Self-energising Electro-Hydraulic Brake
Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
Final Report Abstract
Ziel der zweiten Förderperiode war die Erforschung der Optimierung von Reibmomentschwankungen durch Anwendung aktiver Maßnahmen mit dem Stellsystem der SEHB. Durch eine Recherche zu Reibmomentschwingungen wurde die Kompensation des Bremsenrubbeleffekts aufgrund seiner typischen Anregungsmechanismen und der auftretenden Schwingfrequenzen als besonders erstrebenswert identifiziert. Durch Messungen am Prüfstand, der zusammen mit einem Demonstrator der SEHB aus der vorangegangenen Förderperiode hervorging und für die Nachstellung der Betriebsbedingungen, bei denen Bremsenrubbeln auftritt, modifiziert wurde, konnte das Auftreten dieses Schwingungstyps als dominierende Störgröße nachgewiesen werden. Die Untersuchungen der Einflüsse aus der Zuspannung der SEHB zum Aufbau der Anpresskraft zeigen deren Potential zur passiven Schwingungsreduktion. Durch Variationen der einzelnen Steifigkeiten des hydraulisch-mechanischen Zuspannsystems können die auftretenden drehzahlabhängigen Reibkraftschwankungen zu niedrigeren Frequenzen verschoben und deren Amplituden reduziert werden. Die nachgebende translatorische Befestigung der SEHB mit Abstützzylinder führt ebenfalls zu einer gedämpften Schwingungsübertragung. Zum Vergleich wurde ein System mit versteifter Anbindung und gesperrtem tangentialem Freiheitsgrad untersucht. Durch Rückführung des durch die Bremskraft im Abstützzylinder erzeugten Hochdrucköls zur Versorgung der Bremse werden die durch Reibkraftschwingungen induzierten Druckschwingungen auf das Zuspannsystem übertragen. Dabei können nur geringe Einflüsse hinsichtlich des Schwingverhaltens der SEHB festgestellt werden. Im folgenden Arbeitspaket wurden mithilfe eines durch Messdaten validierten Simulationsmodells der SEHB aktive Maßnahmen zur Kompensation der durch den Bremsenrubbeleffekt verursachten Reibkraftschwingungen entwickelt und am Prüfstand getestet. Durch ein zusätzliches Aufschaltsignal, welches mithilfe der erfassten Reibkraftschwankung gebildet wird und anschließend dieser vorauseilt, wurde eine Methode erforscht, die eine rechtzeitige Anpassung der Anpresskraft zur Kompensation unabhängig von der momentanen Drehzahl ermöglicht. Auf diese Weise kann eine Schwingungsreduktion von 40% erzielt werden. Eine Weiterentwicklung mit der gezielten Ausnutzung der Dynamik des Zuspannsystems ergibt weitere deutliche Schwingungsreduzierungen von etwa 86% in einem vergrößerten Frequenzbereich. Mit steigender Kompensationsrate und Frequenz nimmt der Regelölverbrauch der SEHB zu und reduziert die maximal mögliche Bremsdauer. Die entwickelten Maßnahmen zur Optimierung von Reibmomentschwankungen tragen zur Verbesserung von Bremsdynamik und –komfort bei. Strukturvariationen führen zur Verringerung der reibkraftinduzierten Schwingungen und verschieben diese in unkritische Bereiche, was als passive Maßnahmen genutzt werden kann. Die aktive Schwingungskompensation verhindert hingegen die Bildung von Reibmomentschwankungen und homogenisiert den Bremskraftverlauf durch gezielte Anpassung der Anpresskraft.
Publications
- Experimental Investigation of the Influence of the Supporting Mechanism of a Self-Energizing Hydraulic Brake on Torque Oscillations, Proceedings of the 2015 Joint Rail Conference, March 23-26, 2015, San Jose, California, USA
Hirtz, M.; Ewald, J.; Murrenhoff, H.
(See online at https://dx.doi.org/10.1115/JRC2015-5742) - Simulation of Thermal Gradients on Hot Bands of Disc Brakes, Proceedings of the 2015 EuroBrake Conference, May 04-06, 2015, Dresden, Germany
Lamjahdy, A.; Moussa, N.; Hirtz, M.; Dufrenoy, P.; Weichert, D.; Murrenhoff, H.; Markert, B.
- Development of a Simulation Model of a Self-Energizing Hydraulic Brake to Actively Compensate Brake Torque Oscillations, Proceedings of the 10th International Fluid Power Conference, Dresden, Germany, 2016, S. 535 – 546
Petry, M.; Reinertz, O.; Murrenhoff, H.
- Reduktion von Bremskraftschwankungen mithilfe einer Selbstverstärkenden Elektro-Hydraulischen Bremse, Zeitschrift für Fluidtechnik O+P 7-8/2016
Petry, M.; Reinertz, O.; Murrenhoff, H.
