SE532739C2 - Sensor för beröringsfri avkänning av förslitningen av ett bromsbelägg i ett fordon - Google Patents

Description

30 35 40 I- »M in “#3 ul Fe L- 2 Uppfinningens syfte är mot bakgrund av den kända tekniken för det första att ut- veckla en anordning för mätning av den av förslitningen orsakade omställningen av ett bromsbelägg i förhållande till ett tillhörande bromsok så att anordningen blir relativt billig, lätt att underhålla och medger en relativt noggrann och tillförlitlig mätning.

Syftet uppfylls med en anordning enligt kravet 1 respektive en broms enligt kravet 8 och ett fordon enligt kravet 9. Ett tillhörande mätförfarande anges i ett självständigt förfarandekrav. I de osj älvständiga patentkraven anges tillhörande föredragna utförings- former.

Tack vare den lösbara förbindningen och den därigenom uppnådda modulära upp- byggnaden blir underhållet enkelt. Med den beröringsfria kopplingen behövs det ingen förbindning mellan bromsoket och sensorn, och därmed inga extra genomgångsöppningar i bromsokshuset. Tillverkningskostnaderna för bromsokshuset ökar inte alls eller endast oväsentligt. Dessutom underlättas en komplettering i efterhand med anordningen enligt uppfinningen. Eftersom bromsokshuset inte behöver förses flned några genomgångsöpp- ningar försämras inte dess hållfasthet och skyddande verkan mot yttre inflytanden, till exempel regnvatten och annat.

Anordningen enligt uppfinningen för mätning av den av förslitningen orsakade om- ställningen av ett bromsbelägg i förhållande till ett tillhörande bromsok innehåller en växel för omvandling av den av förslitningen orsakade omställningen till en vridrörelse.

Tack vare denna omvandling av den i regel linjära, men framför allt lilla relativrörelsen eller -förskjutningen mellan belägget och oket till en vridrörelse möjliggörs en mer exakt avkänning med hjälp av den enligt uppfinningen likaså anordnade sensorn. Detta beror dels på att en vridrörelse är lättare att avkänna och dels på att utväxlingsförhållandet lätt kan ställas in så att den relativt lilla linjära rörelsen åtföljs av ett relativt stort vridrörel- seutslag. Den beröringsfria överföringen av vridrörelsen till sensorn åstadkommes med en beröringsfri koppling, till exempel en koppling som utnyttjar magnetiska krafter. Som exempel kan kopplingen åstadkommas med ett på sensorn verkande elektromagnetiskt fält, vars av omställningen av belägget beroende förändring avkänns av sensorn, till exem- pel med hjälp av Hallprincipen. Därigenom uppnås att det inte behövs någon mekanisk förbindelse mellan sensorn och det vridrörelsealstrande organet. Detta förenklar underhål- let, eftersom den ifrågavarande förbindelsen inte behöver tas isär mekaniskt. Som exempel kan sensorn anordnas i ett på bromsoket lösbart fast hus, varvid den beröringsfria kopp- lingen åstadkommes i övergångsområdet mellan detta hus och bromsoket. Tack vare den beröringsfria kopplingen behövs varken mekaniska förbindningselement, till exempel kopplingar, av något slag eller för ändamålet anordnade genomgångsöppningar i bromso- ket eller dettas hus eller i sensorhuset. Därigenom underlättas underhållet. Vidare är det enkelt att tilläggsmontera en sensor i efterhand. Bromsokets hus försvagas dessutom inte och utsätts inte för nedsmutsning av den genom gångsöppning som annars måste anordnas.

Vidare kan sensorn vid behov avlägsnas från bromsoket i det närmaste ”spårlöst”, dvs. utan att lämna efter sig kvarvarande genomgångsöppningar bromsoket. 10 15 20 25 30 35 40 f ti FÉIJ N' 'Mi 5:43 intim' 3 Vidare är anordningen enligt uppfinningen utformad så att sensorn avger en analog eller pulsbreddsmodulerad detekteringssignal för bestämning av den av förslitning orsaka- de omställningen av bromsbelägget, varvid signalen motsvarar det läge som för tillfället uppkommit på grund av vridrörelsen. Tack vare användningen av en pulsbreddsmodulerad eller särskilt en analog detekteringssignal förenklas sígnalbehandlingen. Därigenom blir sensorn också enkel att justera och billig att tillverka och fungerar särskilt tillförlitligt.

Detta beror bland annat på att efter ett tillfälligt strömavbrott eller en störande spän- ningsvariation behövs ingen ny kalibreringsprocess, vilket däremot i regel krävs vid digital avkänning. Anordningen är företrädesvis utformad så att en enda sensor är tillräcklig för att känna av omställningen, varigenom anordningen kan framställas billigt.

Enligt en foredragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är den forsta sensorn en vridpotentiometer och den beröringsfria kopplingen en på magnetiska krafter baserad koppling, varvid som exempel en i växeln belägen axel som vrids motsvarande beläggets omställningsväglängd är försedd med en givarmagnet, som för med sig en på sensorsidan belägen, vridbart lagrad mottagarmagnet. Vridrörelsen överförs till vridpoten- tiometern, varvid den för tillfället inställda resistansen motsvarar bromsbeläggets omställ- ningsväg och kan avkännas med en tillhörande detekteringssignal.

Inställningsområclet för vridpotentiometern eller växeln är därvid avpassat till det största förväntade omställningsområdet för bromsbelägget. låärigenom åstadkommes en anordning som kan framställas särskilt billigt och fungerar särskilt tillförlitligt och speci- ellt är okänslig för yttre magnefält. i' Enligt en ytterligare utföringsfonn relativt den ovannämnda alternativa utföringsfor- men är sensorn en Hallsensor och den beröringsfria kopplingen åstadkommes av ett med vridrörelsen varierande magnetiskt fält, som verkar på Halls-sensorn. Det är därvid fråga om en AlVlR-sensor eller med hänsyn till den lägre känsligheten för störningar företrädes- vis en GMR-sensor. Speciellt föredras en Hallsensor med fritt programmerbar överförings- funktion mellan ingångsmagnetfältet och den utmatade detekteringssignalen. En sådan sensor är särskilt tillförlitlig och tack vare den programmerbara överföringsfuiiktionen lätt att justera. i' Som exempel kan en givarmagnet vara anordnad på den vid änden belägna axeln i växeln, varvid magnetens magnetfält verkar på Hallsensorn. Vid en av slitage orsakad omställning uppstår åtminstone en vridning av magneten och det tillhörande magnetfältet i förhållande till Hallsensorns riktningsläge, vilket åtföljs av§en förändring av Hallspän- ningen, eventuellt också en teckenväxling för Hallspänningen i sensorn. Om Hallsensorn och magneten inte är riktade koaxiellt med varandra blir resultatet utöver vridrörelsen också att avståndet mellan magneten och sensorn förändras, vilket också leder till en förändring av Hallspänningen och enligt en utföringsforrn kan utnyttjas för detekterings- ändamål. Med en sådan utformning är det möjligt att åstadklomma en på grund av lågt slitage tillförlitlig och samtidigt också långtidsstabil och: för temperaturvariationer okänslig anordning. Växeln och Hallsensorn anordnas och utformas så att det av Hallsen- 10 15 20 25 30 35 40 .* xfflä Ik fin W .øtfldi Le r hur 4 sorn avkända intervallet för magnetfaltets riktning, dvs. l20° vid en Hallsensor av stan- dardtyp och l80° vid en GMR- eller AMR-Hallsensor, utnyttjas tilll så stor del som möjligt, varigenom mätningens noggrannhet kan optimeras. i' Enligt en ytterligare föredragen utföringsfonn motsvarar varje av förslitning orsakad omställning av bromsbelägget entydigt ett analogt signalvärde från sensorn. Detta har fördelen är att det inte krävs kalibreríngsåtgärder.

Enligt en ytterligare foredragen utforingsforrn är växeln minst en del av en mekanisk eller elektromekänisk kompensationsanordning for bromsbelägget. Sådana kompensa- tionsanordningar finns i i det närmaste alla fordon och innehåller i regel roterande axlar.

Därför kan de kända bromsarna enkelt kompletteras i efterhand med anordningen enligt uppfinningen utan att bromsens integritet därigenom blir lidande av de inledningsvis angivna orsakerna. Som exempel innehåller kompensationsanordningen en av en elektrisk motor eller mekaniskt driven kedjeväxel med ett drev och en kedja.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform har anordningen för mätning av den av forslitning orsakade omställningen en ytterligare utväxlingsväxel mellan växeln, till exempel kompensationsanordningen, och sensorn. Denna utväxlingsväxel har till uppgift att anpassa den mot omställningen svarande storleken av växelns vridrörelse, till exempel for givarmagneterna, till det av sensorn avkännbara mätområdet. I syfte att minimera utrymmesbehovet för utväxlingsväxeln används företrädesvis en planetväxel. Utväxlings- växeln är till exempel anordnad på sensorsidan vid vridpotentiometern, dvs. mellan den magnetiska kopplingen och sensorn/vridpotentiometern. Vid en utföringsform med en Hallsensor anordnas utväxlingsväxeln på bromsokssidan, dvs. mellan kompensationsan- ordningens växel och de magnetfältsalstrande magneterna.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform är huset i vilket sensom och i före- kommande fall utväxlingsväxeln är anordnade hermetiskt avtätat.

Uppfmningen avser som nämnts även en broms for motorfordon, företrädesvis för nyttofordon, och ett motorfordon som utrustats med den ovan beskrivna anordningen. De av anordningen tillförda fördelarna gäller således även bromsen och fordonet.

Uppfinningen avser som tidigare nämnts även ett forfarande för mätning av den av förslitning orsakade omställningen av ett bromsbelägg i förhållande till det tillhörande bromsoket, varvid den av förslitrxingen orsakade omställningen med hjälp av en växel omvandlas till en vridrörelse. Förfarandet har de särdrag som anges i patentkravet 10.

Med den beröringsfria kopplingen uppnås att det inte krävs någon mekanisk förbindelse mellan anordningen och sensom som alstrar vridrörelsen. Detta förenklar underhållet, eftersom den ifrågavarande förbindelsen inte behöver tas isär mekaniskt när sensorn skall avlägsnas från bromsoket. , Enligt en foredragen utföringsform av förfarandet behandlas detekteringssignalen även for att avge en varningssignal och/eller för att påverka styrningen av bromsningen.

Den analoga eller pulsbreddsmodulerade detekteringssignalen kan for att höja störnings- säkerheten även behandlas av en överspännings, ESD- och/eller EMV-skyddskrets innan 10 15 20 25 30 35 40 ilíïl Ira-II FJ "ul ICJJ ÉIJ 5 den tillförs till den egentliga signalbehandlingsenheten. Kretsar av detta slag är till exem- pel integrerade i de senaste utförandena av Hallsensorer.

På ritningen visas föredragna utföringsform er av anordningen enligt uppfinningen för mätning av den av förslitning orsakade omställningen av ett bromsbelägg. Uppfinning- en är dock inte begränsad till dessa utföringsfonner. Därvid visar fig 1 en exploderad perspektivvy av en första utföringsform av anordningen enligt uppfinningen med det tillhörande bromsoket, fig 2 en exploderad perspektivvy av en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen med det tillhörande bromsoket och fig 3 en genomskär- ning genom den i fig 2 visade utföringsforrnen.

I fig 1 visas ett bromsok 1 med en på detta anordnad mekanisk kompensationsanord- ning, som även kan vara utförd som en elektromekanísk kompensationsanordning, med en av kedja och kugghjul bildad växel 4 för kompensation av bromsbeläggets förslitning.

Bromsbelägget och den tillhörande manövercylíndern har med hänsyn till överskådlighe- ten utelämnats. Växeln 4 har en vid pilen 4 visad axel, som ställs om relativt bromsoket proportionellt mot den av förslitningen orsakade omställningen av bromsbelägget. Denna vridrörelse överförs till en sensor 2, vilket sker via en beröringsfri koppling i form av ett magnetpar 3a, 3b. Därvid är givannagneten 3a fäst på axeln och dess magnetiska kraft verkar genom bromssadelns eller kompensationsanordningens hus 5 på en utanför huset 5 anordnad mottagarmagnet 3b, som i sin tur är fäst på en vridbar axel 7. Den magnetiska kopplingen i form av magneterna 3a och 3b överför vridningsrörelsen i kompensationsan- ordningens växel 4 till sensorns 2 axel 7. Sensorn 2 utgörs av en i ett hus integrerad vrid- potentiometer, som ställs om av den vridbara axeln 7. Storleken för kompensationsan- ordningens 4 vridrörelse kan om så önskas anpassas till det tillgängliga vridningsområdet för potentiometern med hjälp av en icke visad utväxlingsväxel, som integreras i sensorns 2 hus och växlar ut kompensationsanordningens 4 vridrörelse vid överföringen till sen- sorns 2 vridpotentiometer. Vridpotentiometern är förbundenmed en icke visad signalbe- handlingsenhet via en anslutning 6. Eftersom sensorns 2 vridpotentiometer har en vrid- ningslägesberoende resistans kan denna enkelt utnyttjas för att bilda en analog, mot vridningsläget svarande detekteringssignal (detekteringsspänning eller -ström).

I fig 2 visas en annan utföringsforrn av anordningen enligt uppfinningen för monte- ring på det i fig l tidigare visade bromsoket 1 med en på detta visad kompensationsanord- ning med en av en kedja och drev bildad växel 4 för kompensation av bromsbeläggsförslit- ningen. Även i denna figur har brömsbelägget och den tillhörande bromscylindern uteläm- nats med hänsyn till överskådlígheten. Växeln 4 har en vid pilen 4 visad axel, som ställer om sig proportionellt mot den av slitage orsakade omställningen av bromsbelägget i förhål- lande till bromsoket. Den uppkommande vridrörelsen överförs till en sensor 10. Storleken för kompensationsanordningens 4 vridrörelse anpassas till storleken för den vridrörelse som kan mätas av sensorn med hjälp av en utväxlingsväxel 8, som är integrerad i broms- okets respektive kompensationsanordningens 4 hus 5. Växeln är därvid en planetväxel, vilket ger en utväxling av vridningsrörelsen för kompensationsanordningens 4 axel vid 10 15 20 ti? i f* M M »RÅ 'Ira m: 6 överföringen till sensorn 10. En magnet 9 för en beröringsfri koppling är fast på på utväx- lingsväxeln 8 på sådant sätt att den vrids enligt utväxlingsfcírhållandet i förhållande till kompensationsanordningens 4 vridrörelse. Magnetens 9 magnetfält verkar genom bromso- kets eller kompensationsanordningens 4 hus 5 på den utanför' huset 5 anordnade sensorn 10, som är en Hallsensor. Det på grund av rörelsen varierande magnetfaltet leder till en förändring av Hallspänningen i Hallsensorn. Med ökande avstånd sjunker magnetfaltets styrka och därmed den tillhörande Hallspänningen. På samma sätt kan en variation i magnetfaltets riktning på grund av vridningsrörelsen i förhållande till sensorn åstadkom- ma en förändring av Hallspänningen, inklusive av dennas tecken. Fackmannen kan med några få försök finna den bästa riktningsinställningen mellan magneten, dvs. magnetfäl- tet, och sensorn, så att en entydig koppling mellan vridläget och detektorsignalen från sensorn uppnås. i Fig 3 visar den i fig 2 återgívna utföringsformen i genomskärning. Av denna fram- går tydligt uppbyggnaden för sensorn 10 och hur denna är anordnad på bromsokets eller kompensationsanordningens 4 hus 5. Sensorn 10 har eni ett hus l0a anordnad Hallsensor l0b, på vilken magnetens 9 magnetfält verkar genom huset 5. Magneten 9 vrids proportio- nellt mot kompensationsanordningens 4 axel, men med en utväxling som åstadkommes av en utväxlingsväxel 8. Denna är därvid av utrymmesskäl en planetväxel. Sensorn kan förbíndas med en signalbehandlingsenhet via i sensorns hus l0a integrerade instickskon- takter 12. Sensorn 10 förbinds med bromsoket respektive kompensationsanordningen 4 enbart med hjälp av den mekaniska förbindningen mellan sensorhuset l0a och kompens- ationsanordningens hus 5 genom att den placeras på detta och avtätas med en O-ringstät- ning 11. Detta förenklar underhållet och injusteringen.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 i, f! :till M ~J tet! LD 7 Patentkrav

1. l. Anordning för mätning av den av förslitning orsakade omställningen av ett bromsbelägg i förhållande till ett tillhörande bromsok, med en växel (4) för omvandling av den av förslitningen orsakade omställningen till en vridrörelse, en sensor (2, 10) för avkän- ning av vridrörelsen och en beröringsfri koppling (3a, 3b, 9) för överföring av vridrörelsen till sensorn (2, 10), varvid sensorn (2, 10) alstrar en detekteringssignal för bestämning av den av förslitningen orsakade omställningen av bromsbelägget och detekteringssignalen motsvarar den aktuella, av vridrörelsen åstadkomna lägesförändringen och är analog eller pulsbreddsmodulerad, kännetecknad av att sensorn (2, 10) är anordnad i ett hus (lOb), som kan förbindas lösbart med bromsoket, och att den beröringsfria kopplingen (3a, 3b, 9) är anordnad att överföra vridrörelsen till det inre av huset (l0b).

2. Anordning enligt kravet l, kännetecknad av att sensorn (2) är en vridpotentio- meter och att den beröringsfxia kopplingen är en på magnetiska krafter baserad koppling (3a, 3b).

3. Anordning enligt kravet l, kännetecknad av att sensorn (10) är en Hallsensor (10b) och att den beröringsfria kopplingen åstadkommas med ett på grund av vridrörelsen varierande magnetiskt fält (9), som verkar på en Hallsensor.

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att varje av förslitning orsakad omställning av bromsbelägget är entydigt kopplat till ett analogt sig- nalvärde för sensorn (2, 10).

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att växeln (4) utgör minst en del av en mekanisk eller elektromekanisk kompensationsanordning för bromsbelägget.

6. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att en nedväx- lingsväxel (8), företrädesvis en planetväxel, dessutom är anordnad mellan växeln (4), till exempel kompensationsanordningen, och sensorn (10).

7. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att huset (l0b) i vilket sensorn (2, 10) och en eventuellt anordnad nedväxlingsv äxel är anordnade är henne- tiskt avtätat.

8. Broms för ett motorfordon, företrädesvis ett nyttofordon, kännetecknad av att den har en anordning enligt något av föregående krav för mätning av den av förslitningen orsakade omställningen av ett bromsbelägg.

9. Motorfordon, kännetecknat av att det har en broms enligt kravet 8.

10. Förfarande för mätning av den av förslitning orsakade omställningen av ett bromsbelägg i förhållande till ett tillhörande bromsok, varvid den av förslitning orsakade omställningen omvandlas till en vridrörelse och vridrörelsen: via en beröringsfri koppling överförs till en för avkänning av vridrörelsen anordnad sensor, som alstrar en detekte- ringssignal för bestämning av den av förslitning orsakade omställningen av bromsbelägget, varvid detekteringssignalen motsvarar den aktuella, av vridrörelsen åstadkomma lägesfö- :Lil fi! ïI-l *Å 'LG r Ü 8 rändrlngen och är analog eller pulsbreddsmodulerad, kännetecknat av att sensorn (2, 10) anordnas i ett hus (l0b), som kan fórbindas lösbart med bromsoket, och att vridrörelsen överförs till det inre av huset (lOb) med utnyttjande av den beröringsfría kopplingen.

11. Förfarande enligt kravet 10, kännetecknat av att detekteríngssígnalen även behandlas for avgívning av en varning och/eller för att påverka bromsstyrningen.