critical patent/WO2008012256A1/de

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    • 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
    • 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
    • F16D2066/005—Force, torque, stress or strain

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle brake with at least one friction element and a rotatably mounted E lement for friction, wherein the friction elements against the element for Reibungsauf ⁇ measure is pressed to generate the braking ⁇ effect and with a sensor for detecting the between the Friction element and the element for frictional absorption applied braking force.
  • a vehicle speed systems which convert the kinetic energy of the vehicle via a friction process into heat.
  • the ⁇ types of braking systems are used in rail vehicles as well as aircraft in which the landing gear wheels are braked on landing. But especially in road-bound vehicles, such as passenger cars, trucks and motorcycles, the braking process is carried out with the aid of a friction-based braking system.
  • Disc brakes are known to the person skilled in the art.
  • an actuator is used in hydraulically operated disc brakes usually a piston which is displaceable by hydraulic pressure in the direction of actuation. If it is an electromechanically actuated disc brake, an electromechanical actuator is used.
  • the actuator presses the friction elements, which are designed as brake pads in a disk brake, against the disk formed as a friction- receiving element.
  • a self-amplifying device can be arranged, which automatically amplifies the actuating force generated by the electromechanical actuator during a braking operation and without the input of external energy.
  • Such a self-reinforcing effect uses, for example, the wedge brake.
  • the applied braking force constantly and possibly lent must be accurately detected during operation of the vehicle brake to reliably and accurately control the braking force that predetermined by a user of the brake Brake request is met.
  • applied braking force is meant here the force acting between the friction elements and the frictional engagement element, which force is generated when the frictional elements are in braking contact with the frictional engagement element.
  • the invention is therefore based on the object to provide a driving ⁇ zeugbremse in which the measurement of the applied braking force is accurate and reliable possible. This problem is solved by the features of the independent An ⁇ entitlement. Advantageous developments are the subject of the respective subclaims.
  • the senor includes at least one Lichtwel ⁇ lenleiter which is angeord ⁇ net in the force flow of the vehicle brake and which is deformed by the applied braking force, bringing its transmission property for the inserted ⁇ incident light waves changes.
  • the change of the transmission properties can take place both with respect to the intensity of the light waves and with respect to the mode distribution of the light waves.
  • the optical fiber also reacts to small force changes with well measurable changes in the optical properties. In the field of very hot parts of the vehicle brake no electronic components need to be ⁇ arranged to determine the anlie ⁇ constricting force by means of the optical waveguide.
  • the change of Transmissionsei ⁇ properties of the light wave pus is a direct measure of the change of the applied force.
  • the optical fiber has no hysteresis effects.
  • the sensor for detecting the braking force also detects the pressure with which the friction element is pressed against the element for friction absorption. This includes not only the information about the applied braking force the FLAE ⁇ che must be known with which the friction element is pressed onto the element for up friction. The brake pressure is just ⁇ if a valuable information for controlling the vehicle brake is.
  • the change in the transmission properties of the optical waveguide for light waves is used by the deformation of the cross section of the optical waveguide for determining the braking force.
  • a relatively high force can be exerted, without that of the optical waveguide would be damaged.
  • the relatively high braking force can be detected particularly advantageously by the deformation of the cross section of the optical waveguide.
  • the light waveguide is associated with a light source that emits light waves in the optical waveguide.
  • the optical waveguide is assigned a light receiver, which receives the light waves transported by the optical waveguide and converts them into an electrical signal.
  • the light source and the light receiver together with the optical waveguide form a brake force sensor.
  • the generated electrical signals from the light receiver can be processed particularly well to control the braking force.
  • an evaluation unit evaluates the signals of the light receiver and uses them to control the braking force.
  • Figure 1 a schematic sectional view of a vehicle brake
  • Figure 2 a section of the vehicle brake shown in Figure 1;
  • Figure 3 the operation of the force sensor
  • FIG. 4 shows the sensor arrangement known from FIG. 3 in the force-free state
  • FIG. 5 a plan view of a brake piston
  • FIG. 6 is a further plan view of a brake piston
  • FIG. 7 a drum brake
  • FIG. 8 shows a section through an optical waveguide
  • FIG. 9 shows an optical waveguide under the action of the braking force
  • Figures 10 to 13 exemplary embodiments of the grooves.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a floating caliper disc brake 1 for a motor vehicle in section.
  • the disk brake 1 has a follower on a hub 2 of a non-white wheel ⁇ ter illustrated brake disk 3, are pressed against the both sides of the friction elements 4 in the form of brake linings under a braking operation.
  • the brake disc ⁇ 3 here forms the element for friction recording.
  • the friction elements 4 are mounted in a caliper 5, which spans the brake disc 3.
  • the illustrated disc brake 1 has only one actuator 7, which is arranged on one side of the brake disc 3.
  • the caliper 5 is supported in a longitudinally displaceable ver ⁇ so that it applies a force applied by the actuator 7 Bramskraft F evenly on both sides of the brake disc.
  • an electromechanically acting actuator 7 is to be used in the vehicle brake 1.
  • floating caliper disc brakes have the disadvantage of a relatively large elastic deformation or distortion, so that an imprecise fixable pressure point results.
  • the actuator 7 has brake pistons 17, which are arranged movably in the actuator 7.
  • An electric motor for example, which is also arranged in the actuator, can displace the brake pistons 17 and thus build up the braking force F against the friction elements 7. This results in a power flow from Aktua ⁇ tor 7 via the caliper 5 to the right friction element 4 and the actuator 7 directly to the left friction element 4. Thus, both friction elements 4 are pressed against the brake disc 3.
  • To measure the applied braking force of the vehicle brake are formed 1 sensors that detect the set to ⁇ braking force F in the power flow.
  • the sensors comprise light ⁇ waveguide 6, which are arranged on the brake piston 17.
  • the arrangement of the optical waveguide 6 to the brake piston 17 is only by way of example to understand here since the optical waveguide 6 at each point of the power flow in the vehicle brake ⁇ be used.
  • the built up by the brake actuator 7 ⁇ force F deforms the optical waveguide 6, whereby the opti cal ⁇ transmission characteristics for incident light waves 13 to be changed.
  • This change of the transmission own shafts for incident light waves 13 can of a
  • Light receiver 9 are detected.
  • the change in the transmission properties for incident light waves 13 takes place in accordance with the deformation of the optical waveguide 6, which in turn is proportional to the force acting on the optical waveguide 6 braking force F. This is the change of
  • FIG. 2 shows a detail of that shown in FIG
  • Vehicle brake 1 It can be seen a part of the caliper 5 and the actuator 7 with its brake piston 17. Between the brake piston 17 and the brake caliper 5, the Lichtwellenlei ⁇ ter 6 are arranged. The applied braking force F acts directly on the optical waveguide 6.
  • the optical waveguide 6 are arranged in guide grooves 19.
  • the guide grooves 19 prevent, on the one hand, the unintentional displacement of the optical waveguides 6, and on the other hand, the guide grooves 19 can be shaped in such a way that, given a certain applied braking force F, the deformation of the optical waveguide 6 takes place in a very specific and targeted form. Shown here are, for example, a pointed guide groove 19 and a guide groove 19, which is represented as a polygon.
  • Light waves 13 are acted upon application of the braking force F to the optical waveguide 6.
  • FIG. 3 shows the operation of the entire force sensor, which consists of the optical waveguide 6, the light source 8 and the light receiver 9.
  • an evaluation ⁇ unit 11 can be seen with a microcontroller 12.
  • the evaluation unit 11 can be, for example, the light source 8 ansteu ⁇ ren, the light waves 13 having a certain intensity and a certain spectrum in the optical waveguide 6 emits.
  • the light waves 13 are due to the total reflection on the walls of the optical waveguide 6 in the optical waveguide. 6 guided.
  • FIG. 3 illustrates a situation in which the actuator 7 with its brake pistons 17 exerts a braking force F on the friction elements 4.
  • the arranged between the brake piston 17 and the friction element 4 optical waveguide 6 is deformed by the braking force F.
  • This deformation causes a change in the transmission properties of the optical waveguide 6 for the irradiated light waves 13.
  • the intensity of the light waves 13 can be reduced by, for example, in the region of the deformation of the optical waveguide 6 from the
  • Optical fibers 6 are partially scattered out.
  • the mode distribution of the incident light waves 13 can be changed, which can also be detected with the light receiver 9.
  • Both the intensity information and the mode information and the change in the spectral composition of the light waves 13 when passing through the optical waveguide 6 deformed under the braking force F can be used to evaluate the braking force F applied to the optical waveguide 6.
  • the light receiver 9 is connected by means of electrical lines 10 to the evaluation unit 11.
  • a microcontroller 12 may be arranged, which converts the received signals immediately into control signals for a motor vehicle electronics.
  • the information about the applied braking force F is provided by the evaluation unit 11 via the electrical line 10 of the subsequent vehicle electronics available. With this information, for example, the braking force F can be regulated very accurately in an electric wedge brake.
  • FIG. 4 shows the sensor arrangement known from FIG. 3 in the force-free state.
  • a microcontroller 12 can be seen, which is arranged in an evaluation unit 11.
  • the evaluation unit 11 controls the light source 8, which emits the light waves 13 in the optical waveguide 6.
  • the actuator 7 now generates no force with its brake piston 17, with which no deformation of the optical waveguide 6 takes place.
  • the irradiated in the optical waveguide 6 light waves 13th can now pass through the optical waveguide 6 unhindered and thus reach the light receiver 9.
  • the light receiver 9 detects a signal which differs significantly from that which results after the situation illustrated in FIG. In this way, it is possible to safely detect the force-free ⁇ en case of the vehicle brake.
  • the signals of the light receiver 9 are transmitted via electrical lines 10 to the evaluation unit 11.
  • the evaluation unit 11 can process the signals with the microcontroller 12 integrated therein and output corresponding information to the subsequent vehicle electronics via electrical lines 10. It can clearly be seen in FIGS. 3 and 4 that in the hot region of the vehicle brake, namely in the vicinity of the friction element 4, only the optical waveguides 6 are arranged. Optical waveguides 6 can be made of very robust materials, which are especially resistant to high temperatures.
  • the necessary electronic evaluation ⁇ unit 11 may be arranged at a suitable distance from the hot area of the vehicle brake 1, whereby the present in the evaluation unit 11 electronics is not thermally stressed.
  • FIG. 5 shows a plan view of the brake piston 17 to he ⁇ is know in the disposed on the brake piston 17 Lichtwel- lenleiter 6.
  • FIG. 6 also shows the brake piston 17 with the optical waveguide 6 arranged thereon.
  • the optical waveguide 6 is arranged in a helical manner on the surface of the brake piston 17.
  • FIGS. 5 and 6 show, by way of example only, the arrangement of the optical waveguide 6 on the brake piston 17.
  • a vehicle brake 1 in the form of a drum brake is Darge ⁇ represents.
  • the drum brake consists of a brake drum 15, which here forms the element for friction absorption, and brake shoes 14, which represent the friction elements 4 here.
  • the wheel brake cylinder 16 forms the actuator 7, which in turn contains brake piston 17 which transmit the braking force F generated by the actuator 7 to the friction elements 4.
  • the Lichtwellenlei- ter 6 are again arranged.
  • the braking force F is composed by the brake ⁇ piston 17 and the optical waveguide 6 on the friction elements 4 on.
  • the arranged between the friction elements 4 and the brake piston 17 optical waveguide 6 are deformed under the influence of the braking force F. This deformation can be used to determine the applied braking force F and to control the brake system accordingly.
  • FIG. 8 shows a section through an optical waveguide 6, the center axis 18 being marked in the optical waveguide 6.
  • the optical waveguide 6 is mounted without force, which means that no braking force F is generated by the actuator 7.
  • the optical waveguide 6 has an ideal round shape, and it can optimally transmit the irradiated light waves 13.
  • FIGS. 10 to 13 show exemplary embodiments of the grooves 19 in which the optical waveguides 6 are arranged. Also in the design of these grooves 19 there are many variations.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse mit mindestens einem Reibelement (4) und einem drehbar gelagerten Element zur Reibungsaufnahme (3), wobei zur Erzeugung der Bremswirkung das Reibelemente gegen das Element zur Reibungsaufnahme gepresst wird und mit einem Sensor zur Erfassung der zwischen dem Reibelement und dem Element zur Reibungsaufnahme anliegenden Bremskraft. Um eine Fahrzeugbremse bereitzustellen, bei der die Messung der anliegenden Bremskraft genau und zuverlässig möglich ist, wird vorgeschlagen, dass der Sensor mindestens einen Lichtwellenleiter (6) aufweist, der im Kraftfluss der Fahrzeugbremse d.h. zwischen den Aktuator 7 und dem Reibelement und/oder dem Aktuator und dessen Reaktionskraftaufnahme am Bremssattel (5) angeordnet ist und von der anliegenden Bremskraft verformt wird, womit sich seine Transmissionseigenschaft für die eingestrahlten Lichtwellen ändert.

Description

Beschreibung
FAHRZEUGBREMSE MIT BREMSKRAFTMESSEINRICHTUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse mit mindestens einem Reibelement und einem drehbar gelagerten E- lement zur Reibungsaufnahme, wobei zur Erzeugung der Brems¬ wirkung das Reibelemente gegen das Element zur Reibungsauf¬ nahme gepresst wird und mit einem Sensor zur Erfassung der zwischen dem Reibelement und dem Element zur Reibungsaufnahme anliegenden Bremskraft .
Zum Verzögern einer Fahrzeuggeschwindigkeit werden in aller Regel Systeme eingesetzt, die die kinetische Energie des Fahrzeuges über einen Reibungsprozess in Wärme Umsetzen. Der¬ artige Bremssysteme werden bei schienengebundenen Fahrzeugen genauso eingesetzt wie bei Luftfahrzeugen, bei denen bei der Landung die Fahrwerksräder abgebremst werden. Vor allem aber bei straßengebundenen Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Motorrädern erfolgt der Bremsprozess mit Hilfe eines reibungsbasierten Bremssystems.
Bei straßengebundenen Fahrzeugen werden vielfach Scheibenbremsen eingesetzt. Scheibenbremsen sind dem Fachmann be- kannt . Als Aktuator dient bei hydraulisch betätigten Scheibenbremsen üblicherweise ein Kolben, der mittels Hydraulikdruck in Betätigungsrichtung verschiebbar ist. Handelt es sich um eine elektromechanisch betätigte Scheibenbremse, kommt ein elektromechanischer Aktuator zum Einsatz. Der Aktu- ator presst die Reibelemente, die bei einer Scheibenbremse als Bremsklötze ausgebildet sind, gegen das als Scheibe aus¬ gebildete Element zur Reibungsaufnahme. Zwischen einem elekt- romechanischen Aktuator und wenigstens einem Reibbelag kann eine Selbstverstärkungseinrichtung angeordnet sein, die die vom elektromechanischen Aktuator erzeugte Betätigungskraft bei einem Bremsvorgang selbsttätig und ohne Zufuhr von Fremd¬ energie verstärkt. Einen solchen Selbstverstärkungseffekt nutzt zum Beispiel die Keilbremse. Insbesondere bei einer Fahrzeugbremse mit elektromechanischem Aktuator und unabhängig von ihrem genauen konstruktiven Aufbau muss im Betrieb der Fahrzeugbremse die anliegende Bremskraft ständig und mög- liehst genau erfasst werden, um die Bremskraft zuverlässig und genau so regeln zu können, dass eine von einem Benutzer der Bremse vorgegebene Bremsanforderung eingehalten wird. Mit dem Begriff "anliegende Bremskraft" ist hier die zwischen den Reibelementen und dem Element zur Reibungsaufnahme wirkende Kraft gemeint, die erzeugt wird, wenn die Reibelemente sich zum Abbremsen im Kontakt mit dem Element zur Reibungsaufnahme befinden .
Um die anliegende Bremskraft zu ermitteln, wird beispielswei- se ein Dehnungsmessstreifen auf den Bremssattel aufgebracht und dessen Verformung wird während eines Bremsvorgangs gemes¬ sen. Jedoch ist die Genauigkeit der Kraftmessung bisher nur unzureichend, da die verwendeten Sensoren Hystereseeffekte zeigen und sich überdies ihr Ausgabesignal mit der Temperatur ändert. Letzteres ist deshalb kritisch, weil sich der Sensor in der Regel in der Nähe eines sich im Bremsbetrieb stark er¬ hitzenden Reibelementes befindet. Integrierte Schaltkreise, insbesondere die in Sensoren häufig zum Einsatz kommenden ASICS, haben Probleme damit, den an der Bremse auftretenden hohen Temperaturen standzuhalten und laufen Gefahr, in ihnen gespeicherte Informationen zu verlieren oder völlig zerstört zu werden. Bisher verwendete Sensorelemente, insbesondere Dehnungsmessstreifen, erreichen hinsichtlich prozesstechnischer Qualität und Lebensdauer nicht die Anforderungen, die im Automobilbereich gestellt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fahr¬ zeugbremse bereitzustellen, bei der die Messung der anliegenden Bremskraft genau und zuverlässig möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen An¬ spruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist der Sensor mindestens einen Lichtwel¬ lenleiter auf, der im Kraftfluss der Fahrzeugbremse angeord¬ net ist und der von der anliegenden Bremskraft verformt wird, womit sich seine Transmissionseigenschaft für die einge¬ strahlten Lichtwellen ändert. Die Änderung der Transmissions- eigenschaften kann sowohl bezüglich der Intensität der Lichtwellen als auch bezüglich der Modenverteilung der Lichtwellen erfolgen. Der Lichtwellenleiter reagiert auch auf kleine Kräfteänderungen mit gut messbaren Veränderungen der optischen Eigenschaften. Im Bereich der sehr heißen Teile der Fahrzeugbremse müssen keinerlei elektronische Bauteile ange¬ ordnet werden, um mittels des Lichtwellenleiters die anlie¬ gende Kraft zu bestimmen. Die Änderung der Transmissionsei¬ genschaften des Lichtwelleneiters ist ein direktes Maß für die Änderung der anliegenden Kraft. Im Gegensatz zu Dehnungs- messstreifen weist der Lichtwellenleiter keine Hystereseeffekte auf.
Bei einer Weiterbildung erfasst der Sensor zur Erfassung der Bremskraft auch den Druck mit dem das Reibelement gegen das Element zur Reibungsaufnahme gepresst wird. Hierzu muss neben der Information über die anliegende Bremskraft auch die Flä¬ che bekannt sein, mit der das Reibelement auf das Element zur Reibungsaufnahme gepresst wird. Der Bremsdruck stellt eben¬ falls eine wertvolle Information zur Steuerung der Fahrzeug- bremse dar.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird die Veränderung der Transmissionseigenschaften des Lichtwellenleiters für Lichtwellen durch die Verformung des Querschnittes des Lichtwel- lenleiters zur Bestimmung der Bremskraft verwendet. Auf den des Querschnittes des Lichtwellenleiters kann eine relativ hohe Kraft ausgeübt werden, ohne, dass der Lichtwellenleiter dadurch beschädigt werden würde. Damit kann durch die Verformung des Querschnittes des Lichtwellenleiters die relativ ho¬ he Bremskraft besonders vorteilhaft erfasst werden.
Bei einer Ausgestaltung ist dem Lichtwellenleiter eine Lichtquelle zugeordnet, die Lichtwellen in den Lichtwellenleiter abstrahlt. Daneben ist dem Lichtwellenleiter ein Lichtempfänger zugeordnet, der die durch den Lichtwellenleiter transportierten Lichtwellen aufnimmt und in ein elektrisches Signal wandelt. Die Lichtquelle und der Lichtempfänger bilden zusammen mit dem Lichtwellenleiter einen Bremskraftsensor. Die erzeugten elektrischen Signale aus dem Lichtempfänger lassen sich besonders gut zu Steuerung der Bremskraft weiter verarbeiten .
Bei einer nächsten Ausgestaltung wertet eine Auswerteeinheit die Signale des Lichtempfängers aus und verwendet sie zur Steuerung der Bremskraft .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfol¬ gend unter Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen angegeben. In der Zeichnungen zeigen :
Figur 1: eine schematisierte Schnittdarstellung einer Fahrzeugbremse;
Figur 2: einen Ausschnitt der in Figur 1 dargestellten Fahrzeugbremse;
Figur 3: die Wirkungsweise des Kraftsensors;
Figur 4 : die aus der Figur 3 bekannte Sensoranordnung im kräftefreien Zustand;
Figur 5: eine Draufsicht auf einen Bremskolben; Figur 6: eine weitere eine Draufsicht auf einen Bremskolben;
Figur 7: eine Trommelbremse;
Figur 8: einen Schnitt durch einen Lichtwellenleiter;
Figur 9: einen Lichtwellenleiter unter der Einwirkung der Bremskraft;
Figuren 10 bis 13: beispielhaft Ausgestaltungen der Nuten.
Figur 1 zeigt in schematisierter Darstellung einer Schwimmsattel-Scheibenbremse 1 für ein Kraftfahrzeug im Schnitt. Die Scheibenbremse 1 weist eine auf einer Nabe 2 eines nicht wei¬ ter dargestellten Rades mitlaufende Bremsscheibe 3 auf, an die von beiden Seiten Reibelemente 4 in Form von Bremsbelägen im Rahmen eines Bremsvorgangs gepresst werden. Die Brems¬ scheibe 3 bildet hier das Element zur Reibungsaufnahme. Die Reibelemente 4 sind in einem Bremssattel 5 angebracht, der die Bremsscheibe 3 umspannt. Als Schwimmsattelbremse hat die dargestellte Scheibenbremse 1 nur einen Aktuator 7, der auf einer Seite der Bremsscheibe 3 angeordnet ist. Zur im Wesent¬ lichen gleichmäßigen Übertragung der Bremskraft auf beide Seiten der Bremsscheibe 3 ist der Bremssattel 5 längs ver¬ schieblich gelagert, so dass er eine von dem Aktuator 7 aufgebrachte Bramskraft F gleichmäßig auf beide Seiten der Bremsscheibe 3 aufbringt.
Im vorliegenden Beispiel soll ein elektromechanisch wirkender Aktuator 7 in der Fahrzeugbremse 1 verwendet werden. Gegenüber bekannten hydraulischen Scheibenbremsen fehlt bei einer elektromechanisch aktivierten Scheibenbremse jede Rückmeldung einer an der Scheibenbremse 1 anliegenden Bremskraft an einen Fahrer. Zudem weisen Schwimmsattel-Scheibenbremsen den Nachteil einer relativ großen elastischen Verformung bzw. Verwindung auf, so dass sich ein nur ungenau festlegbarer Druck- punkt ergibt. Diese beiden vorstehend genannten Eigenschaften machen eine permanente und möglichst genaue Ermittlung einer im Betrieb aktuell an der Bremsscheibe 3 anliegenden Brems¬ kraft F erforderlich.
Der Aktuator 7 weist Bremskolben 17 auf, die beweglich im Ak- tuator 7 angeordnet sind. Ein Elektromotor beispielsweise, der auch in dem Aktuator angeordnet ist, kann die Bremskolben 17 verschieben und damit die Bremskraft F gegen die Reibele- mente 7 aufbauen. Hierbei entsteht ein Kraftfluss vom Aktua¬ tor 7 über den Bremssattel 5 hin zum rechten Reibelement 4 sowie vom Aktuator 7 direkt zum linken Reibelement 4. Damit werden beide Reibelemente 4 gegen die Bremsscheibe 3 ge- presst. Zur Messung der anliegenden Bremskraft sind im Kraft- fluss der Fahrzeugbremse 1 Sensoren ausgebildet, die die an¬ gelegte Bremskraft F erfassen. Die Sensoren umfassen Licht¬ wellenleiter 6, die auf den Bremskolben 17 angeordnet sind. Die Anordnung der Lichtwellenleiter 6 auf den Bremskolben 17 ist hier aber nur beispielhaft zu verstehen, da die Lichtwel- lenleiter 6 an jeder Stelle des Kraftflusses in der Fahrzeug¬ bremse einsetzbar sind. Die vom Aktuator 7 aufgebaute Brems¬ kraft F verformt die Lichtwellenleiter 6, womit deren opti¬ sche Transmissionseigenschaften für eingestrahlte Lichtwellen 13 verändert werden. Diese Änderung der Transmissionseigen- Schäften für eingestrahlte Lichtwellen 13 kann von einem
Lichtempfänger 9 detektiert werden. Die Änderung der Transmissionseigenschaften für eingestrahlte Lichtwellen 13 erfolgt entsprechend der Verformung der Lichtwellenleiter 6, die wiederum proportional zu der auf die Lichtwellenleiter 6 wirkenden Bremskraft F ist. Damit ist die Veränderung der
Transmissionseigenschaften für die eingestrahlten Lichtwellen 13 proportional zu der auf den Lichtwellenleiter 6 wirkenden Kraft F. Mit dem hier vorgestellten Aufbau ist auf einfache Art und Weise eine hochgenaue Messung der an der Fahrzeug- bremse 1 anliegenden Bremskraft F realisierbar. Im heißen Bereich der Fahrzeugbremse 1, der durch die Reibung der Reibelemente 4 an dem Reibungsaufnehmer 3 entsteht, ist kein Ein- satz von elektronischen Bauelementen notwendig. Allein die Lichtwellenleiter 6, die zum Beispiel aus robustem Fiberglas hergestellt sein können, werden durch den heißen Bereich der Fahrzeugbremse geführt, womit eine sichere und langzeitstabi- Ie Messung der anliegenden Bremskraft F möglich wird. Darüber hinaus zeigen die Lichtwellenleiter 6 keine Hysetreseeffekte und die Messergebnisse sind nicht abhängig von der an den Reibelementen 4 erzeugten Temperatur.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 1 dargestellten
Fahrzeugbremse 1. Zu erkennen ist ein Teil des Bremssattels 5 sowie der Aktuator 7 mit seinem Bremskolben 17. Zwischen dem Bremskolben 17 und dem Bremssattel 5 sind die Lichtwellenlei¬ ter 6 angeordnet . Die anliegende Bremskraft F wirkt direkt auf die Lichtwellenleiter 6. Die Lichtwellenleiter 6 sind in Führungsnuten 19 angeordnet. Die Führungsnuten 19 verhindern zum einen das ungewollte Verschieben der Lichtwellenleiter 6, zum anderen können die Führungsnuten 19 derart geformt sein, dass bei einer bestimmten anliegenden Bremskraft F die Ver- formung des Lichtwellenleiters 6 in einer ganz speziellen und gezielten Form erfolgt. Dargestellt sind hier zum Beispiel eine spitze Führungsnut 19 und eine Führungsnut 19, die sich als Polygonzug darstellt. Durch eine vorteilhafte Ausgestal¬ tung der Führungsnuten 19 kann gezielt auf die mögliche Ände- rung der Transmissionseigenschaften für die eingestrahlten
Lichtwellen 13 beim Anlegen der Bremskraft F an die Lichtwellenleiter 6 hingewirkt werden.
Figur 3 zeigt die Wirkungsweise des gesamten Kraftsensors, der aus dem Lichtwellenleiter 6, der Lichtquelle 8 und dem Lichtempfänger 9 besteht. Darüber hinaus ist eine Auswerte¬ einheit 11 mit einem MikroController 12 zu erkennen. Die Auswerteeinheit 11 kann zum Beispiel die Lichtquelle 8 ansteu¬ ern, die Lichtwellen 13 mit einer bestimmten Intensität und einem bestimmten Spektrum in den Lichtwellenleiter 6 aussendet. Die Lichtwellen 13 werden auf Grund der Totalreflexion an den Wänden des Lichtwellenleiters 6 im Lichtwellenleiter 6 geführt. In Figur 3 ist eine Situation dargestellt, in der der Aktuator 7 mit seinen Bremskolben 17 eine Bremskraft F auf die Reibelemente 4 ausübt. Der zwischen dem Bremskolben 17 und dem Reibelement 4 angeordnete Lichtwellenleiter 6 wird durch die Bremskraft F verformt . Diese Verformung verursacht eine Veränderung der Transmissionseigenschaften des Lichtwellenleiters 6 für die eingestrahlten Lichtwellen 13. Durch die Verformung des Lichtwellenleiters 6 kann die Intensität der Lichtwellen 13 verringert werden, indem sie zum Beispiel im Bereich der Verformung des Lichtwellenleiters 6 aus dem
Lichtwellenleiter 6 teilweise herausgestreut werden. Darüber hinaus kann die Modenverteilung der eingestrahlten Lichtwellen 13 verändert werden, was auch mit dem Lichtempfänger 9 detektiert werden kann. Sowohl die Intensitätsinformation als auch die Modeninformation und die Veränderung der spektralen Zusammensetzung der Lichtwellen 13 beim Durchgang durch den unter der Bremskraft F verformten Lichtwellenleiter 6 können zur Bewertung der auf den Lichtwellenleiter 6 ausgeübten Bremskraft F herangezogen werden. Dazu ist der Lichtempfänger 9 mittels elektrischer Leitungen 10 mit der Auswerteeinheit 11 verbunden. In der Auswerteeinheit 11 kann ein Mikrocont- roller 12 angeordnet sein, der die empfangenen Signale sofort in Steuersignale für eine Kraftfahrzeugelektronik umsetzt. Die Information über die anliegende Bremskraft F wird von der Auswerteeinheit 11 über die elektrische Leitung 10 der nachfolgenden Fahrzeugelektronik zur Verfügung gestellt . Mit diesen Informationen kann beispielsweise die Bremskraft F in einer elektrischen Keilbremse sehr genau reguliert werden.
Figur 4 zeigt die aus der Figur 3 bekannte Sensoranordnung im kräftefreien Zustand. Wiederum ist ein MikroController 12 zu erkennen, der in einer Auswerteeinheit 11 angeordnet ist. Die Auswerteeinheit 11 steuert die Lichtquelle 8 an, die die Lichtwellen 13 in den Lichtwellenleiter 6 aussendet. Der Ak- tuator 7 erzeugt nun keine Kraft mit seinem Bremskolben 17, womit auch keine Verformung des Lichtwellenleiters 6 erfolgt . Die in den Lichtwellenleiter 6 eingestrahlten Lichtwellen 13 können den Lichtwellenleiter 6 nun ungehindert passieren und gelangen so zum Lichtempfänger 9. Der Lichtempfänger 9 detek- tiert ein Signal, das sich deutlich von dem unterscheidet, das sich nach der in der Figur 3 dargestellten Situation er- gibt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den kräftefrei¬ en Fall der Fahrzeugbremse sicher zu erfassen. Die Signale des Lichtempfängers 9 werden über elektrische Leitungen 10 an die Auswerteeinheit 11 übermittelt. Die Auswerteeinheit 11 kann mit dem in ihr integrierten MikroController 12 die Sig- nale verarbeiten und entsprechende Informationen an die nachfolgende Fahrzeugelektronik über elektrische Leitungen 10 ausgeben. In den Figuren 3 und 4 ist deutlich zu erkennen, dass im heißen Bereich der Fahrzeugbremse, nämlich in der Nähe des Reibelementes 4, nur die Lichtwellenleiter 6 angeord- net sind. Lichtwellenleiter 6 können aus sehr robusten Materialien hergestellt werden, die vor allem gegen hohe Temperaturen beständig sind. Die notwendige elektronische Auswerte¬ einheit 11 kann in entsprechender Entfernung vom heißen Bereich der Fahrzeugbremse 1 angeordnet sein, wodurch die in der Auswerteeinheit 11 vorhandene Elektronik nicht thermisch belastet wird.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf den Bremskolben 17. Zu er¬ kennen ist der auf dem Bremskolben 17 angeordnete Lichtwel- lenleiter 6. Als mögliche Anordnung ist hier in Figur 5 eine schlangenlinienförmige Aufbringung des Lichtwellenleiters 6 auf den Bremskolben 17 gezeigt. Auch Figur 6 zeigt den Bremskolben 17 mit dem darauf angeordneten Lichtwellenleiter 6. Hier ist der Lichtwellenleiter 6 in einer schneckenförmigen Weise auf der Oberfläche des Bremskolbens 17 angeordnet.
Die Figuren 5 und 6 zeigen nur beispielhaft die Anordnung des Lichtwellenleiters 6 auf dem Bremskolben 17. Es sind jedoch vielfältige Anordnungen des Lichtwellenleiters 6 im gesamten Kraftfluss der Fahrzeugbremse denkbar. Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 7 eine Fahrzeugbremse 1 in Form einer Trommelbremse darge¬ stellt. Die Trommelbremse besteht aus einer Bremstrommel 15, die hier das Element zur Reibungsaufnahme bildet, und Brems- backen 14, die hier die Reibelemente 4 darstellen. Der Radbremszylinder 16 bildet den Aktuator 7, der wiederum Bremskolben 17 enthält, die die vom Aktuator 7 erzeugte Bremskraft F auf die Reibelemente 4 übertragen. Zwischen den Bremskolben 17 und den Reibelementen 4 sind abermals die Lichtwellenlei- ter 6 angeordnet. Die Bremskraft F setzt sich über die Brems¬ kolben 17 und die Lichtwellenleiter 6 auf die Reibelemente 4 fort. Die zwischen den Reibelementen 4 und den Bremskolben 17 angeordneten Lichtwellenleiter 6 werden unter dem Einfluss der Bremskraft F verformt. Diese Verformung kann genutzt wer- den, um die anliegende Bremskraft F zu ermitteln und das Bremssystem entsprechend zu steuern.
Figur 8 zeigt einen Schnitt durch einen Lichtwellenleiter 6, wobei im Lichtwellenleiter 6 die Mittelachse 18 gekennzeich- net ist. Im Beispiel der Figur 8 ist der Lichtwellenleiter 6 kräftefrei gelagert, was bedeutet, dass keine Bremskraft F vom Aktuator 7 erzeugt wird. Der Lichtwellenleiter 6 hat eine ideale runde Form, und er kann die eingestrahlten Lichtwellen 13 optimal übertragen.
In Figur 9 ist der Lichtwellenleiter 6 in einem Schnitt unter der Einwirkung der Bremskraft F dargestellt. Die Verformung des Querschnittes Lichtwellenleiters 6 wird zur Bestimmung der Bremskraft F verwendet. Der Lichtwellenleiter 6 zeigt nun eine elliptische Verformung, wodurch sich seine Transmissi¬ onseigenschaften für die eingestrahlten Lichtwellen 13 im Vergleich zu der in Figur 8 dargestellten Situation verändern. Diese Veränderung der Transmissionseigenschaften für die eingestrahlten Lichtwellen 13 kann hervorragend genutzt werden, um die anliegende Bremskraft F zu ermitteln. Die Figuren 10 bis 13 zeigen beispielhaft Ausgestaltungen der Nuten 19, in denen die Lichtwellenleiter 6 angeordnet sind. Auch bei der Ausgestaltung dieser Nuten 19 gibt es vielfältige Variationsmöglichkeiten. Mit der Ausgestaltung der Nuten 19 kann eine bestimmte gewollte Änderung der Transmissionsei¬ genschaften des Lichtwellenleiters 6 unter dem Einfluss der Bremskraft F modelliert werden. Somit kann eine optimale Ab¬ hängigkeit des Transmissionsverhaltens des Lichtwellenleiters 6 von der angelegten Bremskraft F erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugbremse (1) mit mindestens einem Reibelement (4) und einem drehbar gelagerten Element (3) zur Reibungs- aufnähme, wobei zur Erzeugung der Bremswirkung das
Reibelemente (4) gegen das Element (3) zur Reibungsauf¬ nahme gepresst wird und mit einem Sensor zur Erfassung der zwischen dem Reibelement (4) und dem Element (3) zur Reibungsaufnahme anliegenden Bremskraft (F) , d a - du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor mindestens einen Lichtwellenleiter (6) aufweist, der im Kraftfluss der Fahrzeugbremse (1) angeordnet ist und der von der anliegenden Bremskraft (F) verformt wird, womit sich seine Transmissionseigenschaft für die ein- gestrahlten Lichtwellen (13) ändert.
2. Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor zur Erfas¬ sung der Bremskraft (F) auch den Druck erfasst mit dem das Reibelement (4) gegen das Element (3) zur Reibungs¬ aufnahme gepresst wird.
3. Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a - du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verände- rung der Transmissionseigenschaften des Lichtwellenleiters (6) für Lichtwellen (13) durch die Verformung des Querschnittes des Lichtwellenleiters (6) zur Bestimmung der Bremskraft (F) verwendet wird.
4. Fahrzeugbremse (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Lichtwellenleiter (13) eine Lichtquelle (8) zugeordnet ist, die Lichtwellen (13) in den Lichtwellenleiter (6) abstrahlt.
5. Fahrzeugbremse (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Lichtwellenleiter (6) ein Lichtempfänger (9) zugeordnet ist, der die durch den Lichtwellenleiter (6) transpor- tierten Lichtwellen (13) aufnimmt und in ein elektrisches Signal wandelt.
6. Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine elektronische Auswerteeinheit (11) die Abstrahlung der Lichtwellen (13) aus der Lichtquelle (8) steuert.
7. Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Auswerteeinheit die (11) Signale des Lichtempfängers (9) auswertet und zur Steuerung der Bremskraft (F) verwendet.
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