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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer solchen Scheibenbremse.
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Gattungsgemäße Scheibenbremsen werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen und besonders bei Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeuge abzubremsen. Derartige Scheibenbremsen bestehen üblicherweise aus einer Bremsscheibe mit einem oder zwei Reibringen, an die bei einem Bremsvorgang Bremsbeläge angedrückt werden, einer schwimmend gelagerten Zuspanneinheit und einem Bremsträger, mit dem die Scheibenbremse an einer Achse eines Fahrzeugs befestigt, beispielsweise verschraubt wird.
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Zur präziseren Regelung einer solchen Scheibenbremse, insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen, ist es vorteilhaft, die exakte Leistungsfähigkeit der Bremse, insbesondere die Bremskraft bzw. das Bremsmoment zu kennen. Nicht ausreichend ist hingegen die Kenntnis der Zuspannkraft oder des Betätigungsdruckes. Zur effizienten Gestaltung hochautomatisierter Fahrfunktionen wie beispielsweise Platooning, d.h. den Abstand zwischen Kolonnenteilnehmern einer in Kolonne fahrenden Fahrzeuggruppe zu gewährleisten, ist die Kenntnis der Bremskraft, des Bremsmoments oder des Reibwerts ausschlaggebend.
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So ist es beispielsweise aus der
WO 2014/184112 A1 bekannt, ein Drehmoment zwischen einer Bremsscheibe der Scheibenbremse und einem Adapterflansch zur Fixierung der Bremsscheibe an einer Nabe des Fahrzeugs mithilfe eines Messmoduls, das die wirkende Tangentialkraft misst, zu ermitteln.
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Aus der
DE 196 50 477 C1 ist es bekannt, eine Messnabe auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs zu befestigen, die in zwei Teile geteilt ist, wobei ein Teil auf der Radachse befestigt ist und ein zweites Teil die Bremsscheibe hält. Die beiden Teile der Messnabe sind dabei durch radial verlaufende Stege miteinander verbunden. Auf diesen radial verlaufenden Stegen sind Sensoren aufgebracht mit denen die durch Einleitung eines Drehmoments auf die Stege beim Bremsvorgang wirkende Biegespannung messbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheibenbremse und ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse bereitzustellen, mit der Bremsmomente auf wirtschaftliche Art und Weise unter Verwendung von etablierten Messmethoden ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, weist eine Bremsscheibe mit wenigstens einem Reibring sowie wenigstens einen Bremsbelag auf. Die Scheibenbremse weist des Weiteren eine Zuspanneinrichtung auf, mit der der wenigstens eine Bremsbelag an die Bremsscheibe unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe andrückbar ist.
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Die Scheibenbremse weist darüber hinaus einen die Bremsscheibe umgreifenden Bremsträger mit wenigstens einem Belagschacht auf. Der Bremsträger weist dabei jeweils zwei durch eine Brücke miteinander verbundene Trägerhörner auf.
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Eine Messvorrichtung der Scheibenbremse mit wenigstens einem Messelement und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit dient der Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe ausgeübten Bremsmoments.
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Das wenigstens eine Messelement ist am Bremsträger angeordnet, wobei in der Auswerteeinheit aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar ist.
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Mit einer derart ausgebildeten Scheibenbremse ist in einfacher Weise das anliegende Bremsmoment bei einem Bremsvorgang über eine Verformung am Bremsträger ermittelbar.
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Durch den Einsatz des ermittelten Bremsmoments als Regelgröße für die Regelung des Bremsvorgangs können außerdem zusätzlich zu approximierende Einflussparameter wie beispielsweise mechanische Hysterese oder Reibwertschwankungen eliminiert werden, da solche Parameter im berechneten Bremsmoment bereits enthalten bzw. berücksichtigt sind.
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Auch der Einsatz einer teuren und sich nur für Versuchszwecke eignenden Messnabe ist bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse nicht notwendig.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist das Messelement als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildet.
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Solche Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdrähte sind kostengünstig und in einfacher Weise am Bremsträger anbringbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung der Brücke erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht.
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Mithilfe des wenigstens einen Messelements können so Verformungen an der Bohrungswandung gemessen werden. Aus den ermittelten Verformungen kann so ein Kennfeld für verschiedene Bremskräfte erstellt werden.
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Da die gemessene Verformung an der Bohrungswand proportional zur anliegenden Bremskraft bzw. zum anliegenden Bremsmoment ist, lässt sich so in der Auswerteeinheit in einfacher Weise das anliegende Bremsmoment berechnen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe des Bremsträgers erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht. Auch die Verformung des Scheibenübergriffs ist geeignet, um auf das anliegende Bremsmoment zurückzurechnen.
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Die Auswerteeinheit ist dabei bevorzugt am Scheibenübergriff des Bremsträgers angebracht und kabellos oder kabelgebunden mit dem wenigstens einen Messelement gekoppelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist jeweils ein Messelement in einer Aussparung zwischen den Trägerhörnern und sich zur Brücke hin erstreckenden Auflageflächen wenigstens eines der Belagschächte angeordnet, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen erfassbar ist.
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Auch die Verformung zwischen den voneinander beabstandeten Messpunkten der Aussparungen eines jeweiligen Belagschachts sind proportional zum eingebrachten Bremsmoment, so dass sich auch aus dieser Verformung in einfacher Weise auf das anliegende Bremsmoment zurückrechnen lässt.
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Gemäß einer nochmals alternativen Ausführungsvariante ist ein Messelement auf einer den Auflageflächen abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken angeordnet. Das bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildete Messelement erstreckt sich dabei in Längsrichtung der Brücke.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Messelement sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe erstreckend auf einer Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers angebracht.
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Dieses Messelement ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante auf der Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers angeschraubt, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet ist.
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Auch die Verformung einer solchen Querbohrung oder Aussparung in der Außenwand bzw. der Außenwand selber verhält sich proportional zum Betrag der Bremskraft, die in den Bremsträger abgestützt wird, so dass auch durch die in dieser Weise erfasste Verformung auf das anliegende Bremsmoment zurückgerechnet werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Scheibenbremse, bei der der Bremsträger zwei in Richtung der Drehachse der Bremsscheibe parallel zueinander angeordnete Belagschächte aufweist, zwischen denen die Bremsscheibe aufgenommen ist, ist ein Messelement zwischen einem jeweiligen der Trägerhörner beider Belagschächte angeordnet, um eine Verschiebung der Trägerhörner relativ zueinander zu erfassen, die proportional zum aufgebrachten Bremsmoment ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse werden in einem ersten Verfahrensschritt eine Verformung des Bremsträgers bei Bremsbetätigung mithilfe einer an dem Bremsträger angeordneten Messvorrichtung gemessen. In einem zweiten Schritt werden die Messwerte als Bremsmoment der Scheibenbremse in der Auswerteeinheit ausgewertet.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit schematisch angedeutetem Messelement zwischen zwei Trägerhörnern des Bremsträgers,
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante mit an einem Scheibenübergriff angeordneter Auswerteeinheit,
- 3 eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Ausführungsvariante zur Darstellung einer sich in Längserstreckung einer Brücke erstreckenden Querbohrung zur Aufnahme wenigstens eines Messelements,
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit in Aussparungen zwischen einem Trägerhorn und einer Auflagefläche des Bremsträgers angeordneten Messelementen,
- 5 eine schematische perspektivische Ansicht von unten auf eine alternative Ausführungsvariante mit an einer Unterseite einer der Brücken angebrachtem Messelement,
- 6 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsvariante einer Bremsscheibe einer Scheibenbremse mit auf einem Scheibenübergriff angeordneter Messelement,
- 7 und 8 unterschiedliche perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsvariante einer Scheibenbremse mit in einer sich durch den Scheibenübergriff erstreckenden Bohrung angeordnetem Messelement, und
- 9 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Bremsträgers, des Bremsbelags, der Trägerhörner, der Brücke, der Messelemente, der Auswerteeinheit und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Bremsträger für eine pneumatisch oder elektromotorisch betätigbare Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bezeichnet.
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Der Bremsträger 2 weist einen Anbindungsbereich auf, der der Festlegung an einer Fahrzeugachse dient, beispielsweise durch Verschrauben mit einem Achsflansch einer Fahrzeugachse des Nutzfahrzeugs.
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Oberhalb des Anbindungsbereiches ist ein Belagschacht angeformt, der der Aufnahme und Abstützung wenigstens eines Bremsbelages 5 dient.
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Der hier gezeigte Bremsträger 2 weist dabei zwei solcher Belagschächte auf. Der Bremsträger 2 ist dabei so ausgebildet, dass er eine Bremsscheibe 4 der Scheibenbremse umgreift, wobei beidseits der Bremsscheibe 4 jeweils ein Belagschacht zur Aufnahme eines jeweiligen Bremsbelags 5 angeformt ist.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Scheibenbremse des Weiteren einen Bremssattel 3 auf, der am Bremsträger 2 verschiebbar gelagert ist und einen Teilbereich der Bremsscheibe 4 übergreift
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Jeder der Belagschächte wird dabei, wie in 4 dargestellt, durch ein einlaufseitiges Trägerhorn 23, 24, ein auslaufseitiges Trägerhorn 23, 24 und eine die Trägerhörner 23, 24 verbindende Brücke 22 gebildet.
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Die Trägerhörner 23 sind dabei auf einer der Zuspanneinrichtung 6 nahen Zuspannseite des Bremsträgers 2 angeordnet. Entsprechend wird die Seite des Bremsträgers 2, an der die Trägerhörner 24 angeordnet sind, als Reaktionsseite des Bremsträgers 2 bezeichnet.
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Die an die Trägerhörner 23, 24 angrenzenden Bereiche der Brücke 22 bilden Auflageflächen 25, die der radialen Abstützung des Bremsbelags 5 dienen, wobei eine Unterseite des Bremsbelags 5 im eingebauten Zustand auf den Auflageflächen 25 aufliegt.
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Zur Ermittlung des auf die Bremsscheibe 4 wirkenden Bremsmoments wird bei den in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispielen eine Messvorrichtung mit wenigstens einem Messelement 7 und einem mit dieser gekoppelten Auswerteeinheit 8 eingesetzt, wobei das wenigstens eine Messelement 7 am Bremsträger 2 angeordnet ist.
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In der Auswerteeinheit 8 ist aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers 2 das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar.
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So ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante eine bevorzugt als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildetes Messelement 7 zwischen einem zuspannseitigen und einem reaktionsseitigen Trägerhorn 23, 24 angeordnet.
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Denkbar ist dabei sowohl die Verbindung der auslaufseitigen Trägerhörner als auch der einlaufseitigen Trägerhörner 23, 24. Über ein solches Messelement 7 ist die Verschiebung zwischen dem aktionsseitigen und dem reaktionsseitigen Trägerhorn 23, 24 ermittelbar.
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Da die Verformung des Bremsträgers 2 in diesem Bereich proportional zum eingebrachten Bremsmoment ist, lässt sich daraus das eingebrachte Bremsmoment berechnen.
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Die in 1 nicht gezeigte Auswerteeinheit kann ebenfalls im Bereich des Bremsträgers angeordnet sein, denkbar ist aber auch eine Anordnung der Auswerteeinheit an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante ist von einem Bereich seitlich eines Belagschachtes des Bremsträgers 2 von einem die Bremsscheibe3 übergreifenden Scheibenübergriff 21, der zwei Belagschächte miteinander verbindet, eine Bohrung in Richtung der Brücke 22 des Bremsträgers 2 eingebracht.
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In dieser Bohrung ist an einer Innenwand der Bohrung 27 wenigstens ein Messelement 7, bevorzugt zwei oder vier Messelemente 7 angebracht.
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Das Messelement 7 oder die mehreren Messelemente 7 sind dabei bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, die sich in Längserstreckung der Bohrung 27 erstrecken.
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Zur Fixierung des wenigstens einen Messelements 7 ist im Bereich des wenigstens einen Messelements 7 bevorzugt ein Klebstoff in die Bohrung eingebracht.
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Zur Bohrungsöffnung am Scheibenübergriff 21 hin ist bevorzugt ein zylindrisches Element eingesetzt, das der Fixierung des wenigstens einen Messelements 7 im hinteren Bereich der Bohrung 27 dient.
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An dem Scheibenübergriff 21 ist bei der hier gezeigten Ausführungsvariante die Auswerteeinheit 8 befestigt.
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Die Auswerteeinheit 8 ist dabei gemäß einer Ausführungsvariante mit dem wenigstens einen Messelement 7 über ein Kabel verbunden.
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Denkbar ist auch eine kabellose Kopplung des wenigstens einen Messelements 7 mit der Auswerteeinheit 8.
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Mit diesem Aufbau können Verformungen an der Innenwand der Bohrung 27 mittels des einen oder der mehreren Messelemente 7 in einfacher Weise erfasst werden.
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Zur Aufnahme der Auswerteeinheit 8 ist bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsvariante eine einem Gehäuse der Auswerteeinheit 8 angepasste Aussparung in die Außenfläche des Scheibenübergriffs 21 eingebracht.
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Die Bohrung 27 mit Innenwänden 28 und darin angebrachten Messelementen 7 ist auch in 3 dargestellt.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsvariante der Scheibenbremse sind zwei Messelemente 7, die über die Auswerteeinheit 8 miteinander gekoppelt sind, in einer Aussparung 26 zwischen den Trägerhörnern 23 und sich zur Brücke 22 hin erstreckenden Auflageflächen 25 wenigstens eines der Belagschächte angeordnet, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit 8 kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente 7 eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen 26 erfassbar ist.
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Denkbar ist es auch, die Messelemente 7 in den Aussparungen 26 des reaktionsseitigen Belagschachtes zwischen den Trägerhörnern 24 und den Auflageflächen 25 einzubringen.
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Die Messelemente 7 sind auch hier bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Die Messelemente 7 sind dabei bevorzugt von einem Gehäuse vor äußeren Umgebungseinflüssen geschützt in den Aussparungen 26 eingesetzt. Dieses Gehäuse ist dabei in die jeweilige Aussparung 26 des Bremsträgers 2 festgelegt.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsvariante ist ein Messelement 7, bevorzugt in Gestalt eines Dehnungsmessstreifens, auf einer den Auflageflächen 25 abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken 22 angeordnet.
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Da sich der Bremsträger 2 in Abhängigkeit der anliegenden Bremskraft auch im Bereich der Brücke verformt, kann durch Applikation eines Messelements in diesem Bereich ebenfalls eine Verformung erfasst werden und dadurch auf die Bremskraft, die mit der Verformung des Bremsträgers 2 in Zusammenhang steht, berechnet werden.
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Das Messelement 7 ist dabei bevorzugt an der Brücke angeklebt, geschraubt oder auch geschweißt.
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Darüber hinaus kann das Messelement 7 auch nach unten von einem Gehäuse abgedeckt sein, um dieses vor den rauen Umgebungsbedingungen zu schützen.
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsvariante ist ein Messelement 7 auf einer Außenwand oder einer darin angeformten Aussparung einer der Scheibenübergriffe 21 des Bremsträgers 2 angebracht. Das Messelement 7 erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Scheibenübergriffes 21, parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 3.
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Das Messelement 7 ist bei der hier gezeigten Ausführungsvariante bevorzugt mithilfe von Schrauben 11 an der Oberfläche des Scheibenübergriffes 21 angeschraubt.
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Die Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten ist dabei bevorzugt parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet. Wie des Weiteren in 6 erkennbar ist, ist das Messelement 7 über ein Kabel 12 mit der seitlich am Bremsträger 2 angebrachten Auswerteeinheit 8 verbunden.
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Bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsvariante ist das Messelement 7 nicht auf den Scheibenübergriff 21 aufgebracht, sondern in einer sich parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 4 erstreckenden Querbohrung 29 aufgenommen. Ein Ende des Messelements 7 ist dabei mit der seitlich am Bremsträger 2 angebrachten Auswerteeinheit 8 verbunden.
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Auch eine Verformung im Bereich des Scheibenübergriffes 21 ist proportional zu dem in das Bremssystem eingebrachte Bremsmoment. Die Verformung wird auch hier beispielsweise mit als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Messelementen 7 bzw. zumindest eines solchen Messelements 7 erfasst.
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Die Verformung wird dabei bevorzugt zwischen den Anschraubpunkten der Schrauben 11 erfasst.
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9 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse, wobei in einem Schritt S1 eine Verformung des Bremsträgers 2 der Scheibenbremse bei Bremsbetätigung mithilfe einer an der Scheibenbremse angeordneten Messvorrichtung gemessen wird.
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Die Messung kann dabei in unterschiedlicher Weise, wie oben beschrieben erfolgen.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 erfolgt eine Auswertung dieser Messwerte zur Berechnung eines Bremsmoments der Scheibenbremse 1 in der Auswerteeinheit.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bremsträger
- 21
- Scheibenübergriff
- 22
- Brücke
- 23
- inneres Trägerhorn
- 24
- äußeres Trägerhorn
- 25
- Belagauflagefläche
- 26
- Aussparung
- 27
- Bohrung
- 28
- Innenwand
- 29
- Querbohrung
- 3
- Bremssattel
- 4
- Bremsscheibe
- 41
- erster Reibring
- 42
- zweiter Reibring
- 5
- Bremsbelag
- 6
- Zuspanneinrichtung
- 7
- Messelement
- 8
- Auswerteeinheit
- 9
- Fixierelement
- 10
- Klebstoff
- 11
- Schraube
- 12
- Kabel
- S1
- Schritt 1
- S2
- Schritt 2
- D
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/184112 A1 [0004]
- DE 19650477 C1 [0005]
