Skalierbarer Sicherheitskontrolleur

Zur optimalen Steuerung der Bremskraft ist die Ermittlung des Bremsverschleißes notwendig, denn ein ungleichmäßiges Abnutzen der Beläge führt dazu, dass unterschiedliche Werkstattintervalle auftreten, die mit hohen Kosten verbunden sind. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Bremskraft sinnvoll zu verteilen und damit deren Wirkung zu erhöhen.

Marktübliche Systeme führen ausschließlich eine Bremsbelag-Messung durch – ist ein Belag verschlissen, wird dies dem Fahrer angezeigt. Eine Optimierung lässt sich über intelligente Sensoren umsetzen, die permanent Messwerte an das Steuergerät senden und nicht erst bei erreichter Verschleißgrenze. Zusätzlich ist es auf Basis dieser Werte möglich, das Bremsverhalten optimal auszusteuern und ungleichmäßigem Verschleiß vorzubeugen. Hinzu kommt die Zielsetzung, allen Fahrzeugtypen und allen Servicefällen gerecht zu werden. Dies bedeutet, dass auch Sondermaschinen wie Müllwagen, die naturgemäß eine sehr hohe Anzahl an Bremsvorgängen absolvieren, problemlos damit ausgestattet werden können. Für den Servicefall ist es wichtig, den Sensor ohne besonderes Werkzeug, aber auch ohne spezielle Programmierung beziehungsweise Einlernen an das Steuergerät in jeder Bremse verbauen zu können.

Die Genauigkeit der Linearsensoren von AB Elektronik ermöglicht die konstante Regelung des Bremssystems. Der Verschleiß der Beläge erfolgt gleichmäßig und führt somit zur Verlängerung der Serviceintervalle und letztendlich zu Kostenreduzierungen.

Realisiert wurde dies mit der AB-eigenen „Autopad“-Technologie. Diese, auf induktiver Technik basierend, ist kontaktlos und eignet sich besonders für den Einsatz in Hochtemperatur-Umgebungen, da die Sensorelemente als Leiterplatten ausgeführt sind. Durch entsprechende Auswahl des Basismaterials wird die Anpassung an die Umgebungsbedingungen vorgenommen. Die Technologie wird in hohen Stückzahlen auch im Pkw-Bereich eingesetzt und bietet einen weiteren Vorteil: ihre Anpassbarkeit an metallische Umgebungen und externe Magnetfelder.

Ein herkömmlicher magnetischer Sensor würde je nach Fahrzeug- und Bremssattelvariante unterschiedlich beeinflusst. Insbesondere sind Sensoren unter dem Chassis vermehrt externen Feldern ausgesetzt, beispielsweise beim Einsatz auf einem Werksgelände mit elektrolytischer Schmelze oder an induktiv beheizten Rampen im Winter. All diesen Einflüssen lässt sich durch entsprechendes Sensorlayout begegnen. Sofern die externen Magnetfelder nicht im MHz-Bereich liegen, haben sie keinen Einfluss – und in diesem Frequenzbereich erfolgt eine zusätzliche Abschirmung durch den Bremssattel selber, so dass hier ein sehr sicheres Sensorkonzept vorliegt.

Die Autopad-Technologie benutzt als Geberelement einen Resonator, der auf dem beweglichen Teil im Einbauraum montiert wird. Der Resonator empfängt verschiedene, vom Sensor ausgesandte Signale und sendet sie – der eigenen Position entsprechend – wieder an den Sensor zurück. Durch diesen Ansatz ist es möglich, beliebige Geometrien umzusetzen, sofern sie auf einer Leiterplatte, Keramik, 3D-MID oder in Draht-gewickelter Form realisierbar sind. Dies umfasst insbesondere lineare, kreisförmige und kurvenlineare Bewe- gungen.

Für die Bremsverschleiß-Detektion wurde ein Linearwegsensor gewählt, der in hohem Maße auf die verschiedenen Weglängen skalierbar ist. Die maximale Länge ist dabei hauptsächlich durch den Strom begrenzt, den das Steuergerät zu liefern vermag, und durch das Gebot der Wirtschaftlichkeit: Im Bereich von mehreren Metern Länge gibt es günstigere Alternativen als Leiterplatten. Für die typische Stärke von Bremsbelägen hingegen ist dies eine optimale Lösung. Neben dem Signal, dass der Bremsbelag endgültig verschlissen ist, werden also auch bei jedem Bremsvorgang die aktuellen Messwerte der Stärke jedes einzelnen Bremsbelags an das Steuergerät übermittelt. Auflösung und Signalform (analog, PWM, digital) sind dabei kundenspezifisch programmierbar.

Die Kundenanforderungen umfassten darüber hinaus noch einen Algorithmus, der unter anderem ein Debouncing, also das Unterdrücken kurzer Störungen in Form eines gleitenden Mittelwerts, umfasst. Für die Umsetzung wurde ein automotive-tauglicher Mikrocontroller eingesetzt, der die Anpassung an weitere, kundenspezifische Anforderungen ermöglicht. Ferner sind umfangreiche Schutzmaßnahmen integriert, die den 5 V-Sensor im kompletten 24 V-Umfeld des Nfz absichern (Überspannung, Verpolung, Ausgangsschutz). Für die Rückwärtskompatibilität ist eine geringe mittlere Stromaufnahme umgesetzt.

EMV-Normen verschiedenster OEMs werden eingehalten, eine Typgenehmigung liegt ebenfalls vor, und der Sensor ist komplett bleifrei ausgelegt. Montagefreundlichkeit sorgt für wirtschaftliche Werktstattleistung.

Um den Sensor nicht nur in speziellen Werkstätten verbauen zu können, wurden sowohl Sensor als auch das bewegliche Geberelement so ausgelegt, dass sie beliebig zur Bremse als auch zueinander verdreht eingebaut werden können, so wird Montagezeit eingespart. Ein Selbstlern-Algorithmus sorgt dafür, dass bei einem Austausch die Stärke des vorhandenen Bremsbelags erkannt wird – nach dem ersten Bremsvorgang ist die volle Präzision sofort wieder gegeben.

Neben der eigentlichen Aufgabe erfüllt der Bremsverschleißsensor eine fast noch wichtigere Funktion: Da er direkt im Bremssattel montiert ist, dichtet er diesen auch gegen Feuchtigkeit von außen ab. Damit kann er auch als „Sensor-Dichtung“ bezeichnet werden, denn das Vermeiden von Korrosion in einer Bremse hat oberste Priorität. Die Umsetzung geschieht nicht nur durch die Verwendung zweier O-Ringe, sondern auch durch einen für diesen Anwendungsfall und Temperaturbereich abgestimmten Kunststoff.

Zehn Jahre Erfahrung, die AB Elektronik im Bereich der Sensoren im Motoranbauraum hat, sind in diese Applikation eingeflossen. Der Sensor wurde in Varianten mit Kabelabgang und direkt steckbar ausgelegt, um verschiedenen Bauräumen gerecht zu werden. Der Aufbau, der über den Bremssattel hinausragt, wurde dabei bewusst minimiert, da der Bauraum für einen Sensor meist erst nach der eigentlichen Bremskonstruktion festgelegt wird. So wurde auch die Seriennummer (Barcode) nicht im außen liegenden Teil des Sensors angebracht, sondern auf dem Sende-/Empfangsbereich. Eine Zuordnung und Rückverfolgbarkeit ist somit auch nach jahrelangem Einsatz im Fahrzeug gewährleistet.

AB Elektronik, Telefon: 02389 788-477; E-Mail: marcus.irrgang@abelektronik.de