Theoretische Untersuchungen an selbstverstärkenden Scheibenbremsen für Brake-by-Wire:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2008
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 12, Verkehrstechnik, Fahrzeugtechnik ; 667 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XVIII, 208 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 9783183667123 3183667126 |
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Inhalt
Verwendete Formelzeichen IX
Abkürzungen XVIII
1 Einführung und Aufgabenstellung 1
1.1 Anforderungen an zukünftige Bremssysteme 1
1.2 Chancen der BbW-Systeme 5
1.3 Selbstverstärkende elektromechanische Bremsen 9
1.4 Aufgabenstellung und Gliederung der Arbeit 12
2 Stand der Technik selbstverstärkender Scheibenbremsen 13
2.1 Bremsen mit Keilgetriebe 13
2.2 Bremsen mit Hebelgetriebe 18
2.3 Bremsen mit gekoppelten Reibpaarungen 19
2.4 Fazit 20
3 Begriff der Selbstverstärkung 21
3.1 Selbsthilfe 21
3.2 Merkmale und Kenngrößen selbstverstärkender Bremsen 22
3.2.1 Reibungsinduzierte Hilfskraft 22
3.2.2 Reibungsinduzierte Hilfsarbeit 24
4 Klemmfähige selbstverstärkende Bremsen 27
4.1 Grundlegende Zusammenhänge 28
4.1.1 Ursprungs-, Hilfs-und Gesamtkraft 28
4.1.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 31
4.1.3 Bremsenkennwert 32
4.1.4 Grundstruktur der klemmfähigen selbstverstärkenden Reibungsbremse .... 34
4.1.5 Folgerungen 36
4.2 Keilbremse mit konstantem Keilwinkel 37
4.2.1 Kräfte und Wege unter Berücksichtigung von Elastizitäten 37
4.2.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad und Bremsenkennwert 44
4.2.3 Betätigungsarbeit, Hilfsarbeit und Gesamtenergie 44
4.2.4 Energiebezogener Selbsthilfegrad 46
4.2.5 Auslegungsbeispiele 47
4.2.6 Folgerungen 50
VI
4.3 Keilbremse mit wegabhängigem Verlauf des Keil winkels 53
4.3.1 Berechnung der Bahnkurve 55
4.3.2 Spannkraft und Keilweg im statischen Kräftegleichgewicht 58
4.3.3 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 59
4.3.4 Bremsenkennwert gn
4.3.5 Betätigungsarbeit, Hilfsarbeit und Gesamtenergie 60
4.3.6 Energiebezogener Selbsthilfegrad 62
4.3.7 Auslegungsbeispiele g2
4.3.8 Auswirkung einer im Betrieb ansteigenden Federrate 68
4.3.9 Folgerungen 7I
4.4 Keilbremse mit aktiver Einstellung des Keilwinkels 73
4.4.1 Kräfte und Wege im statischen Kräftegleichgewicht 74
4.4.2 Hebelarm der Abstützkraft FA 74
4.4.3 Stellmoment 75
4.4.4 Stellarbeit und -leistung 76
4.4.5 Auslegungsbeispiele 77
4.4.6 Folgerungen 79
4.5 Keilbremse mit konstantem effektivem Reibwert 81
4.5.1 System-und Funktionsbeschreibung 81
4.5.2 Kräfte und Wege im statischen Kräftegleichgewicht 83
4.5.3 Reibwerte g4
4.5.4 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 85
4.5.5 Bremsenkennwert 86
4.5.6 Strukturbild s6
4.5.7 Betätigungsarbeit 86
4.5.8 Energiebezogener Selbsthilfegrad 87
4.5.9 Dynamisches Verhalten [][ . . . . . . . . . . . 88
4.5.10 Berechnungsbeispiel für das statische Verhalten 90
4.5.11 Folgerungen 94
5 Nicht klemmiähige selbstverstärkende Bremsen 98
5.1 Gekoppelte Reibpaarungen 98
5.1.1 Prinzipielle Wirkungsweise 98
5.1.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 99
5.1.3 Bremsenkennwert 100
5.1.4 Strukturbild 100
5.1.5 Analogie zwischen gekoppelten Reibpaarungen und Bandbremse 101
5.1.6 Folgerungen 102
52 Keilbremse mit aktiver Abstützung des Keils 1°3
5.2.1 System-und Funktionsbeschreibung 103
5.2.2 Kräfte und Wege des Keüsystems im statischen Kräftegleichgewicht 105
52.3 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 106
VII
5.2.4 Bremsenkennwert 107
5.2.5 Strukturbild 108
5.2.6 Betätigungsarbeit 108
5.2.7 Energiebezogener Selbsthilfegrad 110
5.2.8 Stabilität 111
5.2.9 Auslegungsbeispiel für das statische Verhalten 113
5.2.10 Folgerungen 116
6 Vergleich der untersuchten selbstverstirkenden Bremsen 120
6.1 Kenngrößen der mechanischen Systeme 120
6.2 Kenngrößen eines exemplarisch gewählten Antriebs 123
6.2.1 Zusammenhang von Betätigungsarbeit, Motorleistung und -masse 124
6.2.2 Zusammenhang von Spannkraft und Getriebemasse 125
6.2.3 Darstellung von Vergleichswerten für Antriebsleistung und-masse 126
6.3 Einschätzung der untersuchten Ansätze 128
6.3.1 Keilbremse mit konstantem Keilwinkel (nach Abschnitt 4.1,4.2) 129
6.3.2 Keilbremse mit wegabhängigem Verlauf des Keilwinkels (Abschnitt 4.3)... 132
6.3.3 Aktive Einstellung des Keilwinkels (nach Abschnitt 4.4) 134
6.3.4 Konstanter effektiver Reibwert (nach Abschnitt 4.5) 136
6.3.5 Gekoppelte Reibpaarungen (nach Abschnitt 5.1) 138
6.3.6 Aktive Abstützung des Keils (nach Abschnitt 5.2) 138
6.4 Vorzugsvarianten 140
7 Zusammenfassung und Ausblick 143
Anhang A: Motormodell 146
A.l Grundgleichungen, Massenträgheitsmoment und Kennlinien 146
A.2 Bestimmung der Motormasse 149
A.3 Erwärmung des Motors 151
A.4 Zusammenhang von Motorleistung und -masse
bei adiabatischer Erwärmung 154
Anhang B: Modell des Anpassungsgetriebes 156
B.l Grundgleichungen und Ermittlung der Getriebemasse 157
B.l.l Stirnradgetriebe 157
B.1.2 Zahnstangengetriebe 167
B.2 Massenträgheitsmoment des Anpassungsgetriebes 172
vni
Anhang C: Auslegung eines Gleichstromantriebs mit
Getriebe für eine selbstverstärkende Bremse 176
C. 1 Anforderungen an das Betriebsverhalten des Systems
Motor -Anpassungsgetriebe- Keilbremse 176
Cl.l Obersicht 176
C.1.2 Erläuterung der Anforderungen 178
C.2 Dynamisches Modell der Keilbremse mit Berücksichtigung
von Obersetzungen eines rotatorisch geführten Keils 180
C.3 Modell des Gesamtsystems Motor - Anpassungsgetriebe -
Keilbremse zur Berechnung des Betriebsverhaltens 185
C.3.1 Entstehung des Gesamtmodells 185
C.3.2 Bewegungsgleichung der Motorwelle 185
C.3.3 Lastfaktor und Getriebeübersetzung 187
C.3.4 Massenträgheitsmomente 188
C.3.5 Grundstruktur 190
C.3.6 Uberttagungsfunktion 190
C.3.7 Strukturerweiterungen 191
C.4 Berechnung der Motor-und Zahnradmasse
unter Vorgabe des Betriebsverhaltens 192
C.4.1 Parameterwerte 192
C.4.2 Berechnungsablauf 193
C.5 Beispiel: EinflussderReibwertschwanloingen ................................... 196
Anhang D: Auslegnngsparameter des Systems
DC-Motor - Anpassungsgetriebe - Keilbremse 1
Anhang E: Tabellarische Gegenüberstellung von Kräften, Keflwegen und
tnerg,en der untersuchten Ansätze für selbstverstärkende Bremsen 201
Anhang F: Merkmale der untersuchten Ansätze für selbstverstärkende Bremsen 203
Literatur 2M
|
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V
Inhalt
Verwendete Formelzeichen IX
Abkürzungen XVIII
1 Einführung und Aufgabenstellung 1
1.1 Anforderungen an zukünftige Bremssysteme 1
1.2 Chancen der BbW-Systeme 5
1.3 Selbstverstärkende elektromechanische Bremsen 9
1.4 Aufgabenstellung und Gliederung der Arbeit 12
2 Stand der Technik selbstverstärkender Scheibenbremsen 13
2.1 Bremsen mit Keilgetriebe 13
2.2 Bremsen mit Hebelgetriebe 18
2.3 Bremsen mit gekoppelten Reibpaarungen 19
2.4 Fazit 20
3 Begriff der Selbstverstärkung 21
3.1 Selbsthilfe 21
3.2 Merkmale und Kenngrößen selbstverstärkender Bremsen 22
3.2.1 Reibungsinduzierte Hilfskraft 22
3.2.2 Reibungsinduzierte Hilfsarbeit 24
4 Klemmfähige selbstverstärkende Bremsen 27
4.1 Grundlegende Zusammenhänge 28
4.1.1 Ursprungs-, Hilfs-und Gesamtkraft 28
4.1.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 31
4.1.3 Bremsenkennwert 32
4.1.4 Grundstruktur der klemmfähigen selbstverstärkenden Reibungsbremse . 34
4.1.5 Folgerungen 36
4.2 Keilbremse mit konstantem Keilwinkel 37
4.2.1 Kräfte und Wege unter Berücksichtigung von Elastizitäten 37
4.2.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad und Bremsenkennwert 44
4.2.3 Betätigungsarbeit, Hilfsarbeit und Gesamtenergie 44
4.2.4 Energiebezogener Selbsthilfegrad 46
4.2.5 Auslegungsbeispiele 47
4.2.6 Folgerungen 50
VI
4.3 Keilbremse mit wegabhängigem Verlauf des Keil winkels 53
4.3.1 Berechnung der Bahnkurve 55
4.3.2 Spannkraft und Keilweg im statischen Kräftegleichgewicht 58
4.3.3 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 59
4.3.4 Bremsenkennwert gn
4.3.5 Betätigungsarbeit, Hilfsarbeit und Gesamtenergie 60
4.3.6 Energiebezogener Selbsthilfegrad 62
4.3.7 Auslegungsbeispiele g2
4.3.8 Auswirkung einer im Betrieb ansteigenden Federrate 68
4.3.9 Folgerungen 7I
4.4 Keilbremse mit aktiver Einstellung des Keilwinkels 73
4.4.1 Kräfte und Wege im statischen Kräftegleichgewicht 74
4.4.2 Hebelarm der Abstützkraft FA 74
4.4.3 Stellmoment 75
4.4.4 Stellarbeit und -leistung 76
4.4.5 Auslegungsbeispiele 77
4.4.6 Folgerungen 79
4.5 Keilbremse mit konstantem effektivem Reibwert 81
4.5.1 System-und Funktionsbeschreibung 81
4.5.2 Kräfte und Wege im statischen Kräftegleichgewicht 83
4.5.3 Reibwerte g4
4.5.4 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 85
4.5.5 Bremsenkennwert 86
4.5.6 Strukturbild s6
4.5.7 Betätigungsarbeit 86
4.5.8 Energiebezogener Selbsthilfegrad 87
4.5.9 Dynamisches Verhalten [][".'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 88
4.5.10 Berechnungsbeispiel für das statische Verhalten 90
4.5.11 Folgerungen 94
5 Nicht klemmiähige selbstverstärkende Bremsen 98
5.1 Gekoppelte Reibpaarungen 98
5.1.1 Prinzipielle Wirkungsweise 98
5.1.2 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 99
5.1.3 Bremsenkennwert 100
5.1.4 Strukturbild 100
5.1.5 Analogie zwischen gekoppelten Reibpaarungen und Bandbremse 101
5.1.6 Folgerungen 102
52 Keilbremse mit aktiver Abstützung des Keils 1°3
5.2.1 System-und Funktionsbeschreibung 103
5.2.2 Kräfte und Wege des Keüsystems im statischen Kräftegleichgewicht 105
52.3 Kraftbezogener Selbsthilfegrad 106
VII
5.2.4 Bremsenkennwert 107
5.2.5 Strukturbild 108
5.2.6 Betätigungsarbeit 108
5.2.7 Energiebezogener Selbsthilfegrad 110
5.2.8 Stabilität 111
5.2.9 Auslegungsbeispiel für das statische Verhalten 113
5.2.10 Folgerungen 116
6 Vergleich der untersuchten selbstverstirkenden Bremsen 120
6.1 Kenngrößen der mechanischen Systeme 120
6.2 Kenngrößen eines exemplarisch gewählten Antriebs 123
6.2.1 Zusammenhang von Betätigungsarbeit, Motorleistung und -masse 124
6.2.2 Zusammenhang von Spannkraft und Getriebemasse 125
6.2.3 Darstellung von Vergleichswerten für Antriebsleistung und-masse 126
6.3 Einschätzung der untersuchten Ansätze 128
6.3.1 Keilbremse mit konstantem Keilwinkel (nach Abschnitt 4.1,4.2) 129
6.3.2 Keilbremse mit wegabhängigem Verlauf des Keilwinkels (Abschnitt 4.3). 132
6.3.3 Aktive Einstellung des Keilwinkels (nach Abschnitt 4.4) 134
6.3.4 Konstanter effektiver Reibwert (nach Abschnitt 4.5) 136
6.3.5 Gekoppelte Reibpaarungen (nach Abschnitt 5.1) 138
6.3.6 Aktive Abstützung des Keils (nach Abschnitt 5.2) 138
6.4 Vorzugsvarianten 140
7 Zusammenfassung und Ausblick 143
Anhang A: Motormodell 146
A.l Grundgleichungen, Massenträgheitsmoment und Kennlinien 146
A.2 Bestimmung der Motormasse 149
A.3 Erwärmung des Motors 151
A.4 Zusammenhang von Motorleistung und -masse
bei adiabatischer Erwärmung 154
Anhang B: Modell des Anpassungsgetriebes 156
B.l Grundgleichungen und Ermittlung der Getriebemasse 157
B.l.l Stirnradgetriebe 157
B.1.2 Zahnstangengetriebe 167
B.2 Massenträgheitsmoment des Anpassungsgetriebes 172
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Anhang C: Auslegung eines Gleichstromantriebs mit
Getriebe für eine selbstverstärkende Bremse 176
C. 1 Anforderungen an das Betriebsverhalten des Systems
Motor -Anpassungsgetriebe- Keilbremse 176
Cl.l Obersicht 176
C.1.2 Erläuterung der Anforderungen 178
C.2 Dynamisches Modell der Keilbremse mit Berücksichtigung
von Obersetzungen eines rotatorisch geführten Keils 180
C.3 Modell des Gesamtsystems Motor - Anpassungsgetriebe -
Keilbremse zur Berechnung des Betriebsverhaltens 185
C.3.1 Entstehung des Gesamtmodells 185
C.3.2 Bewegungsgleichung der Motorwelle 185
C.3.3 Lastfaktor und Getriebeübersetzung 187
C.3.4 Massenträgheitsmomente 188
C.3.5 Grundstruktur 190
C.3.6 Uberttagungsfunktion 190
C.3.7 Strukturerweiterungen 191
C.4 Berechnung der Motor-und Zahnradmasse
unter Vorgabe des Betriebsverhaltens 192
C.4.1 Parameterwerte 192
C.4.2 Berechnungsablauf 193
C.5 Beispiel: EinflussderReibwertschwanloingen . 196
Anhang D: Auslegnngsparameter des Systems
DC-Motor - Anpassungsgetriebe - Keilbremse 1"
Anhang E: Tabellarische Gegenüberstellung von Kräften, Keflwegen und
tnerg,en der untersuchten Ansätze für selbstverstärkende Bremsen 201
Anhang F: Merkmale der untersuchten Ansätze für selbstverstärkende Bremsen 203
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