DE102009031918A1

DE102009031918A1 - Elektromechanischer Bremskraftverstärker und Bremssystem

Info

Publication number: DE102009031918A1
Application number: DE200910031918
Authority: DE
Inventors: Peter Del Negro
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2011003877A1

Abstract

Es wird ein elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage beschrieben. Der elektromechanische Bremskraftverstärker umfasst einen elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft sowie eine zwischen dem Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelte mechanische Getriebeeinrichtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine auf die Kolbenstange oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist. Die Getriebeeinrichtung umfasst einen zumindest zweistufigen Nocken. Weiterhin wird ein Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptbremszylinder und einem erfindungsgemäß ausgebildeten elektromechanischen Bremskraftverstärker beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage mit einem elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft und einer zwischen dem Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelten mechanischen Getriebeeinrichtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine auf die Kolbenstange oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptbremszylinder und einem solchen elektromechanischen Bremskraftverstärker gerichtet.
Während Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen üblicherweise hydraulische Bremskraftverstärker umfassen, werden elektromechanische Bremskraftverstärker insbesondere in Fahrzeugen ohne Verbrennungskraftmaschine, d. h. beispielsweise in Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge eingebaut. Dadurch kann das separate Vorsehen einer Unterdruckpumpe als Zusatzbauteil zum Erzeugen des für ein Hydraulikbremssystem erforderlichen Unterdrucks vermieden werden.
Bei elektromagnetischen Bremskraftverstärkern ist meist eine Getriebeeinrichtung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und dem angetriebenen Kolben bzw. der Kolbenstange des Hauptbremszylinders erforderlich, da beispielsweise zur Verwendung schnell laufender kleiner Elektromotoren eine entsprechend hohe Übersetzung erforderlich ist und oftmals auch eine variable Übersetzung über den Betätigungsweg des Kolbens bzw. der Kolbenstange des Hauptbremszylinders erwünscht ist. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn zu Beginn der Betätigung des Kolbens bzw. der Kolbenstange ein hohes Übersetzungsverhältnis vorhanden ist, das eine hohe Antriebsdynamik ermöglicht, während im Bereich des Endes der Betätigung durch ein niedriges Übersetzungsverhältnis eine höhere Kraftübertragung möglich ist.
Im besonderen Anwendungsfällen kann eine einfache kontinuierliche Änderung der Getriebeübersetzung jedoch nicht ausreichend sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker gekoppelte Hauptbremszylinder als Tandembremszylinder ausgebildet ist und einer der beiden Bremskreise des Tandembremszylinders ausfällt. In diesem Fall ist wäre es wünschenswert, wenn die Steuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers vom normalen zweikreisigen Betrieb auf den fehlerhaften einkreisigen Betrieb anpassbar wäre.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen elektromechanischen Bremskraftverstärker der eingangs genannten Art anzugeben, der auch in solchen speziellen Anwendungsfällen optimal eingesetzt werden kann.
Ausgehend von einem elektromechanischen Bremskraftverstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Getriebeeinrichtung einen zumindest zweistufigen Nocken umfasst. Mit einem zwei- oder mehrstufigen Nocken kann auf einfache Weise ein Verlauf der Übersetzung erreicht werden, der mehrere, aufeinanderfolgende, für den jeweils vorliegenden Betrieb optimierte Abschnitte besitzt.
Vorteilhaft umfasst der Nocken zumindest zwei aneinander angrenzende, insbesondere gegeneinander abgestufte Nockenbahnen. Die Nockenbahnen können dabei jeweils auf ihre entsprechende Anwendung optimiert ausgebildet sein.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der elektromechanische Bremskraftverstärker zur Verwendung bei einem Tandemhauptbremszylinder mit zwei Bremskreisen ausgebildet, wobei die erste Nockenbahn zum zweikreisigen Betrieb und die zweite Nockenbahn zum einkreisigen Betrieb des Tandembremszylinders ausgelegt sind. Im normalen, zweikreisigen Betrieb kann somit die für diesen Betrieb optimierte erste Nockenbahn ihre Verwendung finden, wobei beispielsweise die eingangs genannte variable Übersetzung (von hoher Übersetzung zu niedriger Übersetzung) realisiert werden kann. Fällt einer der Bremskreise des Tandembremszylinders aus, so wird entweder ein schwimmender Kolben (Sekundärkolben) des Tandembremszylinders bis zum Gehäuseende durch das Bremsfluid mit dem Primärkolben mit geschoben oder der Primärkolben läuft auf den schwimmenden Kolben auf. Die Nockenbahnen des zweistufigen Nockens sind dabei so ausgebildet, dass bei Ausfall eines Bremskreises die erste Nockenbahn vollständig überfahren wird, sodass nach vorgeschobenem schwimmenden Kolben bzw. nach Vorschieben des Hauptkolbens die zweite Nockenbahn beim Betätigen der Bremse für die Bremsung wirksam ist. Die zweite Nockenbahn kann dabei wiederum eine variable Übersetzung, ähnlich der ersten Nockenbahn besitzen, um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse beim Beginn des Betätigens und beim Ende des Betätigens oder auch dazwischen zu realisieren.
Vorteilhaft realisieren die beiden Nockenbahnen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse, insbesondere besitzt die zweite Nockenbahn eine kleinere Steigung als die erste Nockenbahn. Damit kann erreicht werden, dass bei Ausfall eines Bremskreises höhere Druckwerte erzielt werden können, um den Ausfall eines Bremskreises zu kompensieren. Grundsätzlich kann die zweite Nockenbahn auch eine größere Steigung als die erste Nockenbahn oder dieselbe Steigung besitzen.
Vorteilhaft ist die Steigung zumindest einer der Nockenbahnen, insbesondere beider Nockenbahnen, so ausgelegt, dass die Getriebeeinrichtung keine selbsthemmende Wirkung besitzt. Damit werden die in der Praxis erforderlichen Anforderungen an die Selbsthemmungs-Freiheit erreicht, da bei nicht betätigtem Bremspedal die Bremse automatisch freigegeben wird.
Bevorzugt ist die Kolbenstange oder der Kolben des Hauptbremszylinders als Schubstange der Getriebeeinrichtung ausgebildet. Auf diese Weise sind eine Verringerung der erforderlichen Bauteilanzahl und damit eine Verringerung der Kosten möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere an einem Ende der Kolbenstange ein Druckstück ausgebildet, das in Wirkverbindung mit dem Nocken steht. Insbesondere kann das Druckstück dabei einen reibungsmindernden Abschnitt, insbesondere ein Wälzlager oder Rollenlager umfassen. Dadurch wird eine verminderte Reibung zwischen dem Nocken und der zu betätigenden Schubstange erreicht.
Bevorzugt umfasst die Getriebeeinrichtung zusätzlich zu dem Nocken ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere in Form eines Planetengetriebes. Durch eine solche zusätzliche Übersetzungsstufe kann ein schnell laufender, kostengünstiger, verkleinerter Elektromotor verwendet werden.
Bevorzugt ist zum Ausgleich von Querkräften, die beim Betätigen des Kolbens oder der Kolbenstange durch den Nocken auftreten können, der Kolben oder die Kolbenstange mittels Lager geführt. Auf diese Weise kann eine weitere Reduktion der inneren Reibung erreicht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Bremssystem kann zwischen dem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder eine mechanische Notfallkopplung, insbesondere in Form einer Koppelstange, vorgesehen sein, durch die bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors eine mechanische Kopplung zwischen dem Bremspedal und dem Kolben oder der Kolbenstange des Hauptbremszylinders hergestellt wird. Somit ist auch bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors über die mechanische Notfallkopplung die Funktion der Bremse gewährleistet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bremssystems;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine weitere schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine perspektivische Teildarstellung der Ausführungsformen nach den 2 und 3.
1 zeigt einen Hauptbremszylinder 1, in dem eine Kolbenstange 2 verschiebbar gelagert ist. Dabei können an dem innerhalb des Hauptbremszylinders 1 angeordneten Ende der Kolbenstange 2 ein Kolben des Hauptbremszylinders oder, im Falle der Ausbildung als Tandembremszylinder, dessen Primärkolben angeordnet und über die Kolbenstange betätigbar sein.
An dem freien Ende 3 der Kolbenstange 2 ist ein Druckstück 4 angeordnet, das beispielsweise als Druckrolle ausgebildet sein kann und über ein Lager gegenüber der Kolbenstange 2 um eine Drehachse 5 verdrehbar ist.
Das Druckstück 4 liegt mit seiner Umfangsfläche an einem zweistufigen Nocken 6 an, der zwei aufeinanderfolgende, abgestufte Nockenbahnen 7, 8 umfasst.
Der Nocken 6 ist auf einer Antriebswelle 9 eines Elektromotors 10 drehfest befestigt und kann über den Antriebsmotor 10 entsprechend einem Pfeil 11 und entgegen dem Pfeil 11 um die Antriebswelle 9 verdreht werden. Dabei kann zusätzlich zwischen dem Antriebsmotor 10 und dem Nocken 6 ein nicht dargestelltes Übersetzungsgetriebe angeordnet sein.
Weiterhin ist in 1 ein Bremspedal 11 dargestellt, das mechanisch von der Kolbenstange 2 entkoppelt ist. Zur Erfassung der jeweiligen Stellung des Bremspedals 11 ist ein Pedalwegsensor 12 vorgesehen, dessen Ausgang an eine Steuervorrichtung 13 übertragen und von dieser ausgewertet wird. Je nach erfasster Pedalposition des Bremspedals 11 wird der Antriebsmotor 10 angesteuert, um den Nocken 6 um die Drehachse 5 zu verdrehen und damit die Kolbenstange 2 gegenüber dem Hauptbremszylinder 1 zu verschieben.
Zum Erzeugen eines gewünschten Bremsgefühls kann dabei ein nicht dargestellter Bremspedalsimulator vorhanden sein.
Die beiden Nockenbahnen 7, 8 des Nockens 6 sind so ausgelegt, dass im Normalbetrieb der Nocken 6 nur so weit verdreht wird, dass das Druckstück 4 auf der ersten Nockenbahn 7 abläuft.
Bei Ausfall eines Bremskreises des Tandembremszylinders 1 wird der Nocken 6 soweit gemäß dem Pfeil 11 verdreht, bis das Druckstück 4 am Beginn der zweiten Nockenbahn 8 zu liegen kommt. In dieser Stellung ist entweder ein innerhalb des Hauptbremszylinders 1 angeordneter schwimmender Kolben durch den Primärkolben bis zum Gehäuseende vorwärts geschoben oder der Primärkolben ist auf den schwimmenden Kolben aufgelaufen, so dass der noch intakte Bremskreis des Hauptbremszylinders 1 am Beginn seiner Betätigung steht.
Beim Ausfall eines Bremskreises steht somit die für diesen Fall optimierte zweite Nockenbahn 8 über ihre vollständige Länge zur Verfügung und kann gemäß ihrer vorgegebenen Form eine entsprechende Kraftübertragung über das Druckstück 4 auf die Kolbenstange 2 bewirken.
Für den Fall eines Ausfalls des Elektromotors 10 ist an dem Bremspedal 11 eine mechanische Notfallkopplung in Form einer zweiteiligen Koppelstange 14 angelenkt, die bei einem Betätigen des Bremspedals 11 in Richtung auf die Kolbenstange 2 verschoben wird. In einem solchen Fehlerfall läuft das freie Ende der Koppelstange 14 beim Betätigen des Bremspedals 11 auf die Kolbenstange 2 oder ein mit dieser verbundenes Element auf und bewirkt somit auch ohne den Antriebsmotor 10 eine Verschiebung der Kolbenstange 2. Somit kann im Fehlerfall durch diese mechanische Kopplung eine mechanische Bremsfunktion gewährleistet werden.
Durch die im Normalbetrieb vorhandene Unterbrechung zwischen der Kolbenstange 2 und dem Bremspedal 11 kann im Falle eines Rekuperierens eine unerwünschte Rückwirkung auf das Bremspedal 11 vermieden werden. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch auch bei einer festen mechanischen Kopplung zwischen dem Bremspedal 11 und der Kolbenstange 2 einsetzbar. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsverstärker ESP-Funktionen realisiert werden. Die Baugröße ist gegenüber bekannten Hydrauliksystemen deutlich reduziert, da kein Unterdruckverstärker erforderlich ist. Weiterhin kann die Dynamik des Bremsvorgangs gesteigert werden, da diese nicht mehr direkt von der Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedals 11 abhängig ist.
In den 2 bis 4 sind jeweils abgewandelte Ausführungsformen dargestellt, die im Prinzip jedoch mit der Ausführungsform nach 4 übereinstimmen. So ist bei den Ausführungsformen 2 bis 4 jeweils die Form und Ausgangsposition des Nockens 6 geändert. Des Weiteren ist jeweils der Pedalwegsensor 12 sowie ein entsprechender Pedalsimulator 9 nicht an einer Drehachse des Bremspedals 11, sondern an dessen Hebelarm angeordnet. Weiterhin ist aus den 2 und 3 zu erkennen, dass die Koppelstange 14 beispielsweise im Falle des Ausfalls des Antriebsmotors 10 an einem senkrecht oder schräg von der Kolbenstange 2 abstehenden Anschlag 16 zur Anlage kommen kann. Gemäß 3 können der Pedalwegsensor 12 und der Pedalsimulator 15 zwischen dem Bremspedal 11 und der Koppelstange 14 angeordnet sein. In einem Gehäuseabschnitt 17 zwischen dem Antriebsmotors 10 und dem Nocken 6 kann ein zusätzliches Getriebe beispielsweise ein Planetengetriebe angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Hauptbremszylinder
2: Kolbenstange
3: freies Ende der Kolbenstange
4: Druckstück
5: Drehachse
6: Nocken
7: Nockenbahn
8: Nockenbahn
9: Antriebswelle
10: Antriebsmotor
11: Bremspedal
12: Pedalwegsensor
13: Steuereinheit
14: Koppelstange
15: Pedalsimulator
16: Anschlag
17: Gehäuseabschnitt

Claims

Elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage mit einem elektrischen Antriebsmotor (10) zur Erzeugung einer Verstärkungskraft und einer zwischen dem Antriebsmotor (10) und einer Kolbenstange (2) oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders (1) wirksam eingekoppelten mechanischen Getriebeeinrichtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors (10) in eine auf die Kolbenstange (2) oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung einen zumindest zweistufigen Nocken (6) umfasst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (6) zumindest zwei aneinander angrenzende, insbesondere gegeneinander abgestufte Nockenbahnen (7, 8) umfasst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Bremskraftverstärker zur Verwendung bei einem Tandembremszylinder (1) mit zwei Bremskreisen ausgebildet ist, wobei die erste Nockenbahn (7) zum zweikreisigen Betrieb und die zweite Nockenbahn (8) zum einkreisigen Betrieb des Tandembremszylinders (1) ausgelegt ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nockenbahnen (7, 8) unterschiedliche Übersetzungsverläufe realisieren, insbesondere dass die zweite Nockenbahn (8) eine kleinere Steigung aufweist als die erste Nockenbahn (7).
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung zumindest einer der Nockenbahnen (7, 8), insbesondere beider Nockenbahnen (7, 8), so ausgelegt ist, dass die Getriebeeinrichtung keine selbsthemmende Wirkung besitzt.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (2) oder der Kolben des Hauptbremszylinders (1) als Schubstange der Getriebeeinrichtung ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere an einem Ende der Kolbenstange (2) ein Druckstück (4) ausgebildet ist, das in Wirkverbindung mit dem Nocken (6) steht.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (4) einen reibungsmindernden Abschnitt, insbesondere ein Wälzlager umfasst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung zusätzlich zu dem Nocken (6) ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere in Form eines Planetengetriebes, umfasst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Querkräften, die beim Betätigen des Kolbens oder der Kolbenstange (2) durch den Nocken (6) auftreten können, der Kolben oder die Kolbenstange (2) mittels Lager geführt ist.
Bremssystem mit einem Bremspedal (11), einem Hauptbremszylinder (1) und einem elektromechanischen Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bremssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bremspedal (11) und dem Hauptbremszylinder (1) eine mechanische Notfallkopplung, insbesondere in Form einer Koppelstange, vorgesehen ist, durch die bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors (10) eine mechanische Kopplung zwischen dem Bremspedal (11) und dem Kolben oder der Kolbenstange (2) des Hauptbremszylinders (1) hergestellt wird.