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DE19947903A1 - Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Reibungsbremse - Google Patents

Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Reibungsbremse

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DE19947903A1
DE19947903A1 DE19947903A DE19947903A DE19947903A1 DE 19947903 A1 DE19947903 A1 DE 19947903A1 DE 19947903 A DE19947903 A DE 19947903A DE 19947903 A DE19947903 A DE 19947903A DE 19947903 A1 DE19947903 A1 DE 19947903A1
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer Bremse eines Rads eines Fahrzeugs mit zwei relativ zu einer Bremsscheibe (2) bewegbaren Reibbelägen (3, 4), wobei das Verfahren ein Spannen der Bremse durch Ausüben einer Reibkraft über die Reibbeläge (3, 4) auf die Bremsscheibe zur Verzögerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein Lösen der Bremse zum Einstellen einer erwünschten Verzögerungszeit, ein Einstellen eines Lüftspiels S zwischen der Bremsscheibe (2) und jedem der Bremsbeläge (3, 4) sowie ein automatisches, zyklisches, aktives Betätigen der Bremse zum Trocknen, Trockenhalten bzw. Reinigen der Bremsscheibe (2) ohne wesentliche Verzögerung des Fahrzeugs umfaßt bzw. der Vorrichtung von einem Fahrer oder von einem übergeordneten Regler des Fahrzeugs, wie einem ABS-Regler, einem ASMS-Regler oder dergleichen, ein Verzögerungssollwert T¶soll¶ sowie der jeweilige Verzögerungsistwert zuführbar ist und die Vorrichtung ein Verzögerungssignal ausgibt, das ein automatisch mit niedrigem Pegel ausgebbares und im wesentlichen nicht zu einer Verzögerung des Fahrzeugs führendes, sondern ein Trocknen, Trockenhalten bzw. Reinigen der Bremsscheibe (2) bewirkendes Verzögerungssignal mitumfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Reibungsbremse eines Rads eines Fahrzeugs mit zwei relativ zu einer Bremsscheibe bewegbaren Reibbelägen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3.
Ganz allgemein gilt, daß ein Lüftspiel zwischen jedem Reibbelag und der Bremsscheibe im normalen Fahrbetrieb, also ohne einzustellende Verzögerung, zur Vermeidung von Reibmomenten zwischen den Reibbelägen und der Bremsscheibe von endlicher Größe eingestellt sein sollte. Ohne physischen Kontakt der Reibbeläge mit der Bremsscheibe, im sogenannten Lösezustand der Bremse, wird nämlich zum einen der Kraftstoffbedarf des Fahrzeuges reduziert und zum anderen die Lebensdauer der Reibbeläge verlängert. Das vollständige Lösen der Reibbeläge von der Bremsscheibe kann allerdings bei Nässe nachteiligerweise zum Ausbilden eines Wasserfilms auf der Bremsscheibe führen, der wiederum die Reibverhältnisse zwischen den Reibbelägen und der Bremsscheibe im Fall einer Bremsung verschlechtert und somit ein Gefahrenpotential darstellt.
Zum Einstellen des Lüftspiels zwischen einem Reibbelag und einer Bremsscheibe, sei es für eine elektromechanisch, elektro-motorisch oder hydraulisch betätigbare Bremse, sind im Stand der Technik zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen offenbart worden. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwischen den hydraulischen Bremsen, bei denen selbsttätige Rückstellmittel, beispielsweise elastische Dichtmittel, eingesetzt werden, siehe, beispielsweise, die DE 37 07 156 C2 und die DE 196 44 552 A1, einerseits und den elektro­ mechanisch oder elektro-motorisch betätigten Bremsen, bei denen ein Elektromotor, der die Reibbeläge gegen die Bremsscheibe führt, entsprechend zu regeln ist, um das Lüftspiel gezielt einzustellen. Dazu seien beispielsweise die DE 195 36 694 A1 und die nicht vorveröffentlichte DE 197 30 094, genannt. In der DE 197 30 094 ist insbesondere ein Steuer- oder Regelsystem offenbart, das zur Erkennung und Nachstellung eines Lüftspiels auch unabhängig von einer speziellen Bremsbetätigung arbeitet, also auch während der Fahrt eines Fahrzeuges ein Nachstellen des Lüftspiels ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren sowie die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß die Ausbildung bzw. der Verbleib eines unerwünschten Wasserfilms oder einer Schmutzschicht auf einer Reibfläche Bremsscheibe trotz vergrößertem Lüftspiel zu Reibbelägen verhindert wird.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß gelöst durch ein automatisches, zyklisches, aktives Betätigen der Bremse zum Trocknen bzw. Trockenhalten oder aber zum Abrieb einer Schmutzschicht von der Reibfläche der Bremsscheibe ohne wesentliche Verzögerung des Fahrzeugs.
Dabei ist eine Weiterentwicklung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft und/oder das Bremstaktverhältnis zum Trocknen bzw. Trockenhalten oder Reinigen der Bremsscheibe abhängig von einer gemessenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Scheibenwischerfrequenz des Fahrzeugs und/oder Regenmenge, gemessen durch geeignete Sensorik, eingestellt wird bzw. werden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß automatisch ein Verzögerungssignal niedrigen Pegels ausgebbar ist, das im wesentlichen nicht zu einer Verzögerung des Fahrzeugs, sondern einem Trocknen, Trockenhalten bzw. Reinigen der Bremsscheibe führt.
Dabei wird eine Weiterentwicklung erfindungsgemäß vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Verbindung der Vorrichtung mit einem Tachometer, der Bremse und/oder einer Scheibenwischanlage, insbesondere deren Regensensor oder einer anderen geeigneten Sensorik zur Messung von Feuchtigkeit nahe der Reibungsbremse und/oder Frequenzeinstelleinheit, des Fahrzeuges.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß aktiv sowie automatisch ein eventuell auf einer Bremsscheibe ausgebildeter bzw. sich ausbildender Wasserfilm durch eine fahrerunabhängige Bremsbetätigung entfernbar ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten Scheibenbremssattels; und
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche hydraulische Bremse umfaßt einen Scheibenbremssattel 1, der den äußeren Rand einer Bremsscheibe 2 sowie beidseits der Bremsscheibe 2 jeweils mit einem Spiel S angeordnete Reibbeläge 3, 4 umgreift und einen axial innenliegenden Schenkel 5 sowie einen axial außenliegenden Schenkel 6 aufweist. Der innenliegende Schenkel 5 enthält seinerseits eine hydraulische Betätigungseinrichtung 7, die aus einem Bremszylinder 8 und einem Bremskolben 9 besteht, wobei der Bremskolben 9 axial verschiebbar im Bremszylinder 8 angeordnet ist und gegenüber dem Bremszylinder 8 mittels eines elastischen Dichtringes 10 abgedichtet ist. Der Dichtring 10 ist in einer im Inneren des Bremszylinders 8 umlaufenden, nämlich in der Zylinderfläche 12 des Bremszylinders 8 eingestochenen Ringnut 11 untergebracht. Im Falle des Anlegens einer Bremskraft über die Betäti­ gungseinrichtung 7 wird eine Kontaktierung der Bremsscheibe 2 durch den Reibbelag 4 direkt und durch den Reibbelag 3 indirekt über den axial außenliegenden Schenkel 6 bewirkt. Beim Bremsen kommt es somit zu einem Verformen des elastischen Dichtringes 10 innerhalb der umlaufenden Ringnut 11, der ein selbsttätiges Rückstellmittel zum Wieder­ einstellen des Spiels S beim Entfernen einer Bremskraft darstellt. Eine Druckunabhängigkeit des Spiels S wird dabei, beispielsweise, durch die spezielle geometrische Ausgestaltung der Ringnut 11 erhalten, wie in der DE 196 44 552 A1 offenbart.
Zur Vermeidung der Ausbildung eines Wasser- oder schmutzfilms beziehungsweise zur Entfernung eines bereits ausgebildeten Wasser- oder Schmutzfilms auf der Bremsscheibe 2 im Lösezustand der Reibbeläge 3, 4 von der Bremsscheibe 2, in dem kein Kontakt zwischen der Bremsscheibe 2 und dem Reibbelag 3 oder 4 besteht, wie in Fig. 1 dargestellt, ist erfindungsgemäß ein Steuer- bzw. Regelsystem 110 vorgesehen, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieses Steuer- bzw. Regelsystem 110 ist mit einem übergeordneten Regler und/oder einem vom Fahrer bedienbaren Betätigungselement zur Eingabe eines Verzögerungssollwertes Tsoll, einem Tachometer zur Eingabe der jeweiligen Geschwindigkeit v eines Fahrzeuges sowie einer Scheibenwischanlage oder ähnlicher Meßstelle zur Erfassung von Nässe, zum Zuführen von Signalwerten, die die Regenmenge R und die Scheibenwischerfrequenz ω repräsentieren, verbunden, um ein Verzögerungssignal an eine Bremse 100, insbesondere die Betätigungseinrichtung 7 gemäß Fig. 1, abzugeben, entweder wenn eine Fahrzeugverzögerung erwünscht ist, oder wenn im Falle von Nässe das Ausbilden bzw. Verbleiben eines Wasserfilms auf der Bremsscheibe 2 im wesentlichen ohne Fahrzeugverzögerung verhindert werden soll. Dabei besteht auch eine Rückkopplung zwischen der Bremse 100 und dem Steuer- bzw. Regelsystem 110 zum Zuführen eines gemessenen Verzögerungsistwertes.
Das erfindungsgemäße Steuer- bzw. Regelsystem 110 gibt in zwei grundsätzlich unterschiedlichen Situationen ein Verzögerungssignal an die Bremse 100 ab. Zum einen wird selbstverständlich ein Verzögerungssignal an die Bremse 100 weitergeleitet, wenn über den Fahrer oder einen übergeordneten Regler ein Verzögerungssollwert Tsoll dem Steuer- bzw. Regelsystem 110 zugeführt wird, bis anhand eines Vergleichs mit dem jeweiligen Verzögerungsistwert festgestellt wird, daß der Verzögerungssollwert erreicht ist. Zum anderen wird ein Verzögerungssignal der Bremse 100 fahrerunabhängig zugeführt, wenn Nässe über die Scheibenwischerfrequenz ω und den Regensensor oder anderen Nässesensor R sensiert wird, wobei die Bremskraft und das Bremstaktverhältnis, also das Verhältnis von Bremseingriff zu Bremslösung, von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs abhängt, ohne daß es jedoch zu einer tatsächlichen Verzögerung des Fahrzeugs, sondern zu einem Entfernen eines eventuell sich auf der Bremsscheibe 2, nämlich den den Reibbelägen 3, 4 zugewandten Flächen der Bremsscheibe 2, ausgebildeten bzw. ausbildenden Wasserfilms kommt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer- Bremse eines Rads eines Fahrzeugs mit zwei relativ zu einer Bremsscheibe bewegbaren Reibbelägen kann somit verläßlich das Vorhandensein eines Wasserfilms auf der Bremsscheibe im Falle einer notwendigen Bremsbetätigung zur Fahrzeugverzögerung vermieden werden, wodurch effektiv die Möglichkeit eines Versagens der Bremsen und somit eine mögliche Gefährdung der Fahrzeuginsassen erheblich reduziert wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Dies gilt insbesondere auch für ein entsprechendes Verfahren bei Fahrten mit erhöhtem Schmutzanfall (z. B. Geländefahrten) zur Vermeidung der Ausbildung und des Festsetzens eines Schmutzfilmes auf der Reibfläche der Bremsscheibe.
Weiter oben wurde schon erläutert, daß der Regler R mit Signalen versorgt wird, die von der Feuchtigkeit der Umgebung bzw. von der Stärke des durchfahrenen Regens abhängt. Dabei wurde vorgeschlagen, den Sensor für eine Scheibenwaschanlage bzw. die Wischfrequenz des Scheibenwischers auszunutzen, wobei die Scheibenwischerfrequenz auch dann festgestellt werden kann, wenn das Fahrzeug nicht mit einer automatisch geregelten Scheibenwischanlage bzw. einem Regensensor versehen ist. Eine andere Möglichkeit zur Messung des im Bereich der Bremsscheibe herrschenden Feuchtigkeit kann in einem speziellen Feuchtesensor bestehen, der in der Umgebung der Bremsscheibe angeordnet wird. Hierbei empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung besonders die Verwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 5. Die Arbeitsweise des Sensors kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. So kann beispielsweise optisch die Feuchte der Bremsscheibe vermessen werden. Es könnten leitfähige Strecken angeordnet werden, deren Leitfähigkeit sich mit der Dichte des Feuchtigkeitsnebels in der Nähe der Bremsscheibe ändert. Eine weitere Möglichkeit ist durch die durch Feuchtigkeit bedingte Kapazitätsänderung einer leitenden Strecke möglich oder es kann das Quellverhalten eines Elements bei Feuchtigkeit zur Feuchtigkeitsmessung ausgenutzt werden.
Besitzt das Fahrzeug eine geregelte Bremsanlage, beispielsweise in Form von ABS, ASR oder ESP, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 6. Dabei wird das Gehäuse des Radgeschwindigkeitssensors doppelt ausgenutzt, so daß auch die Spannungsversorgung des Radgeschwindigkeitssensors zur Spannungsversorgung des Feuchtesensors mit verwendet werden kann, soweit es sich um einen aktiven Umdrehungssensor handelt. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich des Feuchtesensors läßt sich durch die Merkmale nach Anspruch 7 erreichen. Dabei werden die ohnedies notwendigen Daten und Informationsleitungen des Radgeschwindigkeitssensors gleichzeitig noch mit von dem Feuchtesensor ausgenutzt, so daß sie ohne größeren Mehraufwand in der Steuerung des gesteuerten Bremssystems zur Verfügung stehen. Durch die zuletzt genannten Merkmalskombinationen läßt sich somit die Ausbildung eines Wasserfilms auf der Bremsscheibe besonders sicher erkennen. Außerdem nutzt der Feuchtesensor den bestehenden Kabelbaum zwischen dem Raddrehzahlsensor und dem elektrischen Steuergerät der Bremsanage aus. Die Vorteile bestehen in der sicheren Erkennung des Risikos eines abfallenden Reibwertes der Bremsscheibe und der Bremsbeläge durch Sensierung in unmittelbarer Nähe der Bremsscheibe, was ohne zusätzlichen Montageaufwand beim Fahrzeughersteller geschehen kann.
Bezugszeichenliste
1
Scheibenbremssattel
2
Bremsscheibe
3
Reibbelag
4
Reibbelag
5
Achsial innenliegender Schenkel
6
Achsial außenliegender Schenkel
7
Hydraulische Betätigungseinrichtung
8
Bremszylinder
9
Bremskolben
10
Elastischer Dichtring
11
Umlaufende Ringnut
12
Zylinderfläche
13
Bremse
14
Steuer- bzw. Regelsystem
S Spiel
Tsoll
Verzögerungssollwert
v Geschwindigkeit
ω Scheibenwischerfrequenz
R Regenmenge

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Reibungsbremse eines Rads eines Fahrzeugs mit zwei relativ zu einer Bremsscheibe (2) bewegbaren Reibbelägen (3, 4), umfassend ein Spannen der Bremse durch Ausüben einer Reibkraft über die Reibbeläge (3, 4) auf die Bremsscheibe (2) zur Verzögerung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, ein Lösen der Bremse zum Einstellen einer erwünschten Verzögerung und/oder ein Einstellen eines Lüftspiels (S) zwischen der Bremsscheibe (2) und jedem der Reibbeläge (3, 4), gekennzeichnet durch ein automatisches, zyklisches, aktives Betätigen der Bremse zum Trocknen bzw. Trockenhalten oder zum Reinigen einer Reibfläche der Bremsscheibe (2) ohne wesentliche Verzögerung des Fahrzeugs.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft und/oder das Bremstaktverhältnis zum Trocknen, Trockenhalten bzw. Reinigen der Bremsscheibe (2) abhängig von einer gemessenen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs, Verzögerung des Fahrzeugs, Scheibenwischerfrequenz ω des Fahrzeugs und/oder Regenmenge R eingestellt wird bzw. werden.
3. Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Bremse eines Rads eines Fahrzeugs mit zwei relativ zu einer Bremsscheibe (2) bewegbaren Reibbelägen (3, 4) der von einem Fahrer oder einem übergeordneten Regler (110) des Fahrzeugs, wie einem ABS-Regler, einem ASMS-Regler oder dergleichen, ein Verzögerungssollwert Tsoll sowie der jeweilige Verzögerungsistwert zuführbar ist und die ein Verzögerungssignal ausgibt, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch ein Verzögerungssignal niedrigen Pegels ausgebbar ist, das im wesentlichen nicht zu einer Verzögerung des Fahrzeugs, sondern zu einem Trocknen, Trockenhalten bzw. Reinigen der Bremsscheibe (2) führt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verbindung mit einem Tachometer, der Bremse und/oder einer Scheibenwischanlage, insbesondere deren Regensensor und/oder Frequenzeinstelleinheit, des Fahrzeuges.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Feuchte an oder in der Umgebung der reibenden Materialien der Bremse und/oder der Regenmenge ein Feuchtesensor im Bereich der Bremsscheibe angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor in das Gehäuse eines Umdrehungssensors bzw. Radgeschwindigkeitssensors integriert ist, welcher Signale an die Steuerung einer Bremskraftregelung (ABS, ASR, ESP) abgibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor über die Datenleitungen des Umdrehungssensors mit der Steuerung verbunden ist.
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