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DE69808760T2 - Elektrische betätigungsvorrichtung mit kontrollsensor sowie scheibenbremse mit einer solchen betätigungsvorrichtung - Google Patents

Elektrische betätigungsvorrichtung mit kontrollsensor sowie scheibenbremse mit einer solchen betätigungsvorrichtung

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DE69808760T2
DE69808760T2 DE69808760T DE69808760T DE69808760T2 DE 69808760 T2 DE69808760 T2 DE 69808760T2 DE 69808760 T DE69808760 T DE 69808760T DE 69808760 T DE69808760 T DE 69808760T DE 69808760 T2 DE69808760 T2 DE 69808760T2
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Jan Kapaan
Thomas Mueller
Herbert Olschewski
Albertus Van Winden
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bremszange für eine Scheibenbremse, mit einem elektrischen Stellglied mit einem Gehäuse, das einen Schraubmechanismus enthält, und einem Elektromotor, der ansteuerbar mit dem Schraubmechanismus verbunden ist, wobei dieser Schraubmechanismus auf eine Drehbewegung des Elektromotors hin für eine Linearbewegung sorgt und er eine Schraube und eine Mutter aufweist, wobei eines dieser Teile in Bezug auf das Gehäuse gelagert ist, einem Joch, auf das das Gehäuse aufgesetzt ist, einem Paar Bremsbeläge, von denen einer mit einem festen Teil des Jochs verbunden ist und der andere mit der Schraube oder der Mutter des Schraubmechanismus verbunden ist, einem Sensor zum Messen des Parameters in Zusammenhang mit der Drehbewegung und/oder der linearen Bewegung des Schraubmechanismus sowie einer Steuereinheit zum Überwachen und/oder Beeinflussen der Dreh- und/oder linearen Bewegung des Schraubmechanismus auf Grundlage von Signalen vom Sensor.
  • Eine derartige Bremszange ist in DE-A-195 36 694 offenbart. Durch die Steuereinheit dieser bekannten Bremszange kann der Abstand zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe auf solche Weise kontrolliert werden, dass nach jedem Bremsvorgang ein bestimmter, gewünschter Plan erzielt wird. Dadurch ist eine kurze Bremsreaktionszeit ermöglicht, insbesondere bei wiederholtem Bremsen.
  • EP-A-170478 offenbart ein Bremsstellglied, bei dem die ausgeübte Bremskraft auf Grundlage der Anzahl von Drehungen einer sich drehenden Achse bestimmt wird. Es ist eine Nachschlagetabelle vorhanden, um die nichtlineare Beziehung zwischen der Stellgliedposition und der Bremskraft zu kompensieren. Es ist nicht auf die Abnutzung der Bremsbeläge Bezug genommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremszange zu schaffen, die eine relativ einfache Kompensation der Bremsbelagabnutzung ermöglicht. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Steuereinheit Folgendes aufweist: einen Zähler zum Zählen der Anzahl der Umdrehungen, über die der Schraubmechanismus von einer Ruheposition bis in eine volle Bremsposition drehend angetrieben wird, einen Speicher mit einer festen Anzahl von Umdrehungen, die eine maximal gewünschte Anzahl der Umdrehungen von der Ruheposition bis in die volle Bremsposition repräsentieren, einen Komparator zum Vergleichen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen und der maximal gewünschten Anzahl der Umdrehungen, mit einem Rücksetzen der Ruheposition dann, wenn die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen die maximal gewünschte Anzahl der Umdrehungen überschreitet, um die Bremsbelagabnutzung zu kompensieren.
  • Der Sensor kann an verschiedenen Stellen vorhanden sein. Bei einem Stellglied mit mindestens einem Lager zum Halten des Schraubmechanismus in Bezug auf das Gehäuse kann der Sensor mit mindestens einem der Lagerringe verbunden sein. Auch kann der Sensor mit der Schraube, der Mutter oder dem Gehäuse verbunden sein.
  • Wenn die Walzelemente in einem Käfig aufgenommen sind, kann der Sensor zumindest mit dem Käfig verbunden sein.
  • Bei einer Ausführungsform mit einer Kugelspindel, deren Kugeln in einem Kugelkäfig untergebracht sind, kann der Sensor mit dem Kugelkäfig verbunden sein.
  • Der Sensor selbst kann ebenfalls mehrere Formen einnehmen. Zum Beispiel ist der Sensor ein optischer Sensor oder ein magnetischer Positionscodierer, wobei er z. B. einen Impulsring und ein Teil aufweist, die sich gegeneinander drehen können, wobei entweder der Impulsring oder das andere Teil in Bezug auf das Gehäuse unbeweglich ist.
  • Dieser Sensor kann Grundfunktionen genügen, wie Liefern von Information zur Abnutzungskompensation, zur Bremskraft-Rückkopplung (ABS) und zur Wartungsanzeige. Außerdem sind Überwachungsfunktionen zur Antriebsregelung, zur Fahrzeugdynamik und gegen Diebstahl möglich.
  • Während ihrer Lebensdauer nutzen die Bremsbeläge ab und werden daher dünner. Dies bedeutet, dass die Kugelspindel den Abrieb kompensieren muss, der bis zu 30 mm betragen kann. Um jedoch sicheren Betrieb zu garantieren, muss der Abstand zwischen den Belägen und der Bremsscheibe immer auf ungefähr 0,2 mm gehalten werden. Dies kann mit einem Kugelspindel-Codierer erfolgen, da die Anzahl der Impulse einen bestimmten Abstand repräsentiert. Während eines Bremsvorgangs wird der Bremsbelag mit einer bestimmten Kraft an die Scheibe gedrückt. Wenn die Bremse gelöst wird, nimmt die Kraft ab, und wenn sie unter einen bestimmten Minimalwert fällt, wobei die Beläge immer noch mit der Scheibe in Berührung stehen, wird der Impulszähler auf Null gestellt. Nun wird der Elektromotor weiter in Rückwärtsrichtung gedreht, bis die korrekte Anzahl von Impulsen gezählt wurde. Wenn die Auflösung des Sensors 400 Impulse pro Umdrehung beträgt, repräsentiert ein Kugelspindelvorschub von 1 mm 1 · 0,2 · 400 = 80 Impulse. Auf diese Weise erfolgt bei jedem Bremsvorgang eine Kalibrierung. Ein Vorteil der Kugelspindel besteht darin, dass der Fleck, an dem die stärksten Kräfte ausgeübt werden, mit diskreten Schritten von 1/400 einer Umdrehung allmählich über ihre volle Länge verschoben wird.
  • Das Austauschen eines Bremsbelags kann bei der erfindungsgemäßen Bremszange ebenfalls überwacht werden.
  • Diesbezüglich ist es auch möglich, eine Steuereinheit mit Folgendem anzubringen: einem zweiten Zähler zum Zählen der Gesamtanzahl von Umdrehungen des Schraubmechanismus von einer Startposition mit nicht abgenutzten Bremsbelägen bis zur tatsächlichen vollständigen Bremsposition, einem zweiten Zähler mit der maximal zulässigen Anzahl von Umdrehungen sowie einem Komparator zum Ermitteln, ob die Gesamtanzahl der Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl der Umdrehungen überschreitet und zum Erzeugen eines Warnsignals, dass eine Wartung erforderlich ist, wenn die Gesamtanzahl der Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl der Umdrehungen überschreitet.
  • Ferner kann die Steuereinheit einen dritten Speicher aufweisen, der einen Satz von Bremseigenschaftsdaten enthält, die die Bremskraft als Funktion der Anzahl der Umdrehungen liefern, um die tatsächliche Bremskraft auf Grundlage der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen festzulegen.
  • Bei der oben beschriebenen Zange wird die Verschiebung der Bremsbeläge in Bezug zueinander durch den Schraubmechanismus erzielt. Ein derartiger Mechanismus ist dazu in der Lage, ziemlich große Verschiebungen zu liefern und hohen Belastungen standzuhalten. In einer Umgebung mit hoher Nutzungsdauer wird vorzugsweise eine Kugelspindel verwendet. Ein relativ großer Wert des Gesamthubs des Schraubmechanismus wird durch die Flexibilität z. B. einer Zange selbst und durch Kompensation von Verschiebungen zum Auffangen einer Bremsbelagabnutzung verbraucht.
  • Erst wenn ein Spiel beseitigt ist, wie es durch konstruktive Flexibilität hervorgerufen ist, beginnen die Bremsbeläge damit, deutliche Bremswirkung zu entfalten. Die Endphase des Anlegens der Bremsbeläge an die Scheibenbremse erfordert ein deutliches Drehmoment, was hinsichtlich der installierten Motorleistung und der Abnutzung des Schraubengewindes nachteilig sein kann.
  • Diesbezüglich kann bei einer Ausführungsform eine Verbesserung erzielt werden, bei der der Schraubmechanismus mit einem Stellelement aus einem piezoelektrischen Material in Eingriff steht.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Schraubmechanismus bis zu einem bestimmten Haltedrehmoment betätigt, um die Toleranz oder das Spiel zu beseitigen. Anschließend wird das Stellelement aus piezoelektrischem Material betätigt, um die abschließende Bremsverschiebung zu erzielen.
  • Vorzugsweise verfügt die Schraube über eine Bohrung, die auf der Seite des zugehörigen Bremsbelags nach außen geöffnet ist, wobei die Bohrung eine Reihe piezoelektrischer oder magnetostriktiver Elemente enthält, die an einem Ende am Boden der Bohrung gelagert sind, wobei das andere Ende an einem Kopf ruht, der mit dem Bremsbelag verbunden ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern einer Scheibenbremse. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Zählens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen ab einer Ruheposition bis zu einer vollen Bremsposition, des Vergleichens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen mit einer maximal gewünschten Anzahl der Umdrehungen, und des Rücksetzens der Ruheposition, wenn die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen die maximal gewünschte Anzahl der Umdrehungen überschreitet, um eine Bremsbelagabnutzung zu kompensieren, und auch den Schritt des Erstellens der Differenz zwischen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen und der maximal gewünschten Anzahl der Umdrehungen sowie des Verwendens dieser Differenz zum Erstellen einer Rücksetz-Ruheposition beim Rücksetzen der Ruheposition.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren zum Steuern der Bremszange die folgenden Schritte beinhalten: Zählen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen des Schraubmechanismus ab einer Startposition mit nicht abgenutzten Bremsbelägen bis zur tatsächlichen Vollbremsposition, Vergleichen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen mit der maximal zulässigen Anzahl der Umdrehungen und Erzeugen eines Warnsignals, wenn die Gesamtanzahl der Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl der Umdrehungen überschreitet, um einen Wartungshinweis zu liefern.
  • Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf eine in den Figuren dargestellte Ausführungsform erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bremszange.
  • Fig. 2 zeigt ein Steuerschema für diese Bremszange.
  • Fig. 3 zeigt ein Kurvenbild, das einer Bremscharakteristik entspricht.
  • Die in der Fig. 1 dargestellte Bremszange verfügt über ein Stellglied mit einem Gehäuse 2, das einen Schraubmechanismus 3 und einen Elektromotor 4 enthält. Der Stator 5 des Elektromotors 4 ist mit dem Gehäuse verbunden, und der sich drehende Teil 6 des Motors ist mit einem Halteteil 7 verbunden, das mit dem Innenring 8 eines Kugellagers 9 mit vier Punktkontakten verbunden ist. Dieser Innenring verfügt über Vertiefungen 10, in die Vorsprünge 11 des Halteteils 7 eingreifen.
  • Das Schrägkugellager verfügt über einen Außenring mit zwei Ringhälften 12, 13 und einer einzelnen Reihe von Kugeln 14. Vorzugsweise ist das Schrägkugellager 9 ein Vollkomplement-Kugellager, um für das maximale axiale Lagervermögen zu sorgen. Seine durch jedes Paar von Kontaktpunkten definierten Arbeitslinien sind unsymmetrisch, um das Lagervermögen sogar noch weiter zu verbessern.
  • Der Schraubmechanismus 9 ist ein Kugelspindelmechanismus mit einer Mutter 8 (die einstückig mit dem Innenring 8 des Kugellagers 9 mit vier Kontaktpunkten ausgebildet ist), einer Reihe von in einem Kugelkäfig 16 enthaltenen Kugeln 15 und einer Schraube 17. Diese Schraube verfügt über eine Bohrung 18, die eine Reihe piezoelektrischer Elemente 19 enthält. Diese Reihe piezoelektrischer Element 19 liegt an einem Ende am Boden 20 der Bohrung 18 an, und am anderen Ende verfügt sie über einen Kopf 21, der mit einem Bremsbelag 22 in Eingriff steht.
  • Der andere Bremsbelag 23 ist mit einem festen Teil 24 der Bremszange verbunden. Die Bremsbeläge 22, 23 umschließen eine Bremsscheibe 25. Der Innenraum des Stellglieds 3 ist am einen Ende durch einen mit dem Kopf 21 verbundenen Balg 26 verschlossen, und am anderen Ende durch ein das Halteteil 7 haltendes Nadellager 27.
  • Zwischen dem integrierten Innenlagerring/Mutter 8 und dem Gehäuse 1 ist ein Ringsensor 28 angebracht, um Drehbewegungen des Schraubmechanismus 3 zu erfassen.
  • Die erfindungsgemäße Bremszange verfügt ferner über eine Steuereinheit 29, die in der Fig. 2 dargestellt ist und deren Funktion die folgende ist.
  • Die Steuereinheit 29 empfängt über eine Leitung 31 Information vom Sensor zu Drehungen des Schraubmechanismus und dadurch zur axialen Verschiebung der Schraube 17. Ferner steuert die Steuereinheit auf über eine Leitung 32 eintreffende Bremssignale vom Bremspedal hin über die Leitung 31 den Elektromotor 5 an.
  • Auch steuert die Steuereinheit 29 über eine Leitung 33 die elektrische Stromquelle 34, die die piezoelektrischen Elemente 19 über eine Leitung 35 mit Energie versorgt.
  • Die Steuereinheit 1 aktiviert, wenn sie vom Bremspedal ein Steuersignal 32 empfängt, als Erstes den Motor 5, um den Schraubmechanismus zu verstellen. Nach einer vorbestimmten Verstellung des Schraubmechanismus, die hauptsächlich dazu vorgesehen ist, die Bremsbeläge 22, 23 in Kontakt mit der Bremsscheibe 25 zu bringen und die Flexibilität der Bremszange auszusteuern, wird der Elektromotor 5 angehalten, aber aktiviert gehalten, um den Schraubmechanismus zu blockieren.
  • Anschließend werden für eine abschließende Bewegung bis zur vollen Bremskraft die piezoelektrischen Elemente 19 aktiviert, wobei sie eine maximale Verschiebung von 0,2 mm liefern. Dadurch wird die volle Bremskraft durch beide Verschiebungen erzielt, die durch den Schraubmechanismus 3 und die piezoelektrischen Elemente 19 hervorgerufen werden.
  • Das in der Fig. 3 dargestellte Kurvenbild zeigt Bremscharakteristik-Daten, wobei die Bremskraft entlang der vertikalen Achse angegeben ist und die Verschiebung des Stellglieds entlang der horizontalen Achse angegeben ist. Dieser Satz von Charakteristikdaten ist in der Steuereinheit der Bremszange enthalten. Wenn ein Signal von einem Bremspedal an die Steuereinheit geliefert wird, wird eine entsprechende Bremskraft herausgegriffen. Anschließend wird die entsprechende Verschiebung aus dem Kurvenbild gelesen, und dann wird das Stellglied über die entsprechende Anzahl von Umdrehungen angetrieben, um den gewünschten Bremseffekt zu erzielen.

Claims (11)

1. Bremszange für eine Scheibenbremse, mit einem elektrischen Stellglied (1) mit einem Gehäuse (2), das einen Schraubmechanismus (3) und einen mit diesem antreibend verbundenen Elektromotor (4) enthält, wobei der Schraubmechanismus auf eine Drehbewegung des Elektromotors (4) hin eine Linearverstellung liefert, und er eine Schraube (17) und eine Mutter (18), von denen ein Element in Bezug auf das Gehäuse (2) gelagert ist, ein Joch (24), auf das das Gehäuse (2) aufgesetzt ist, ein Paar Bremsbeläge (22, 23), von denen der eine mit einem festen Teil des Jochs (24) verbunden ist und der andere mit der Schraube (17) oder der Mutter (18) des Schraubmechanismus (3) verbunden ist, einen Sensor (28) zum Messen eines Parameters in Zusammenhang mit der Dreh- und/oder der linearen Bewegung des Schraubmechanismus sowie eine Steuereinheit (29) zum Überwachen und/oder Beeinflussen der Dreh- und/oder der linearen Bewegung des Schraubmechanismus (3) auf Grundlage der Signale vom Sensor (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) Folgendes aufweist: einen Zähler zum Zählen der Anzahl der Umdrehungen, über die der Schraubmechanismus (3) von einer Ruheposition bis in eine volle Bremsposition drehend angetrieben wird, einen Speicher mit einer festen Anzahl von Umdrehungen, die eine maximal gewünschte Anzahl der Umdrehungen von der Ruheposition bis in die volle Bremsposition repräsentieren, einen Komparator zum Vergleichen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen und der maximal gewünschten Anzahl der Umdrehungen, mit einem Rücksetzen der Ruheposition dann, wenn die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen die maximal gewünschte Anzahl der Umdrehungen überschreitet, um die Bremsbelagabnutzung zu kompensieren.
2. Bremszange nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit einen zweiten Zähler zum Zählen der. Gesamtanzahl der Umdrehungen des Schraubmechanismus ab einer Startposition mit nicht abgenutzten Bremsbelägen bis zur tatsächlichen vollständigen Bremsposition, einen zweiten Speicher mit der maximal zulässigen Anzahl von Umdrehungen sowie einen Komparator aufweist, der dazu dient, festzustellen, ob die Gesamtanzahl von Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl von Umdrehungen überschreitet und um ein Warnsignal zu erzeugen, wenn die Gesamtanzahl der Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl von Umdrehungen überschreitet, um für einen Wartungshinweis zu sorgen.
3. Bremszange nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuereinheit einen dritten Speicher aufweist, der einen Satz von Bremscharakteristik-Daten enthält, die die Bremskraft als Funktion der Anzahl der Umdrehungen angeben, um die tatsächliche Bremskraft auf Grundlage der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen zu bestimmen.
4. Bremszange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuereinheit einen Eingang (32) für Bremssignale von einem Bremspedal aufweist.
5. Bremszange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Schraubmechanismus mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Stellelement (19) in Eingriff steht.
6. Bremszange nach Anspruch 5, bei der die Schraube (17) über eine Bohrung (18) verfügt, die sich auf der Seite des zugehörigen Bremsbelags (22) nach außen öffnet und eine Reihe piezoelektrischer Elemente (19) enthält, die an einem Ende am Boden (20) der Bohrung (18) gelagert sind und am anderen Ende an einem Kopf (21) ruhen, der mit dem Bremsbelag (22) verbunden ist.
7. Bremszange nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Steuereinheit (29) so programmiert ist, dass sie den Elektromotor (5) zunächst zum zumindest teilweisen Ausüben der Bremskraft aktiviert, und sie anschließend das piezoelektrische Stellelement (19) aktiviert, um die Nennbremskraft zu erzielen, während der Elektromotor (5) aktiviert bleibt.
8. Verfahren zum Steuern einer Bremszange gemäß dem Anspruch 1, mit den Schritten des Zählens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen ab einer Ruheposition bis in eine vollständige Bremsposition, des Vergleichens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen mit einer maximal gewünschten Anzahl von Umdrehungen und des Rücksetzens der Ruheposition dann, wenn die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen die maximal gewünschte Anzahl von Umdrehungen überschreitet, um die Bremsbelagabnutzung zu kompensieren.
9. Verfahren nach Anspruch 8, mit dem Schritt des Bestimmens der Differenz zwischen der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen und der maximal gewünschten Anzahl von Umdrehungen sowie des Verwendens dieser Differenz zum Bestimmen einer Rücksetz-Ruheposition beim Rücksetzen der Ruheposition.
10. Verfahren zum Steuern einer Bremszange nach Anspruch 8, mit den Schritten des Zählens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen des Schraubmechanismus ab einer Startposition mit nicht abgenutzten Bremsbelägen bis zur tatsächlichen vollständigen Bremsposition, des Vergleichens der tatsächlichen Anzahl der Umdrehungen mit einer maximal gewünschten Anzahl von Umdrehungen und des Erzeugens eines Warnsignals, wenn die Gesamtanzahl der Umdrehungen die maximal zulässige Anzahl von Umdrehungen überschreitet, um einen Wartungshinweis zu liefern.
11. Verfähren zum Steuern einer Bremszange nach Anspruch 8, mit den folgenden Schritten:
- Erzeugen eines Signals in Zusammenhang mit einem gewünschten Bremseffekt, wobei dieses Signal z. B. von einem Bremssignal herrührt;
- Bestimmen der für den gewünschten Bremseffekt erforderliche Bremskraft;
- Erhalten der erforderlichen Anzahl von Umdrehungen vom dritten Speicher;
- Ansteuern des Stellglieds für die erforderliche Anzahl von Umdrehungen.
DE69808760T 1997-07-10 1998-07-10 Elektrische betätigungsvorrichtung mit kontrollsensor sowie scheibenbremse mit einer solchen betätigungsvorrichtung Expired - Fee Related DE69808760T2 (de)

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