Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Bestimmung eines Bremsmoments zwischen einer feststehenden Bremseinrichtung und einem abzubremsenden drehbeweglichen Bremselement, wobei das Messsystem wenigstens ein Piezoelement und eine Signalver arbeitungseinrichtung aufweist.

Im Laufe der Entwicklung des Automobilbaus wurden die Funktionen einer Fahrzeug bremse, deren Hauptaufgabe eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, durch eine Vielzahl von Zusatzfunktionen, wie Antiblockiersystem, elektronisches Stabilitätspro gramm oder auch das sogenannte Break-Disc-Wiping, das bei Regen die Bremsbeläge an die Scheibe anlegt und sie dadurch trocknet, erweitert. Gleichzeitig sind die Anforde rungen an die Fahrzeugbremsen gestiegen: In Testläufen müssen zehn direkt aufeinan derfolgende Vollbremsungen ausgehend von einer Geschwindigkeit von 100 km/h erfüllt werden, wobei die Ansprüche an eine Komfortbremse einzuhalten sind. Beispielsweise darf nicht einmal ein kurzzeitiges Quietschen auftreten. Dies wird von dem Fahrzeughalter heute als nicht akzeptabel wahrgenommen. Gleichzeitig sollen Verschleiß der Bremse ge ringgehalten werden und Fehlfunktionen frühzeitig erkannt werden.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Kraftmessungen in Scheibenbremsen durchzufüh ren, indem die Kraft, welche von den Bremsbelägen auf die Bremsscheibe ausgeübt wird, zu messen, vgl. beispielsweise in der Veröffentlichung„Messverfahren zur Analyse der Bremsvorgänge bei Scheibenbremsen“, ATZ 11/2008, Jahrgang 1 10, S. 1030 ff.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem, eine entsprechende Messanordnung und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, mit welchen das Bremsmoment einer fest stehenden Bremseinrichtung und eines abzubremsenden drehbeweglichen Bremsele ments bestimmt werden kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Messsystem, eine verbesserte Messanordnung und ein verbessertes Ver fahren zur Bestimmung dieses Bremsmoments anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Messsystem nach Anspruch 1 , eine Messanordnung nach Anspruch 7 und ein Verfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen wer den in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Messsystem zur Bestimmung eines Bremsmoments zwischen einer feststehenden Bremseinrichtung und einem abzubremsenden drehbeweglichen Bremselement, insbesondere einer Bremsscheibe. Vorzugsweise weist das Messsystem ein Piezoelement und eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, wobei das Piezoelement vorzugsweise in der Weise in einem Kraftfluss zwischen dem Bremselement und einem Gegenlager, welches die Bremseinrichtung abstützt, anordenbar ist, dass bei Einwirken einer Kraft in Bewegungsrichtung des Bremselements auf das Piezoelement ein Messsignal unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Effekts, insbesondere Schereffekts, des Piezoelements erzeugt wird. Weiter vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage des Messsignals das Bremsmoment in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Bremselements zu bestimmen.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung eines Bremsmoments aufweisend ein Messsystem, eine Bremseinrichtung, ein abzubremsen des bewegliches Bremselement und ein Gegenlager.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsmo ments, welches beim Bremsen zwischen einer feststehenden Bremseinrichtung und ei nem abzubremsenden drehbeweglichen Bremselement, insbesondere einer Brems scheibe, übertragen wird, wobei wenigstens ein Piezoelement in der Weise in einem Kraft fluss zwischen dem Bremselement und einem Gegenlager, welches die Bremseinrichtung abstützt, angeordnet ist, dass bei Einwirken einer Kraft in Bewegungsrichtung des Brem selements auf das Piezoelement ein Messsignal unter Ausnutzung eines piezoelektri schen Effekts, insbesondere Schereffekts, des Piezoelements erzeugt wird. Vorzugsweise wird auf der Grundlage des Messsignals das Bremsmoment in Bezug auf die Bewegungs richtung des Bremselements bestimmt.

Ein Piezoelement im Sinne der Erfindung ist ein Messelement, welches ein Messsignal auf der Grundlage des piezoelektrischen Effekts erzeugt.

Eine Signalverarbeitungseinrichtung im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Gerät, um Informationen aus einem Messsignal zu extrahieren. Weiter vorzugsweise weist die Signalverarbeitungseinrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung auf.

Ein Bremsmoment im Sinne der Erfindung ist jenes Moment, welches einer Drehbewe gung der Räder eines Fahrzeugs beim Bremsen entgegenwirkt.

Eine Bremseinrichtung im Sinne der Erfindung kann mit einem Bremselement vorzugs weise mechanisch Zusammenwirken. Weiter vorzugsweise kann die Bremseinrichtung mit dem Bremselement elektromagnetisch Zusammenwirken.

Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Ansatz, das zwischen einer feststehenden Bremseinrichtung und einem abzubremsenden, drehbeweglichen Bremselement anlie gende Drehmoment über die Kraft, mit der sich die Bremseinrichtung, insbesondere eine Bremszange, an einem Gegenlager, insbesondere einem Bremsträger, abstützt, zu be stimmen.

Durch das oder die Piezoelemente können solche dynamischen Reaktionskräfte mit hoher Empfindlichkeit bestimmt werden. Insbesondere kann ein Residual-Bremsmoment, auch Restbremsmoment genannt, auf der Grundlage der dynamischen Kraftmessung durch die Piezoelemente bestimmt werden. Dieses gibt beispielsweise Auskunft darüber, ob eine Bremseinrichtung mit dem Bremselement bereits in Kontakt ist und wenn ja, wie stark. Des Weiteren können der oder die Schleifpunkte der Bremseinrichtung an dem Bremselement bestimmt werden. Auf diese Weise lassen sich durch die erfindungsgemäße Lehre Fehl funktionen eines Bremssystems zuverlässig detektieren und insbesondere Schäden am Fahrzeug aufgrund teilweise geschlossener Bremsen im Fährbetrieb sowie der damit ver bundene höhere Energieverbrauch im Fährbetrieb vermeiden. Erfindungsgemäß wird dabei mittels der Piezoelemente unmittelbar die Kraft in Bewe gungsrichtung des Bremselements bestimmt. Ist der Abstand des oder der Piezoelemente von einer Drehachse des Bremselements bekannt, kann mittels einfacher mathematischer Berechnung auch unmittelbar das Bremsmoment bestimmt werden. Weitere Annahmen zur Berechnung des Bremsmoments müssen nicht getroffen werden. Insbesondere geht kein Reibwert und kein Reibradius bei der Bestimmung des Bremsmoments bzw. der Kraft in Bewegungsrichtung des Bremselements ein, welche das Ergebnis verfälschen könnten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der Kraftfluss durch Reibschluss, insbesondere durch einen Kraftschluss mittels Haftreibung, in das Piezoelement einleitbar. Auf diese Weise kann/können das oder die Piezoelemente einfach in bestehende Kon struktionen von Bremssystemen integriert werden, beispielsweise dort, wo die Bremsein richtung mittels Befestigungsmitteln, z. B. Schrauben, an einem Gegenlager befestigt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist eine Ausrichtung einer Vorzugsrichtung des Piezoelements bekannt. Dies hat zum Vorteil, dass auf der Grund lage der Intensität eines Messsignals unmittelbar auf die zugrundeliegende Kraft geschlos sen werden kann. Insbesondere ist mit der Ausrichtung der Vorzugsrichtung bekannt, in welcher Richtung die maximale Intensität des Messsignals bei einer Kraftmessung auftritt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorzugsrichtung des Piezoelements tangential zu der Bewegungsrichtung des Bremselements in einem zentralen Angriffs punkt der Bremseinrichtung an das Bremselement. Durch diese Ausgestaltung wird bei der Messung der Kraft in Bewegungsrichtung des Bremselements die maximale Messin tensität des wenigstens einen Piezoelements ausgenutzt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Messsystem wenigstens zwei Pie zoelemente auf, wobei die Vorzugsrichtungen der Piezoelemente in einer einzigen Ebene liegen und vorzugsweise parallel ausgerichtet sind. Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Messgenauigkeit erreichen. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Messsystem wenigstens drei Pie- zoelemente auf, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung des Weiteren eingerichtet ist, das Bremsmoment mittels einer, insbesondere orthogonalen, Zerlegung von Messsigna len oder Kraftmessungen der einzelnen Piezoelemente in Anteile, welche zu den jeweili gen abzuleitenden Kraftkomponenten und/oder Drehkomponenten beitragen, zu bestim men, wobei, insbesondere alle, Beiträge der einzelnen Piezoelemente zu den jeweiligen abzuleitenden Kraftkomponenten und/oder Drehkomponenten berücksichtigt werden. Auch durch diese Maßnahme lässt sich eine besonders exakte Bestimmung des Brems moments erreichen. Insbesondere können Kraftnebenschlüsse außerhalb der Piezoele mente verringert oder sogar verhindert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist die Signalverarbei tungseinrichtung des Weiteren dazu eingerichtet, das ausschließlich Bremsmoment auf der Grundlage des Messsignals und einer Position des wenigstens einen Piezoelements in Bezug auf eine Drehachse des Bremselements zu bestimmen. Hierdurch lässt sich das Bremsmoment in einfacher weise ohne vereinfachte Annahmen bestimmen.

Die im Vorhergehenden für den Aspekt eines Messsystems geschilderten Vorteile und Merkmale gelten entsprechend auch für die Aspekte einer Messanordnung und eines Ver fahrens zur Bestimmung eines Bremsmoments und umgekehrt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist das Gegenlager eine Abstütz vorrichtung der Bremseinrichtung, insbesondere ein sogenannter Stator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist das wenigstens eine Piezoelement zwischen der Bremseinrichtung und dem Gegenlager, vorzugsweise mit ei ner Vorspannung belastet, angeordnet. Die Position zwischen Bremseinrichtung und Ge genlager eignet sich besonders gut für die Anordnung der Piezoelemente. Insbesondere ist die Bremseinrichtung selbst kein bewegtes Bauteil, so dass an dieser Stelle eine zu verlässige Verbindung durch die Piezoelemente hergestellt werden kann. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung sind die Piezoelemente bezüglich einer Drehachse des Bremselements im jeweils gleichen radialen Abstand an geordnet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist eine Stirnfläche des wenigstens einen Piezoelements im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene des Brem selements angeordnet. Hierdurch lässt sich eine besonders platzsparende Anordnung des Piezoelements, vorzugsweise zwischen zwei Bauteilen der Bremseinrichtung, beispiels weise zwischen einer Belagträgerplatte und einer Rückenplatte der Bremseinrichtung, re alisieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist dieses die folgenden Arbeits schritte auf:

Betätigen der Bremseinrichtung mit einer definierten Intensität; und

Bestimmen der Intensität des Betätigens, ab welcher ein Schwellwert für das Messsignal oder das Bremsmoment erreicht ist.

Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann ein Wert für die Betätigungsintensität festge legt werden, bei welchem ein Schwellwert des Residual-Bremsmoments überschritten wird. Insbesondere kann auf der Grundlage einer solchen Messung ein Betätigungsoffset- Wert für die Bremseinrichtung oder ein Bremssystem festgelegt werden. Insbesondere kann ein optimaler Wert für die Betätigung bestimmt werden, bei welchem die Bremsein richtung noch keine Bremswirkung auf das Bremselement ausübt, jene Elemente, welche mit dem Bremselement Zusammenwirken, zum Beispiel die Bremsbacken, sich jedoch möglichst nah an dem Bremselement befinden.

Insbesondere kann eine Veränderung der Bremswirkung in Abhängigkeit von der Betriebs zeit, ein sogenanntes Fading, auf diese Weise erkannt werden. Ein Grund hierfür ist bei spielsweise die Abnutzung der Bremsbeläge bei einer Scheibenbremse.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann diese Information als Grundlage für die Adaptierung der Bremseinrichtung bilden, um die Bremswirkung über die Einsatzdauer für den Bediener konstant zu halten. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der Schwellwert dann er reicht, wenn eine Intensität des Messsignals von einer Rotationsgeschwindigkeit des Bremselements, insbesondere proportional, abhängig ist. Durch die Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Elements kann eindeutig festgestellt werden, dass die Än derung des Messsignals durch ein Zusammenwirken des Bremselements mit der Brems einrichtung verursacht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind we nigstens zwei Piezoelemente in dem Kraftfluss angeordnet, wobei das Verfahren folgende Arbeitsschritte aufweist:

Betätigen der Bremseinrichtung mit einer definierten Intensität;

Vergleichen der Messsignale der Piezoelemente zueinander, insbesondere im betätigten Zustand der Bremseinrichtung; und

Bestimmen eines Offset-Werts für wenigstens eines der Messsignale auf der Grundlage des Vergleichens.

Vorzugsweise geschieht das Vergleichen durch Addition oder Subtraktion der Messsig nale oder von aus diesen abgeleiteten Kraftwerten.

Durch den Offset-Wert kann insbesondere festgestellt werden, ob die wenigstens zwei Piezoelemente gegeneinander verspannt sind, zum Beispiel durch eine thermische Aus dehnung im Bereich der Bremseinrichtung. Der Betrag des Offset-Werts ist ein Maß für einen Temperaturgradient zwischen den beiden Bauteilen, an welche die Piezoelement angrenzen. Das Vorzeichen des Offset-Werts gibt die Richtung des Wärmeflusses zwi schen den Bauteilen an. Der Temperaturgradient ist vorzugsweise auch davon abhängig, welche Ausdehnungskoeffizienten die beiden an die Sensoren angrenzenden Materialien haben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Bremsmoment, wel ches tangential zur Bewegungsrichtung des Bremselements wirkt, mittels Messungen von Reaktionskräften, welche durch ein Gegenlager der Bremseinrichtung bereitgestellt wer den, durch wenigstens ein Piezoelement bestimmt. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Kraftkomponenten und Drehmomentkomponenten mittels eines Gleichungssystems auf der Grundlage von Messsignalen der einzelnen Piezoelemente bestimmt. Hierbei werden die Messsignale oder die aus diesen Messsignalen abgeleiteten Kräfte auf der Grundlage einer Vektorzer legung, insbesondere einer orthogonalen Zerlegung, in verschiedene Komponenten auf geteilt.

Vorzugsweise werden hierbei die Messsignale der einzelnen Piezoelemente in Anteile, welche zu den jeweiligen abzuleitenden Kraftkomponenten und/oder Drehkomponenten beitragen, zerlegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein an der Bremseinrichtung anliegendes Drehmoment aus den abgeleiteten Kraftkomponen ten und/oder Drehmomentkomponenten bestimmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein an der Bremseinrichtung anliegendes Bremsmoment aus den zusammengefassten Kom ponenten abgeleitet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Abstand zu einer Dreh achse des Bremselements für jedes Piezoelement bekannt und zur Ermittlung eines an der Bremseinrichtung anliegenden Bremsmoments wird dieser Abstand herangezogen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels der Messungen an den Piezoelementen alternativ oder zusätzlich zum Bremsmoment eine Kraftverteilung zwischen den einzelnen Lagerpunkten der Bremseinrichtung, welche vorzugsweise von den Piezoelementen gebildet werden, bestimmt werden. Es hängt von einer Auslegung der Bremseinrichtung ab, ob die Piezoelemente gleich viel Kraft aufnehmen. Beispielhaft könnte ein Piezoelement fast die gesamte Bremskraft aufnehmen, wohingegen ein zwei tes Piezoelement nur eine Lage senkrecht zur Drehrichtung des Bremselements fixiert. Durch eine Kalibrierung im Betrieb kann vorzugsweise das Verhältnis der Sensoren an der Bremswirkung, insbesondere dem Bremsmoment, bestimmt werden. Vorzugsweise werden die Messsignale der einzelnen Piezoelemente darüber hinaus auf grund von Empfindlichkeitsunterschieden zwischen den Piezoelementen korrigiert, insbe sondere werden diese mit einem konstanten Faktor multipliziert. Ein weiterer konstanter Faktor, welcher bei vorzugsweise der Korrektur berücksichtigt wird ist die Geometrie des Messsystems oder der Messanordnung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Radkontakt mit dem Untergrund beim Bremsen bestimmt, indem die Intensität einer Bremsbetätigung, insbe sondere die Spannkraft bei einer Bremszange, mit dem bestimmten Bremsmoment abge glichen wird. Ein Abheben des Rads beim Bremsvorgang und wieder Aufsetzen führt zu starken Schwankungen im Bremsmoment. Ist die Bremsbetätigung konstant, so kann da rauf geschlossen werden, dass der Radkontakt variiert. Der Radkontakt kann hierbei von dem Reibkontakt zur Straße abhängen: Zum Beispiel beim Übergang von Haft- in Gleitrei bung der Reifen. Ein Vergleich der Bremsmomente im Fahrzeugverbund, d.h. aller Rad bremsen, kann zur Fahrdynamikregelung genutzt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann alternativ oder zusätz lich zu dem Bremsmoment eine Vertikalbeschleunigung des Radträgers bestimmt werden. Vorzugsweise wird hierfür die Masse der Bremseinrichtung herangezogen. Weiter vor zugsweise wird die Kraftmessung in unbetätigtem Zustand der Bremseinrichtung durch geführt.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung, in welcher ein Messsystem installiert ist;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines Bremsmo ments; und Fig. 4 ein Diagramm eines zeitlichen Ablaufs einer Winkelgeschwindigkeit und ei nes Bremsmoments.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 10, in welcher ein Bremsmo ment zwischen einer feststehenden Bremseinrichtung 1 1 und einem abzubremsenden drehbeweglichen Bremselement 12 bestimmt werden kann.

Das Ausführungsbeispiel stellt dabei eine Scheibenbremse 10 dar, wobei das abzubrem sende drehbewegliche Bremselement 12 eine Bremsscheibe ist und die Bremseinrichtung 1 1 eine Bremszange mit einem Bremssattel aufweist, welche beim Bremsen mit der Bremsscheibe 12 über Bremsbeläge (nicht dargestellt) in reibschlüssigen Kontakt tritt.

Die Bremszange 1 1 wird an einem Gegenlager 13, welches beispielsweise mit einem Rad träger eines Fahrzeugs fest verbunden ist, gelagert. Der feststehende Teil einer Rad bremse, welcher vorzugsweise mit dem Radträger verbunden ist, wird im Allgemeinen Stator genannt.

Piezoelemente 2a, 2b eines Messsystems 1 sind bei dieser Messanordnung vorzugsweise zwischen der Bremszange 11 und dem Gegenlager 13 angeordnet. Vorzugsweise sind die Piezoelemente 2a, 2b kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig, mit dem Gegenlager 13 und der Bremszange 1 1 verbunden. Um zwischen der Bremszange 1 1 und dem Ge genlager 13 eine Spannkraft zu erzeugen, ist vorzugsweise eine Schraubverbindung mit einer oder mehreren Schrauben vorgesehen (nicht dargestellt).

Bei einem Bremsvorgang wird ein Kraftfluss ausgehend von der Bremsscheibe 12 über die Bremsbeläge der Bremszange 1 1 , die Bremszange 11 selbst, die Piezoelemente 2a, 2b an das Gegenlager 13 übertragen. Dieses Gegenlager 13 stellt eine Reaktionskraft für eine durch diesen Kraftfluss übertragene Bremskraft F _B bereit.

Die Bremskraft F _B wirkt in Bewegungsrichtung B des Bremselements. Die Bremskraft F _B verursacht daher in Bezug auf die Drehachse D der Bremsscheibe 12 ein Bremsmoment M _b . Das zugehörige Bremsmoment M _B ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung mittels eines Kreuzprodukts:

MB — ^r B ^x FB

r _B ist hierbei der Ortsvektor von der Drehachse zu dem Hauptangriffspunkt eines Brems belags an der Bremsscheibe 12. Die Wirkungsrichtung dieses Bremsmoments M _B ist senk recht zu der Drehebene, in welcher sich die Bremsscheibe 12 dreht bzw. in welcher die Bewegungsrichtung B der Bremsscheibe 12 liegt. Die Bremskraft F _B , welche von der Bremsscheibe 12 auf die Bremszange 1 1 ausgeübt wird, entspricht einer über die gesamte Kontaktfläche zwischen der Bremsscheibe 12 und der Bremszange 1 1 aufintegrierte Kraft wirkung.

Entsprechend der Bremskraft F _B bzw. des Bremsmoments M _B wirkt bei einem Bremsvor gang auf die Piezoelemente 2a, 2b jeweils eine Kraft Fi bzw. F,. Diese jeweiligen Kräfte Fi bzw. Fi sind in Richtung der Bremskraft F _B gerichtet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bremskraft F _B parallel zu den Stirnflächen der Piezoelemente 2a, 2b ausgerichtet. Dementsprechend sind auch die jeweiligen anteiligen Kräfte Fi und F, parallel zur Stirnfläche der jeweiligen Piezoelemente 2a, 2b ausgerichtet.

In vorteilhafter Weise werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel daher Piezoele mente 2a, 2b eingesetzt, welche den piezoelektrischen Seher-Effekt zur Messung von Kräften einsetzen. Die Vorzugsrichtung Vi, V ist vorzugsweise, wie in dem in Fig. 1 ge zeigten Ausführungsbeispiel parallel zu den zu erwartenden anteiligen Kräften Fi, F, aus gerichtet. Mittels dieser Ausrichtung kann eine maximale Ausbeute an Messsignal erreicht werden.

Alternativ können die Vorzugsrichtungen Vi, V aber auch verschieden von dem jeweils auf die Piezoelemente 2a, 2b wirkenden Kräften Fi, F ₂ ausgerichtet sein. In diesem Fall erzeugen die anliegenden Kräfte Fi, F, nur anteilig Messsignale. Gegebenenfalls muss die Messanordnung 10 in diesem Fall auf die Ausrichtung der Vorzugsrichtung Vi , V der Pie- zoelemente 2a, 2b justiert werden.

Weiter alternativ ist es möglich, dass die Bremszange 1 1 und das Gegenlager 13 in der Weise ausgebildet sind, dass ein Kraftfluss formschlüssig auf die Piezoelemente 2a, 2b übertragen wird. In diesem Fall nutzen die Piezoelemente 2a, 2b vorzugsweise den pie zoelektrischen Transversaleffekt oder den piezoelektrischen Longitudinaleffekt aus.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 können die Stirnflächen der Piezoelemente 2a, 2b statt, wie in Fig. 1 gezeigt, senkrecht zur Dreh ebene der Bremsscheibe 12 in einem anderen Winkel zu der Drehebene der Brems scheibe 12 angeordnet sein, beispielsweise parallel. Dies kann beispielsweise bei Geo metrien in Messanordnungen sinnvoll sein, bei welchen das Gegenlager 13 in Bezug auf die Bremszange 1 1 nicht in radialer Richtung zur Drehachse D des Bremselements der Bremsscheibe 12 angeordnet ist, sondern in axialer Richtung zur Drehachse D. Auch kön nen die Piezoelemente 2a, 2b in einer alternativen Ausgestaltung nicht zwischen der Bremszange 1 1 und dem Gegenlager 13 angeordnet sein, sondern zwischen Elementen der Bremszange 11 , beispielsweise zwischen den Bremsbelägen und einem Aktor der Bremszange 1 1.

Auf der Grundlage der Kraftmessung an den Piezoelementen 2a, 2b und den Positionen der einzelnen Piezoelemente 2a, 2b, welche in Bezug auf die Drehachse D der Brems scheibe 12 in Fig. 1 durch die n und n definiert werden, kann das Drehmoment M _B wie folgt berechnet werden:

Auch andere Verfahren zur Bestimmung des Bremsmoments B können zum Einsatz kommen. Beispielsweise eine Zerlegung, insbesondere orthogonale Zerlegung, der Mess signale der einzelnen Piezosensoren 2a, 2b oder der aus den Messsignalen abgeleiteten, das heißt gemessenen Kräfte Fi, ..., F,. Eine solche Zerlegung kann beispielsweise von Interesse sein, wenn jeweils zwei Scher- Piezoelemente an jedem Befestigungspunkt in der Weise angeordnet sind, dass such Kräfte normal zur Bremsrichtung gemessen werden können. Solche normalen Kräfte kön nen zum Beispiel durch Verwinden der Radträger, an welchen die Bremseinrichtung in stalliert ist, entstehen.

Hierbei sind die zu bestimmenden Parameter M _B , F _x , F _Y die Lösung eines Gleichungssys tems, wobei für jedes Messsignal eine Gleichung wie folgt gilt:

S1 = an · MB + ai2 · Fx + ai ₃ · Fy

S2 - 821 · MB + 322 · Fx + 323 · Fy

S3 - a _3i · M _B + a ₃ 2 · Fx + a ₃₃ · Fy

SN— 3NI · MB . . .

S1 , S2, ... Si,... , SN sind hierbei die Messsignale der einzelnen Piezoelemente 2a, 2b, ...2, N. Jeder Koeffizient a hängt von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise der jeweiligen Position des Piezoelements 2a, 2b, ...2, N und der Orientierung der jeweiligen Vorzugs richtung V1 , V2,..., Vi,...,VN im Bezugssystem, einer Empfindlichkeit des jeweiligen Piezo elements 2a, 2b,..., 2i,...,2N und einem möglichen Signalverlust durch einen Kraftneben schluss über ein Befestigungsmittel.

Um ein solches Gleichungssystem für das Bremsmoment M _B , eine erste Querkraftkompo nente Fx und eine zweite Querkraftkomponente Fy aufzulösen, werden Messsignale von wenigstens drei Piezoelemente 4a, 4b, 4c, deren Vorzugsrichtungen V _a , V , V _c in der Weise ausgerichtet sind, dass sie in einer einzigen Ebene liegen, benötigt. Darüber hinaus dürfen wenigstens zwei der Vorzugsrichtungen V _a , V _b , V _c weder parallel noch antiparallel ausgerichtet sein. Für diesen beschriebenen allgemeinen Fall mit N = 3, d. h. mit drei Piezoelementen 2a, 2b, 2c, ist die Lösung des oben dargestellten Gleichungssystems eindeutig. Werden wei tere Piezoelemente zu dem Messsystem 1 hinzugefügt, so ist das Gleichungssystem mit drei zu bestimmenden Parametern M _B , Fx, Fy überbestimmt, die Messgenauigkeit kann jedoch nochmals verbessert werden.

Im Fall von N = 4 können vier verschiedene Gleichungssysteme F (S1 , S2, S3), F (S1 , S2, S4), F (S1 , S3, S4), F (S2, S3, S4) aufgestellt werden. Die für die einzelnen zu bestim menden Parameter M _B , Fx, Fy bestimmten Werte können dann addiert und gemittelt wer den, d. h. in dem Fall von vier Piezoelementen 2a, 2b, ..., 2i,...,2N durch vier dividiert werden. In ähnlicher weise kann ein überbestimmtes Gleichungssystem F (S1 , S2, ... , SN) aufgestellt werden, welches mittels einer Minimierungsaufgabe gelöst wird.

Ist eine allgemeine Lösung für das Gleichungssystem gefunden, kann die Berechnung der zu bestimmenden Parameter Fx, Fy, M _B auf eine Matrixmultiplikation reduziert werden. Diese hat drei Zeilen und so viele Spalten, wie Messsignale S1 , S2, S3, ... SN zur Verfü gung stehen. Die Matrixelemente bzw. Koeffizienten bilden die jeweiligen Beiträge der ein zelnen Sensoren zu den zu bestimmenden Parametern Fx, Fy, M _B ab.

Für die Zerlegung der Messsignale S1 , S2,... Si,... , SN in Komponenten, welche zu den jeweiligen zu bestimmenden Parametern M _B , Fx, Fy beitragen, ist es notwendig, dass die Lage der Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N und die Orientierung der Vorzugsrichtungen V1 , V2,..., Vi,...,VN bekannt ist.

Die geometrischen Parameter können entweder aus einer Konstruktionszeichnung eines Messsystems 1 und aus der Kenntnis der Vorzugsrichtungen der Piezoelemente 2a, 2b, ..., 2i, ..., 2N bestimmt werden. Die Orientierung der Vorzugsrichtungen V1 , V2, Vi, VN der Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N kann jedoch auch durch Ausmessen der Vorzugsrichtungen V1 , V2,..., Vi, ...,VN mittels einer Kalibrierungsmessung bestimmt werden. Vorzugsweise wird das Messsys tem 1 hierfür zwischen zwei ebene Platten eingespannt. In einem nächsten Schritt werden externe Querkräfte mit bekannter Richtung aufgebracht. Aus der Größe der einzelnen Messsignale S1 , S2,... Si,... , SN im Verhältnis zum Betrag und zu der Richtung der einge leiteten Querkräfte kann die Vorzugsrichtung V1 , V2,..., Vi, ..., VN der Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N in der Ebene, welche durch die Vorzugsrichtung V1 , V2,..., Vi, ...,VN der Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N aufgespannt wird, bestimmt werden.

In ähnlicher Weise kann durch das Aufbringen eines definierten Bremsmoments M _B und das Messen der einzelnen Messsignale S1 , S2,... Si,... , SN ein Abstand n, r ₂ ,... n,... , r _N der Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N von einer Drehachse D bestimmt werden, wenn die Vorzugsrichtungen V1 , V2,..., Vi, ..., VN der einzelnen Piezoelemente 2a, 2b,..., 2i,...,2N bekannt sind.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems 1 , welches in einer Messanord nung nach Fig. 1 zum Einsatz kommen kann. Im Wesentlichen weist ein solches Mess system wenigstens ein Piezoelement, im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Piezoele mente 2a, 2b, auf, welche mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 3 signaltechnisch in der Weise verbunden sind, dass Signale Si, SN übertragen werden können. Die Signal verarbeitungseinrichtung 3 kann hierbei im Bereich einer Messanordnung 10 angeordnet sein, aber auch in einer zentralen Bremssteuereinrichtung eines Fahrzeugs.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 3 ist insbesondere dazu eingerichtet, auf der Grund lage wenigstens eines Messsignals Si, S ₂ , ... , Si, ... , SN das Bremsmoment M _B in Bezug auf die Bewegungsrichtung B des Bremselements 12 zu bestimmen.

Insbesondere ist die Signalverarbeitungseinrichtung 3 eingerichtet, die in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Rechenoperationen zur Bestimmung des Bremsmoments M _B auszuführen. Vorzugsweise weist die Signalverarbeitungseinrichtung 3 Mittel auf, um die jeweiligen Ar beitsschritte zur Berechnung des Bremsmoments M _B auszuführen. Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 100 zur Bestimmung eines Bremsmo ments.

Die einzelnen Arbeitsschritte des Verfahrens werden hierbei vorzugsweise computerim plementiert von der Signalverarbeitungseinrichtung 3 ausgeführt.

Für ein Bestimmen eines Bremsmoments M _B kommt hierbei vorzugsweise ein Messsys tem 1 , wie in Fig. 2 gezeigt, und/oder eine Messanordnung 10, wie in Fig. 1 gezeigt, zum Einsatz.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 wird auf der Grundlage des Messsignals Si , ... , Si, ... , SN von Piezoelementen 2a, 2b das Bremsmoment M _B in Bezug auf die Bewe gungsrichtung B der Bremsscheibe 12 bestimmt.

Vorzugsweise wird hierbei die Bremseinrichtung mit einer definierten Intensität betätigt 102, so dass jene Intensität der Betätigung bestimmt werden kann 103, ab welcher ein Schwellwert für das Messsignal Si, ... , Si, ... , SN oder das Bremsmoment M _B erreicht ist. Diese bestimmte Intensität bzw. dieser Wert der Intensität gibt einen Schleifpunkt an, ab welchem die Bremszange 1 1 bzw. deren Bremsbeläge mit der Bremsscheibe 12 in reib schlüssigen Kontakt kommen. Durch das Bestimmen der Intensität kann mithin jene Stel lung der Betätigung der Bremszange 11 bestimmt werden, bei welcher die Bremsbeläge möglichst nah an der Bremsscheibe 12 sind, jedoch noch keine Reibverluste auftreten.

Insbesondere wird ein Schleifpunkt in der Weise definiert, dass bei diesem die Intensität des Messsignals Si, ... , Si, ... , SN von einer Rotationgeschwindigkeit und der Reibkraft des Bremselements abhängig, insbesondere proportional, ist. Das Residual-Bremsmo- ment kann mit dem Verfahren 100 insbesondere bei oder nach einem Bremsvorgang durch einen Abgleich der Drehzahl der Bremsscheibe oder der Fahrgeschwindigkeit mit dem Bremsmoment bestimmt werden. Gibt es eine Korrelation mit der Drehzahl der Bremsscheibe, so liegen die Bremsbacken (noch) an der Bremsscheibe an. Die Korrela tion dann mit dem Produkt aus Reibkoeffizient und der Spannkraft, mit der die Bremsba cken auf die Bremsscheibe gedrückt werden, in Beziehung gebracht werden. Eine solche Abhängigkeit wird in Fig. 4 gezeigt. Dort sind die Rotationsgeschwindigkeit der Bremsscheibe 12 f als durchgezogene Linie in Abhängigkeit von der Zeit und der entsprechend bestimmte Betrag des Bremsmoments M _B in Abhängigkeit von der Zeit als gestrichelte Linie dargestellt. Auf dem Diagramm wird deutlich, dass das Bremsmoment MB von der Rotationsgeschwindigkeit ^ abhängt, so dass der Schleifpunkt des Bremssys tems bereits überschritten ist und eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Brems sattel und der Bremsscheibe 12 eingetreten ist.

Weiter vorzugsweise weist das Verfahren 100 vorzugsweise einen Arbeitsschritt des Be- tätigens der Bremszange 1 1 mit einer definierten Intensität auf 104. Die Messsignale Si , ... , Si, ... , SN der Piezoelemente 2a, 2b werden zueinander im betätigten Zustand der Bremseinrichtung verglichen 103, und in einem weiteren Arbeitsschritt wird ein Offset-Wert für wenigstens eines der Messsignale Si, ... , Si, ... , SN auf der Grundlage des Vergli chene bestimmt 106.

Die Unterschiede zwischen den einzelnen Messsignalen Si, ... , Si, ... , SN können ein In dikator dafür sein, dass die Piezoelemente 2a, 2b durch Elemente, an welchen diese ge lagert sind, vorgespannt sind. Beispielsweise könnte in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Bremszange 1 1 in unbelastetem Zustand die beiden Piezoelemente 2a, 2b ge genüber dem Gegenlager 13 auseinanderdrücken oder umgekehrt. Dies könnte beispiels weise aufgrund von thermischen Einflüssen auf die Bremseinrichtung 1 1 oder auch das Gegenlager 13 verursacht sein.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich lediglich um Beispiele, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderun gen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Be standteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Insbe sondere können einzelne Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden.