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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf – und beansprucht die
Priorität – der am 11. Dezember 2008 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung mit
der Serial Number 10-2008-0125715 , die hiermit durch Verweis
in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem, insbesondere eine
Sicherheitsbremsvorrichtung zur Notbremsung eines Fahrzeugs, und
ein Fahrzeug-Bremssystem, bei dem diese Sicherheitsbremsvorrichtung
verwendet wird.
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Bei
hydraulischen Bremsen wird die Bremsfunktion generell dadurch ausgeführt,
dass durch Beaufschlagung mit Hydraulikdruck Bremsbeläge
fest gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden. Hydraulische
Bremsen unterliegen Einschränkungen hinsichtlich wünschenswerter
Verbesserung der Zuverlässigkeit von Bremsleistung und
-sicherheit, da sie vom Aufbau her kompliziert sind und mittels
Hydraulikdruck betrieben werden. Als Konsequenz haben elektromechanische
Bremsen (EMB) zunehmende Verwendung gefunden, da sie einen einfachen
Aufbau haben, der bei hydraulischen Bremsen nicht möglich
ist, und eine zuverlässige Bremsfunktion ermöglichen.
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Bei
einer elektromechanischen Bremse erfolgt der Bremsvorgang, indem
die Kraft eines Motors direkt in eine geradlinige Bewegungskraft
umgesetzt wird.
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Als
eine Variante der elektromechanischen Bremsen wurde eine als EWB
(Electro Wedge Brake – elektronische Keilbremse) bezeichnete
Bremse vorgeschlagen, die den Bremsvorgang mittels eines Keileffekts
dahingehend durchführt, dass eine Eingangskraft verstärkt
wird, indem unter Verwendung einer Keilvorrichtung, die einen Keileffekt
zur Verstärkung der Eingangskraft erzeugt, Bremsbeläge
gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden, d. h. die elektronische
Keilbremse wird durch ein Betätigungsteil betätigt,
statt die Kraft eines Motors direkt in eine geradlinige Bewegungskraft
umzusetzen. Die Bremsen des EMB- und EWB-Typs fallen generell unter
den Begriff der BBW-(Brake By Wire)-Technologie.
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Eine
elektromechanische Bremse sollte jedoch bei 12 V betrieben werden
und führt den Bremsvorgang mit Hilfe elektronischer Signale
und elektrischer Vorrichtungen durch. Folglich ist dieser Bremsentyp
grundlegend dadurch beeinträchtigt, dass seine Ausfallrate
(FR – Failure Rate) im Vergleich mit hydraulischen Bremssystemen
erhöht ist.
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Deshalb
sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um die Ausfallrate
auf das gleiche Niveau wie bei dem stabilen hydraulischen Bremssystem
zu reduzieren. Beispielsweise wird die Ausfallrate mittels einer
Ausfallsicherung reduziert, indem eine Steuerlogik, welche die EWB
oder EMB-Bremse steuert, und eine diese reflektierende Schaltung
entsprechend konfiguriert werden; bei diesem Verfahren ist jedoch
keine Vorrichtung vorhanden, die auf mechanische Weise eine Bremskraft
erzeugt, falls der als Energiequelle dienende Motor versagt. Dadurch ist
die Sicherheit beeinträchtigt, und aufgrund der reduzierten
Sicherheit ist die praktische Anwendung des Verfahrens an Fahrzeugen
mit Schwierigkeiten behaftet.
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Die
vorstehenden Erläuterungen dienen zur allgemeinen Erläuterung
des technischen Hintergrunds und sind nicht als offizielle Erklärung
des Standes der Technik zu verstehen.
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Bei
den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der
Bremsvorgang durchgeführt, indem eine elektromechanische
Bremse (EMB), die unter Nutzung der Motorkraft eine geradlinige
Bewegung erzeugt, oder eine elektronische Keilbremse (EWB) verwendet
wird, die unter Nutzung der Motorkraft einen Keileffekt erzeugt,
und eine Ausfallsicherung wird erzielt, indem bei Ausfall des Motors
das Bremspedal zur Aktivierung einer Bremsvorrichtung vom EWB- oder
EMB-Typ betätigt wird, und es wird zudem in einem EWB-
oder EMB-Bremssystem eine stabile Ausfallrate, die mit derjenigen
an einem hydraulischen Bremssystem vergleichbar ist, erreicht, indem
selbst bei einem Versagen des Motors zur Sicherheit eine Not-Bremskraft
erzeugt wird.
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Zudem
ist bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
die allgemeine Funktionsweise verbessert, indem ferner eine Ball-In-Ramp-Technik
(BIR – Ball-in-Rampen-Technik) an einer Bremsvorrichtung
vom EMB- oder EWB-Typ vorgesehen ist, die durch Drehung zwischen
Kugeln eine geradlinige Bewegungskraft ausübt, um die Sicherheitsbestimmungen
für BBW-(Brake-By-Wire-)Bremssysteme dadurch zu erfüllen,
dass über das Bremspedal eine Not-Bremskraft erzeugt wird.
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Ferner
ist bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
die Anwendbarkeit für Fahrzeuge verbessert, indem eine
Ball-In-Ramp-Technik (BIR) an einer Bremsvorrichtung vom EWB- oder EMB-Typ
derart vorgesehen ist, dass die für die Bremsoperation
vorgesehene Anordnung durch ein Kabel mit dem Bremspedal verbunden
ist und dabei der Hauptbremsvorgang an dem hinteren Rad vorgenommen
wird, das eine geringere Bremskraft erfordert als das Vorderrad.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Sicherheitsbremsvorrichtung zur Notbremsung
eines Fahrzeugs vorgesehen, die aufweist: eine elektronische Steuereinheit
(ECU – Electronic Control Unit), die den Zustand des Fahrzeugs
detektiert und den Bremsvorgang steuert, um das Fahrzeug zu bremsen;
ein Bremspedal mit einem Sensor, der den Bewegungsbetrag, um den
das Pedal bei Betätigung niedergedrückt wird,
an die elektronische Steuereinheit überträgt;
eine motor-basierte Bremseinheit mit einem Motor, der, indem er
unter Steuerung durch die elektronische Steuereinheit angetrieben
wird, eine Ausgangs-Drehkraft erzeugt, um durch Anhalten einer Radscheibe
das Fahrzeug zu bremsen; eine pedalgekoppelte Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit,
die unter Steuerung durch die elektronische Steuereinheit, wenn
diese ein Versagen des Motors detektiert, als Reaktion auf ein Niederdrücken
des Bremspedals an einem Kabel zieht, das mit der motor-basierten
Bremseinheit verbunden ist; und eine Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit,
die mit einem Bremsbelag-Andrückteil der motor-basierten Bremseinheit
verbunden ist, um eine axiale geradlinige Bewegungskraft zu erzeugen,
während sie sich unter Einwirkung der Zugkraft des Kabels
dreht, und um die motor-basierte Bremseinheit zu veranlassen, mittels
der axialen geradlinigen Bewegungskraft die Bremsbeläge
gegen die Radscheibe zu drücken.
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Die
pedalgekoppelte Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit weist
auf: eine Kopplungsstange, die verriegelnd mit dem Bremspedal zusammengreift;
einen Pedalsimulator, der den Pedalbetätigungseigenschaften
entsprechend einer Hydraulik-Hysterese über eine Feder
folgt, wenn die Kopplungsstange durch das Bremspedal bewegt wird;
und ein zur selektiven Verbindung vorgesehenes Teil – im
Folgenden als Selektivverbindungsteil bezeichnet – mit
einem Elektromagneten, der ein- und ausgeschaltet wird, so dass,
falls der Elektromagnet nicht von der elektronischen Steuereinheit
ausgeschaltet wird, nicht an dem Kabel gezogen wird, indem die axiale Bewegungskraft,
die aufgrund der von dem Pedalsimulator applizierten Last aufgebracht
wird, beschränkt wird.
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Der
Pedalsimulator weist einen bewegbaren Bügel, der sich zusammen
mit der an dem Bremspedal befestigten Kopplungsstange in einem Gehäuse bewegt,
und ein Pedalbetätigungs-Reaktionsteil auf, das mindestens
eine Feder oder mehrere Federn aufweist, die elastisch von dem bewegbaren
Bügel gehalten sind und die aufgebrachte Last übertragen, nachdem
sie durch einen Betätigungshub zusammengedrückt
worden sind. Das Pedalbetätigungs-Reaktionsteil ist unter
Fluidbefüllung in dem Gehäuse angeordnet.
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Das
Selektivverbindungsteil ist in Form einer Schraube des nicht selbsthemmenden
Typs (NSL – Non-Self-Locking) vorgesehen, die durch Aufbringung
einer externen Kraft axial bewegt wird und die aufweist: einen NSL-Schrauben-schaft,
an dessen einem Ende die Last von dem Pedalsimulator aufgenommen
wird und an dessen anderen Ende das Kabel befestigt ist, an dem
durch die geradlinige Bewegung gezogen wird, eine an dem NSL-Schrauben-schaft
befestigte NSL-Mutter und einen Elektromagneten mit einer von einer
Rückstellfeder gehaltenen Sperrvorrichtungsstange, die
zum Rückhalten oder Freigeben der NSL-Mutter vorgesehen
ist und von der elektronischen Steuereinheit ein- und ausgeschaltet
wird.
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Die
Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit weist auf: einen
Scharnierhebel, an dem das Kabel an der einer Scharnierwelle gegenüberliegenden Seite
befestigt ist; eine Eingabe-Rampe, die durch den Scharnierhebel
gedreht wird, und eine Ausgabe-Rampe, die der Eingabe-Rampe gegenüberliegend
angeordnet ist; und Kugeln, die in einer zwischen der Eingabe-Rampe
und der Ausgabe-Rampe ausgebildeten Nut angeordnet sind und axial
auf die Ausgabe-Rampe drücken, wenn sie durch Drehung der
Eingabe-Rampe bewegt werden.
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Die
motor-basierte Bremseinheit weist auf: einen Motor, der unter Steuerung
durch die elektronische Steuereinheit angetrieben wird; eine Verlangsamungsvorrichtung
mit Antriebs- und Abtriebszahnrädern, um die Drehkraft
des Motors in eine Ausgangs-Drehkraft umzusetzen; und eine an dem Schraubenschaft
befestigte Andrückmutter zum Andrücken der Bremsbeläge
gegen die Radscheibe durch Umsetzen der von der Verlangsamungsvorrichtung
erzeugten Ausgangs-Drehkraft in eine geradlinige Axialbewegung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeugbremssystem vorgesehen,
das mit einer Sicherheitsbremsvorrichtung zur Notbremsung eines
Fahrzeugs versehen ist, die aufweist: eine elektronische Steuereinheit
(ECU), die den Zustand des Fahrzeugs detektiert und den Bremsvorgang
steuert, um das Fahrzeug zu bremsen; ein Bremspedal mit einem Sensor,
der den Bewegungsbetrag, um den das Pedal bei Betätigung
niedergedrückt wird, an die elektronische Steuereinheit überträgt;
eine motor-basierte Bremseinheit mit einem Motor, der, während
er unter Steuerung durch die elektronische Steuereinheit angetrieben
wird, das Fahrzeug bremst, indem er die hintere Radscheibe anhält,
einer Verlangsamungsvorrichtung zum Erzeugen einer Ausgangs-Drehkraft
mittels der Drehkraft des Motors und einer an einem Schraubenschaft
befestigten Andrückmutter, um mittels der Ausgangs-Drehkraft
der Verlangsamungsvorrichtung eine axiale Bewegungskraft zum Andrücken
der Bremsbeläge gegen die Radscheibe zu erzeugen; eine
pedalgekoppelte Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit mit
einem Pedalsimulator, der den Pedalbetätigungseigenschaften
entsprechend einer Hydraulik-Hysterese über eine Feder
folgt, wenn die Kopplungsstange, die mit dem Bremspedal verbunden
ist, bewegt wird; eine nicht selbsthemmende (NSL-)Mutter, die an
einem an einer nicht selbsthemmenden (NSL-)Schraube ausgebildeten
nicht selbsthemmenden (NSL-)Schraubenschaft angeordnet ist und an
einem befestigten Kabel zieht, wenn sie aufgrund einer von dem Pedalsimulator
aufgebrachten Last axial bewegt wird, und einem Elektromagneten, der
die nicht selbsthemmende (NSL-)Mutter derart rückhält,
dass nicht an dem Kabel gezogen wird, falls er nicht von der elektronischen
Steuereinheit ausgeschaltet wird; und eine mit einer Ball-In-Ramp-Technik
(BIR) versehene Bremseinheit, die eine Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit
mit Kugeln aufweist, die zwischen einer Eingangs-Rampe, welche von
einem Scharnierhebel gedreht wird, an dem das Kabel befestigt ist,
und einer der Eingangs-Rampe gegenüberliegenden Ausgangs-Rampe
angeordnet sind, um eine Drehung der Eingangs-Rampe in eine Axialbewegung
der Ausgangs-Rampe umzusetzen, und die derart an dem Vorderrad installiert
ist, dass bei Betätigung der Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit
die motor-basierte Bremseinheit die Bremsbeläge mittels
der geradlinigen axialen Bewegungskraft gegen die Radscheibe drückt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeugbremssystem vorgesehen,
das mit einer Sicherheitsbremsvorrichtung zur Notbremsung eines
Fahrzeugs versehen ist, die aufweist: eine elektronische Steuereinheit
(ECU), die den Zustand des Fahrzeugs detektiert und den Bremsvorgang
steuert, um das Fahrzeug zu bremsen; ein Bremspedal mit einem Sensor,
der den Bewegungsbetrag, um den das Pedal bei Betätigung
niedergedrückt wird, an die elektronische Steuereinheit überträgt;
eine motor-basierte Bremseinheit mit einem Motor, der, während
er unter Steuerung durch die elektronische Steuereinheit angetrieben
wird, das Fahrzeug bremst, indem er die vordere Radscheibe anhält,
einer Verlangsamungsvorrichtung zum Erzeugen einer Ausgangs-Drehkraft
mittels der Drehkraft des Motors und einer an einem Schraubenschaft
befestigten Andrückmutter, um mittels der Ausgangs-Drehkraft
der Verlangsamungsvorrichtung eine axiale Bewegungskraft zum Andrücken
der Bremsbeläge gegen die Radscheibe zu erzeugen; eine
pedalgekoppelte Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit mit
einem Pedalsimulator, der den Pedalbetätigungseigenschaften
entsprechend einer Hydraulik-Hysterese über eine Feder
folgt, wenn die Kopplungsstange, die mit dem Bremspedal verbunden
ist, bewegt wird, einer nicht selbsthemmenden (NSL-)Mutter, die
an einem an einer nicht selbsthemmenden (NSL-)Schraube ausgebildeten
nicht selbsthemmenden (NSL-)Schraubenschaft angeordnet ist und an
einem befestigten Kabel zieht, wenn sie aufgrund einer von dem Pedalsimulator
aufgebrachten Last axial bewegt wird, und einem Elektromagneten, der
die nicht selbsthemmende (NSL-)Mutter derart rückhält,
dass nicht an dem Kabel gezogen wird, falls er nicht von der elektronischen
Steuereinheit ausgeschaltet wird; und eine mit einer Ball-In-Ramp-Technik-(BIR)
versehene Bremseinheit, die eine Ball-In-Ramp-(BIR-)Betätigungseinheit
mit Kugeln aufweist, die zwischen einer Eingangs-Rampe, welche von
einem Scharnierhe bel gedreht wird, an dem das Kabel befestigt ist,
und einer der Eingangs-Rampe gegenüberliegenden Ausgangs-Rampe
angeordnet sind, um eine Drehung der Eingangs-Rampe in eine Axialbewegung
der Ausgangs-Rampe umzusetzen, und die derart an dem Hinterrad installiert
ist, dass bei Betätigung der Kugel-Rampen-Bremsen(BIR-)Betätigungseinheit
die motor-basierte Bremseinheit die Bremsbeläge mittels
der geradlinigen axialen Bewegungskraft gegen die Radscheibe drückt.
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Wenn
die elektronische Steuereinheit den Elektromagneten ausschaltet,
gibt eine Sperrvorrichtungsstange des Elektromagneten die nicht
selbsthemmende (NSL-)Mutter frei, so dass, wenn das Bremspedal nach
unten gedrückt wird, der Pedalsimulator durch Bewegung
der Kopplungsstange eine Kraft auf den nicht selbsthemmenden (NSL-)Schraubenschaft
ausübt und der die Kraft empfangende nicht selbsthemmende
(NSL-)Schraubenschaft bei seiner Vorwärtsbewegung an dem
Kabel zieht, und wenn der Elektromagnet eingeschaltet wird, hält
die Sperrvorrichtungsstange des Elektromagneten die nicht selbsthemmende
(NSL-)Mutter derart zurück, dass an dem Kabel nicht gezogen
wird, obwohl das Bremspedal nach unten gedrückt wird, und
die elektronische Steuereinheit steuert die Drehkraft des Motors
derart, dass andere Funktionen als der Hauptbremsvorgang durchgeführt
werden, wie z. B. die Regulierung des Abriebs der Bremsbeläge.
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Gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird ermöglicht, wie bei einem
hydraulischen Bremsvorgang eine stabile Ausfallrate bei in Fahrzeugen
installierten elektromechanischen Bremsen (EMB) oder elektronischen
Keilbremsen (EWB) zu erzielen, indem eine Ball-In-Ramp-Technik (BIR) vorgesehen
ist, die über die mit dem Bremspedal verbundenen Kabel
auf Basis der Motorkraft aus der Drehkraft zwischen den Kugeln eine
geradlinige Bewegungskraft erzeugt, welche auf die elektromechanische
Bremse (EMB) oder die elektronische Keilbremse (EWB) einwirkt, um
eine Ausfallsicherung zu erzielen und, falls die Hauptbremse versagt,
durch Betätigung des Bremspedals zur Sicherheit eine Not-Bremskraft
zu erzielen.
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Ferner
bieten die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
den Vorteil, die allgemeine Bremsleistung zu verbessern, indem an
der mit dem Bremspedal verbundenen Bremsvorrichtung vom EWB- oder
EMB-Typ ferner eine Ball-In-Ramp-Technik (BIR) derart vorgesehen
ist, dass die Sicherheitsbestimmungen für BBW-(Brake-By-Wire-)Bremssysteme
erfüllt werden, und die Ausführungsformen bieten
den weiteren Vorteil einer verbesserten Anwendbarkeit an Fahrzeugen,
indem der Hauptbremsvorgang an dem hinteren Rad vorgenommen wird,
das eine geringere Bremskraft erfordert als das Vorderrad.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen genauer erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Ansicht der Konfiguration einer zur Notbremsung eines Fahrzeugs
vorgesehenen Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung und eines Fahrzeugbremssystems,
bei dem die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung verwendet wird;
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2A und 2B Darstellungen
der Bremsoperation der Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung bei Versagen
einer elektrischen Bremsvorrichtung;
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3 eine
Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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4 eine
Ansicht der Konfiguration einer Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
die für ein Fahrzeugbremssystem verwendet wird, indem sie
als Haupt-Bremskraftererzeugungsvorrichtung des Fahrzeugs an dem
Hinterrad vorgesehen ist; und
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5 eine
Ansicht der Situation, in der die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
gemäß 4 verriegelt ist.
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Die
im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert
beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung dienen lediglich
als Beispiel, ohne auf die hier vorliegende Beschreibung beschränkt
zu sein, und können somit von Fachleuten auf verschiedene
Arten realisiert werden.
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1 zeigt
eine zur Notbremsung eines Fahrzeugs vorgesehene Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
und eines Fahrzeugbremssystems, bei dem die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
verwendet wird. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform weist
die Sicherheitsbremsvorrichtung eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 1 zur Steuerung eines Bremsvorgangs und eine motor-basierte
Bremseinheit 40 auf, die bei Betätigung des Bremspedals
unter Steuerung durch die elektronische Steuereinheit 1 aktiviert
wird, um das Fahrzeug zu bremsen, indem eine Radscheibe D angehalten
und dadurch die Bremsabsicht implementiert wird.
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Die
Sicherheitsbremsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist eine Ball-In-Ramp-(BIR – Kugel-in-Rampen)
Betätigungseinheit 25, die mit der motor-basierten
Bremseinheit 40 verbunden ist und bei Ausfall des Motors
zur Sicherheit eine Not-Bremskraft auf die motor-basierte Bremseinheit 40 ausübt,
und eine pedalgekoppelte BIR-Betätigungseinheit auf, die
das Bremspedal 2 mit der BIR-Betätigungseinheit 25 verbindet,
um diese zu betätigen.
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In
der oben beschriebenen Weise ist, indem die BIR-Betätigungseinheit 25 mit
der motor-basierten Bremseinheit 40 verbunden ist, eine
Kugel-in-Rampen-(BIR-)bestückte Bremseinheit BIR 20 gebildet.
Die BIR-bestückte Bremseinheit 20 hat eine BIR-(Ball-In-Ramp-)Funktion,
d. h. die BIR-Betätigungseinheit 25 drückt
die motor-basierte Bremseinheit 40 mittels einer geradlini gen
Bewegungskraft, die durch Veränderungen des Wegs der Kugel
aufgrund der Drehung der Rampen mit der dazwischenliegenden Kugel
verursacht wird, an die Radscheibe D, so dass es möglich
ist, nur durch Betätigen des Bremspedals 2 eine
Ausfallsicherung zu realisieren und wie bei einem hydraulischen
Bremssystem eine stabile Ausfallrate zu erzielen, indem zur Sicherheit auch
dann eine Not-Bremskraft erzeugt wird, wenn der Motor der unter
Steuerung durch die elektronische Steuereinheit 1 aktivierten
motor-basierten Bremseinheit 40 ausfällt oder
die Energiezufuhr zu der motor-basierten Bremseinheit 40 fehlerhaft
ist.
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Verwendbar
als motor-basierte Bremseinheit 40 sind eine elektronische
Keilbremse (EWB), die den Bremsvorgang durch einen Keileffekt bewirkt, der
die Eingangs-Kraft verstärkt, indem mittels einer durch
eine Betätigungsvorrichtung betätigten Keilvorrichtung
Bremsbeläge gegen eine Radscheibe gedrückt werden,
oder eine elektromechanische Bremse (EMB), die an eine Radscheibe
drückt, indem die Motorkraft in eine geradlinige axiale
Bewegungskraft umgesetzt wird.
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Bei
der hier beschriebenen Ausführungsform wird als Beispiel
angenommen, dass eine elektromechanische Bremse (EMB) für
die motor-basierte Bremseinheit 40 verwendet wird.
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Obwohl
die pedalgekoppelte BIR-Betätigungseinheit, welche gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung bildet,
indem die BIR-Betätigungseinheit 25 der BIR-bestückten
Bremseinheit 20 betätigt wird, auf verschiedene
Arten ausgebildet sein kann, ist sie bei dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel in Form eines Kabelmechanismus vorgesehen,
der durch Betätigung des Bremspedals 2 einer Zugkraft ausgesetzt
wird, die sich zwischen dem Bremspedal 2 und der BIR-Betätigungseinheit 25 auswirkt.
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Dementsprechend
weist die pedalgekoppelte BIR-Betätigungseinheit eine Kopplungsstange 4, die
mit dem Bremspedal 2 zusammengreift, einen Pedalsimulator 3,
welcher der Pedalbetätigungs-Charakterisik unter hydraulischer
Hysterese folgt, während sich die Kopplungsstange 4 bewegt, und
ein zur selektiven Verbindung vorgesehenes Teil (im Folgenden als
Selektivverbindungsteil bezeichnet) auf, das an einem die BIR-Betätigungseinheit 25 betätigenden
Kabel 15 zieht, wobei nur die Betätigungskraft
des Bremspedals 2 verwendet wird, falls ein Versagen der
BIR-bestückten Bremseinheit 20 auftritt, obwohl
das Bremspedal 2 betätigt wird.
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Der
oben beschriebene Bremssimulator 3 weist ein Gehäuse 5,
in dem die an einem Ende mit dem Bremspedal 2 verbundene ”Kopplungsstange 4 angeordnet
ist, und ein Pedalbetätigungs-Reaktionsteil 7 auf,
auf das die Bewegung eines bewegbaren Bügels 6,
der mit der in dem Gehäuse 5 angeordneten Kopplungsstange 4 verbunden
ist, aufgebracht wird, um zusätzlich zum Verfolgen der
hydraulischen Hysterese die Last zum Ziehen des Kabels 15 zu übertragen.
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Das
Pedalbetätigungs-Reaktionsteil 7 weist Federn
auf, die oberhalb und unterhalb der Mitte des bewegbaren Bügels 6 angeordnet
sind, und zwar eine Hauptfeder 7a, die elastisch von der
Mitte des bewegbaren Bügels 6 gehalten ist, und
erste und zweite Unterfedern 7b, 7c, die elastisch
an beiden Seiten oberhalb und unterhalb des bewegbaren Bügels 6 gehalten
sind.
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Die
ersten und zweiten Unterfedern 7a, 7b sind derart
ausgebildet, dass sie eine kleinere Länge haben als die
Hauptfeder 7a.
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Da
das Pedalbetätigungs-Reaktionsteil 7 wie oben
beschrieben mehrere Federn 7a, 7b, 7c aufweist,
wird, wenn die Kopplungsstange 4 bei ihrer durch Betätigung
des Bremspedals 2 verursachten Vorbewegung den bewegbaren
Bügel 6 nach vorne bewegt, zunächst die
Hauptfeder 7a aufgrund der Bewegung des bewegbaren Bügels
zusammengedrückt. Anschließend, wenn durch das
zunehmende Niederdrücken des Bremspedals 2 eine
kontinuierlich stärkere Last aufgebracht wird, werden die
ersten und zweiten Unterfedern 7b, 7c zusammen
mit der Hauptfeder 7a zusammengedrückt und verformt.
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Die
durch Zusammendrücken bewirkte Verformung der Hauptfeder 7a und
der ersten und zweiten Unterfedern 7b, 7c zu verschiedenen
Zeitpunkten verbessert die dem Fahrer vermittelte Pedalbetätigungsreaktion,
so dass die Pedalbetätigungsreaktion den Fahrer in die
Lage versetzt, die Hydraulikhysterese-Charakteristik auch bei einer
motor-basierten Bremseinheit 40 zu verfolgen, bei der die
elektronische Steuereinheit 1 den Betätigungsbetrag
des Bremspedals 2 detektiert und den Motor 22 für
den Bremsvorgang betätigt.
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Das
Selektivverbindungsteil weist ein Bewegungsteil 8 des nicht
selbsthemmenden Typs (NSL – Non-Self-Locking), das durch
Aufbringen einer axialen Kraft bewegt wird, und ein Rückhalteteil 12 auf. Das
Rückhalteteil 12 ist derart konfiguriert, dass
die BIR-Einheit das verriegelte NSL-Bewegungsteil 8 nur dann
freigibt, wenn der Motor 22 ausfällt, was mittels der
elektronischen Steuereinheit 1 durchgeführt wird, die
den Motor 22 der Bremseinheit 20 steuert.
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Bei
dem NSL-Bewegungsteil 8 handelt es sich um eine NSL-Schraube
mit großem Steigungswinkel, durch den sie sich aufgrund
von Einwirkung einer externen Kraft geradlinig bewegt, während
sie freigegeben wird, wobei die Schraube ein Lasteingangsende 9a an
dem Ende der Lastaufbringung, einen NSL-Schraubenschaft 9,
an dem das Kabel 15 befestigt ist, und eine NSL-Mutter 10 aufweist,
die an dem anderen Ende der Schraube an dem NSL-Schraubenschaft 9 befestigt
ist.
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Das
an dem Ende des NSL-Schraubenschafts 9 befestigte Kabel 15 wird
von einem Positionsstift 16 in Position gehalten, wobei
der Positionsstift 16 derart ausgelegt ist, dass mittels
des NSL-Schraubenschafts 9 problemlos an dem Kabel 15 gezogen
werden kann.
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An
der NSL-Mutter 10 ist eine mit der Außenseite
zusammengreifende Struktur ausgebildet, um die Freigabe des NSL-Schraubenschafts 9 zu
beschränken, und ferner ist ein Anschlagbügel 11 vorgesehen,
der den Bewegungsweg der NSL-Mutter 10 beschränkt,
um die Bewegungsstrecke des NSL-Schraubenschafts 9 zu beschränken.
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Das
Rückhalteteil 12 ist zum Einschränken und
Freigeben der Bewegung des NSL-Bewegungsteils 8 vorgesehen
und weist zu diesem Zweck einen Elektromagneten 13 mit
einer Sperrvorrichtungsstange 13a auf, die das NSL-Bewegungsteil 8 freigibt, wenn
der Magnet durch die elektronische Steuereinheit 1 eingeschaltet
wird, falls diese ein Versagen des Motors 22 detektiert
hat.
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Die
Sperrvorrichtungsstange 13a dient zum Rückhalten
und Freigeben der NSL-Mutter 10 des NSL-Bewegungsteils 8,
und für diese Funktion ist die NSL-Mutter 10 mit
einer Struktur versehen, die mit einer Sperrvorrichtung zusammengreift.
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Das
Rückhalteteil 12 ist ferner mit einer Rückstellfeder 14 versehen,
die eine elastische Rückstellkraft auf die das NSL-Bewegungsteil 8 rückhaltende
Sperrvorrichtungsstange 13a ausübt, wenn der Elektromagnet 13 ausgeschaltet
wird.
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Bei
der Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform ist das Kabel 15 über den
Pedalsimulator 3 mittels der mehreren Federn 7a, 7b, 7c und
des NSL-Bewegungsteils 8, dessen Verriegelungs- und Freigabeoperation durch
den Elektromagneten 13 durchgeführt wird, an dem Bremspedal 2 befestigt,
und die BIR-Betätigungseinheit 25, welche die
BIR-Funktion durchführt, ist in der BIR-bestückten
Bremseinheit 20 an der gegenüberliegenden Seite
des Kabels 15 derart befestigt, dass die Betätigungskraft
des Bremspedals 2 an die BIR-Betätigungseinheit 25 übertragen
wird und die Radscheibe D entsprechend angehalten wird.
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Diese
Betätigung des Kabels 15 wird herbeigeführt,
wenn die vom EMB-Typ ausgebildete motor-basierte Bremseinheit 40 der
BIR-bestückten Bremseinheit 20 versagt; deshalb
wird hier zunächst die normale Operation der motor-basierten
Bremseinheit 40 beschrieben.
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Dies
bedeutet, dass bei der motor-basierten Bremseinheit 40 die
elektronischen Steuereinheit 1, die mittels eines Sensors
den Betrag der Betätigung des Bremspedals detektiert hat,
den Motor 22, der in einem Gehäuse 21 mit
vorbestimmter Form angeordnet ist, unter Berücksichtigung
der Fahrsituation und der Bremsbedingungen des Fahrzeugs ansteuert.
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Gemäß 1 wird
bei Betätigung des Motors 22 die Drehung des Motors 22 durch
eine Verlangsamungsvorrichtung 23, die Antriebs- und Abtriebszahnräder 23a, 23b aufweist,
in eine Ausgangs-Drehkraft umgesetzt, und diese Ausgangs-Drehkraft
wird dann zu einem Bewegungsumsetzungsteil 24 übertragen,
um in eine axiale geradlinige Bewegungskraft umgesetzt zu werden,
mittels derer Bremsbeläge Pi, Po gegen eine Radscheibe
D gedrückt werden.
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Bei
dieser Konfiguration weist die Verlangsamungsvorrichtung 23 mehrere
Zahnräder für die Abtriebszahnrad-Anordnung 23b auf,
um die Drehung des Antriebszahnrads 23a in eine größere
Ausgangs-Drehkraft umzusetzen.
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Ferner
wird bei dem Bewegungsumsetzungsteil 24 während
der Drehung eines Schraubenschafts 24a eine mit dem Schraubenschaft 24a zusammengreifende
Andrückmutter 24b geradlinig von dem Schraubenschaft 24a weg
bewegt, und durch die geradlinige Bewegung der Andrückmutter 24b werden
dementsprechend die Bremsbeläge Pi, Po gegen die Radscheibe
D gedrückt.
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Die
oben beschriebene normale Operation der motor-basierten Bremseinheit 40 wird
in der gleichen Weise auch in der BIR-bestückten Bremseinheit 20 durchgeführt.
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Wenn
jedoch der normale Bremsvorgang nicht durchgeführt wird,
wie z. B. bei einem Versagen des Motors 22, wird die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
betätigt.
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Gemäß 2A und 2B schaltet
die elektronische Steuereinheit 1, wenn sie einen Fehler
des Motors der BIR-bestückten Bremseinheit 20 detektiert,
den Elektromagneten 13 derart ein, dass eine Sperrvorrichtungsstange 13a eingefahren
wird und dabei derart an der Rückstellfeder 14 zieht,
dass das rückgehaltene NSL-Bewegungsteil 8 freigegeben wird.
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Wenn
infolge der Trennung der Sperrvorrichtungsstange 13a des
Elektromagneten 13 von der NSL-Mutter 10 zugelassen
wird, dass sich der NSL-Schraubenschaft 9 bewegt, wird
entsprechend dem Betrag der Pedalkraft des von dem Fahrer betätigten
Bremspedals 2 das Kabel 15 einer Zugkraft ausgesetzt.
Ferner übt bei Bewegung des Kabels 15 die BIR-Betätigungseinheit 25 der
BIR-bestückten Bremseinheit 20 einen Druck auf
die Verlangsamungsvorrichtung 23 aus, so dass das Bewegungsumsetzteil 24 zusammen
mit der Verlangsamungsvorrichtung 23 die Bremsbeläge
Pi, Po gegen die Radscheibe D drückt, wodurch die Bremskraft
erzeugt wird.
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Dies
bedeutet, dass, wenn der Betrag der Pedalbetätigung des
Bremspedals 2 durch die Kopplungsstange 4 an den
Pedalsimulator 3 übertragen wird, der bewegbare
Bügel 6 durch die Kopplungsstange 4 bewegt
und die Hauptfeder 7a zusammengedrückt wird und
dann die ersten und zweiten Unterfedern 7b, 7c durch
eine größere Kraft derart zusammengedrückt
werden, dass die Pedalkraft des Bremspedals 2 übertragen
wird.
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Aufgrund
der durch die Federn 7a, 7b, 7c übertragenen
Last wird der NSL-Schraubenschaft 9 über das Lasteingangsende 9a bewegt,
und während sich der NSL-Schraubenschaft 9 geradlinig
bewegt, wird an dem von dem Positionsstift gehaltenen Kabel 15 gezogen.
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Die
Bewegung des NSL-Schraubenschafts 9 ist möglich,
da die NSL-Mutter 10 nicht von dem Elektromagneten 13 rückgehalten
wird.
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Ferner
wird eine Kraft auf die BIR-Betätigungseinheit 25 der
BIR-bestückten Bremseinheit 20 aufgebracht, die
an der gegenüberliegenden Seite an dem zugkraftbelasteten
Kabel 15 befestigt ist, und die BIR-Betätigungseinheit 25,
welche die Kraft über das Kabel 15 empfängt,
erzeugt eine axiale Bewegungskraft, während sie sich dreht.
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Dies
bedeutet, dass, während sich ein Scharnierhebel 17,
an dem das Kabel 15 befestigt ist, aufgrund der Zugkraft
dreht, eine Eingangsrampe 26 durch den Scharnierhebel 17 derart
gedreht wird, dass in der Nut der Eingangsrampe 26 angeordnete Kugeln 28 Druck
auf eine an der gegenüberliegenden Seite angeordnete Ausgangs-Rampe 27 ausüben, während
sie durch die Drehung der Eingangsrampe 26 bewegt werden.
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Die
durch die Kugeln 28 druckbeaufschlagte Ausgangs-Rampe 27 drückt
auf die Verlangsamungsvorrichtung 23, d. h. sie drückt
auf das angetriebene Zahnrad 23b, das im Paralleleingriff
mit dem Antriebszahnrad 23a der Verlangsamungsvorrichtung 23 steht.
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Das
druckbeaufschlagte angetriebene Zahnrad 23b gleitet relativ
zu dem Antriebszahnrad 23a, das auf den an dem Antriebszahnrad 23a befestigten und
sich zusammen mit diesem drehenden Schraubenschaft 24a drückt,
und drückt gleichzeitig derart auf den Schraubenschaft 24a und
die Andrückmutter 24b, dass aufgrund der geradlinigen
Bewegung der Andrückmutter 24b die Bremsbeläge
Pi, Po auf die Radscheibe D drücken, wodurch die Bremskraft
erzeugt wird.
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Auf
diese Weise kann, da durch Betätigung des Bremspedals an
dem Kabel 15 gezogen wird und die BIR-Betätigungseinheit 25 die
Axialbewegungslast erzeugt, der Not-Bremsvorgang, bei dem die Bremsbeläge
Pi, Po die Radscheibe D anhalten, durchgeführt werden,
auch wenn aufgrund eines Versagens des Motors 22 die an
die Bremsscheibe D drückende Ausgangs-Drehkraft nicht erzeugt
wird.
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Andererseits
können an der Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zahlreiche strukturelle Variationen
vorgenommen werden; beispielsweise kann die Struktur des Pedalsimulators 3,
der das Bremspedal mit dem Kabel verbindet, auf verschiedene Arten modifiziert
werden.
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Gemäß 3 kann
ein Pedalbetätigungskraft-Abstimmteil 30 verwendet
werden, bei dem die Struktur des Pedalbetätigungs-Reaktionsteils 7 mit den
Federn 7a, 7b, 7c, welche direkt die
Kraft von der an dem Bremspedal 2 befestigten Kopplungsstange 4 empfangen,
verändert ist.
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Das
Pedalbetätigungskraft-Abstimmteil 30 ist dazu
vorgesehen, die Leistung der nachfolgenden Hydraulikhysterese-Charakteristik
unter Verwendung der Hauptfeder 7a und der Unterfedern 7b, 7c zu
verbessern, und kann z. B. dahingehend ausgelegt sein, dass es eine
Dämpfungsvorrichtung mit darin angeordnetem Dämpfungsfluid
aufweist ist und dass es durch die elastische Rückstellkraft
einer Feder zurückbewegt wird, während es durch
den Hydraulikdruck und den mit der Dämpfungsvorrichtung
kombinierten NSL-Schraubenschaft 9 vorbewegt wird.
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Die
NSL-Schraubenmutter 10 des NSC-Typs ist mit dem NSL-Schraubenschaft 9 verbunden.
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Die
Sperrvorrichtungsstange 13a, die mit der NSL-Schraubenmutter 10 verbunden
ist, um die Bewegung des NSL-Schraubenschafts 9 einzuschränken
bzw. freizugeben, wird durch den Elektromagneten 13 so
betätigt, dass der Zusammengriff mit der NSL-Schraubenmutter 10 gelöst
wird, wenn der Magnet von der elektronischen Steuereinheit 1,
wenn diese ein Versagen des Motors 22 detektiert, eingeschaltet
wird, und die Sperrvorrichtungsstange 13a ist mit einer
Rückstellfeder 14 versehen, die eine elastische
Rückstellkraft aufbringt, wenn der Elektromagnet 13 ausgeschaltet
ist.
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Bei
einer Fahrzeugbremsvorrichtung, die gemäß 1 mit
der Sicherheits-Bremsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung versehen ist, ist vorzuziehen, dass grundlegend die
BIR-Betätigungseinheit 25 vorgesehen ist, die
BIR-bestückte Bremseinheit 20 an dem Vorderrad
installiert ist, das durch das Bremspedal 2 betätigte
Kabel 15 mit der BIR-Betätigungseinheit 25 verbunden
ist und die motor-basierte Bremseinheit 40 ohne die BIR-Betätigungseinheit 25 an
dem Hinterrad installiert ist.
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Da
jedoch der Bremsvorgang bei den üblichen Fahrzeugen mit
Vorderradantrieb hinreichend durchgeführt wird, obwohl
die Bremskraft für die Hinterräder geringer ist
als diejenige für die Vorderräder, besteht die
Möglichkeit, die motor-basierte Bremseinheit 40 an
dem Vorderrad zu installieren und die durch das Kabel 15 angeschlossene
BIR-Betätigungseinheit 25 und die BIR-bestückte
Bremseinheit 20 an dem Hinterrad zu installieren.
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Gemäß 4 nutzt
bei dieser Konfiguration die an dem Vorderrad installierte motor-basierte Bremseinheit 40 zum
Bremsen die von dem Motor erzeugte Ausgangs-Drehkraft, und die an
dem Hinterrad installierte BIR-bestückte Bremseinheit 20 nutzt zum
Bremsen die von der BIR-Betätigungseinheit 25 erzeugte
Axialbewegungslast auf dem Weg über das Kabel 15,
und die Ausgangs-Drehkraft des Motors wird nur für spezielle
Funktionen verwendet, wie z. B. zum Ausgleich für den Verschleiß der
Bremsbeläge.
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Somit
lässt sich ein Vorteil dahingehend erzielen, dass die für
das Hinterrad vorgesehene BIR-bestückte Bremseinheit 20 die
Spezifikation des Motors und die gesamten Spezifikationen für
sämtliche Bauteile, wie z. B. den Bremssattel, vorteilhaft
reduziert.
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Bei
dieser Modifikation arbeitet die Sicherheits-Hilfsbremsvorrichtung
in entgegengesetzter Weise zu der Situation, in der eine einfache
Bremskraft erzeugt wird, d. h. die Betätigung des Kabels 15 durch
das Ein- oder Ausschalten des Elektromagneten 13 wird in
umgekehrter Weise vorgenommen.
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Wenn
der Elektromagnet 13 gemäß 4 ausgeschaltet
wird, hält die Sperrvorrichtungsstange 13a des
Elektromagneten 13 die NSL-Mutter 10 nicht zurück,
so dass, wenn das Bremspedal 2 gedrückt wird,
die Kopplungsstange 4 bewegt wird und der Pedalsimulator
(3, bzw. Pedalbetätigungskraft-Abstimmteil 30 entsprechend
dieser Ausführungsform) eine Kraft auf den NSL-Schraubenschaft 9 ausübt.
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Wenn
der NSL-Schraubenschaft 9 wie oben beschrieben die Kraft
empfängt, dreht sich die NSL-Mutter 10, die von
dem Elektromagneten 13 freigegeben worden ist, und der
NSL-Schraubenschaft 9 bewegt sich entsprechend vorwärts,
wobei durch die Vorwärtsbewegung des NSL-Schraubenschafts 9 an dem
Kabel 15 gezogen wird.
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Ferner
wird während der Zugbeanspruchung des Kabels 15 eine
Kraft auf die BIR-Betätigungseinheit 25 der BIR-bestückten
Bremseinheit 20 aufgebracht, und durch Drehung der Eingangs-Rampe 26 und
die Betätigung der Kugeln 28 in der BIR-Betätigungseinheit 25,
welche die Kraft über das Kabel 15 empfängt,
wird eine Axialbewegungskraft an der Ausgangs-Rampe 27 erzeugt.
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Die
Axialbewegungskraft der BIR-Betätigungseinheit 25 drückt
auf die Verlangsamungsvorrichtung 23, d. h. das von dem
Antriebszahnrad 23a der Verlangsamungsvorrichtung 23 druckbeaufschlagte
angetriebene Zahnrad 23b gleitet, und der an dem Antriebszahnrad 23a befestigte
Schraubenschaft 24a und die Andrückmutter 24b werden
einer Druckbewegung ausgesetzt und drücken die Bremsbeläge
Pi, Po gegen die Radscheibe D, so dass diese angehalten wird und
dadurch der Bremseffekt erfolgt.
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Die
Bremskraft, die durch die BIR-Betätigungseinheit 25 zum
Anhalten der Radscheibe D übertragen wird, ist kleiner
als die Ausgangs-Drehkraft des Motors 22, wodurch, da das
Hinterrad eine geringere Bremskraft als das Vorderrad benötigt, eine
hinreichende Zuverlässigkeit des Bremsens des Fahrzeugs
gewährleistet ist, wenn die motor-basierte Bremseinheit 40 an
dem Vorderrad installiert ist.
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Andererseits
wird bei dieser Ausführungsform, wenn gemäß 5 der
Elektromagnet 13 eingeschaltet wird, die Sperrvorrichtungsstange 13a des Elektromagneen 13 herausgezogen
und durch Zusammengriff mit dem Sperrvorichtungsteil der NSL-Mutter 10 ein
Rückhaltezustand erzielt.
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Diese
Operation des Elektromagneten 13 beschränkt die
Bewegung des NSL-Schraubenschafts 9 und verhindert, dass
eine externe Kraft auf das Bremspedal 2 übertragen
wird; insbesondere wird eine externe Kraft (z. B. eine Bremskraft),
die bei einem ABS-System durch das Kabel 15 rückwärts übertragen
wird, mittels des NSL-Schraubenschafts 9 und des Pedalsimulators
(3, bzw. Pedalbetätigungskraft-Abstimmteil 30 entsprechend
dieser Ausführungsform) blockiert, so dass die externe
Kraft nicht auf das vom Fahrer niedergedrückte Bremspedal 2 übertragen
wird. Dadurch wird eine verbesserte, glatte Pedalreaktion erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2008-0125715 [0001]