DE102014201792A1 - Actuator device for a hydraulic brake of a vehicle, vehicle and method for actuating a hydraulic brake of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktuatorvorrichtung für eine hydraulische Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads wie beispielsweise eines elektrisch betreibbaren Fahrrads, mit einem hydraulischen Bremszylinder, welcher eine erste Zylinderkammer und eine von der ersten Zylinderkammer fluidisch getrennte zweite Zylinderkammer aufweist, die jeweils mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind, einer in dem Bremszylinder zwischen der ersten Zylinderkammer und der zweiten Zylinderkammer angeordneten Kolbenvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, bei Beaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit in der ersten Zylinderkammer mit Druck den Druck auf die Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Zylinderkammer zu übertragen, einer Steuereinrichtung, und einem dielektrischen Elastomeraktor, welcher durch die Steuereinrichtung mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar ist, und welcher in Abhängigkeit von dem beaufschlagten elektrischen Feld dehnbar und/oder stauchbar ist, wobei der dielektrische Elastomeraktor dazu ausgelegt ist, bei einer Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld den Druck auf die Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Zylinderkammer zu vermindern.The invention relates to an actuator device for a hydraulic brake device of a vehicle, in particular a two-wheeler such as an electrically operable bicycle, comprising a hydraulic brake cylinder having a first cylinder chamber and a second cylinder chamber fluidly separated from the first cylinder chamber, each filled with hydraulic fluid are a piston device disposed in the brake cylinder between the first cylinder chamber and the second cylinder chamber and configured to apply pressure to the hydraulic fluid in the second cylinder chamber upon pressurization of the hydraulic fluid in the first cylinder chamber, a controller, and a dielectric Elastomeraktor, which is acted upon by the control device with an electric field, and which is extensible and / or compressible in response to the applied electric field, wherein the dielectric elastomer actuator is adapted to reduce the pressure on the hydraulic fluid in the second cylinder chamber when subjected to an electric field.
Description
Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung für eine hydraulische Bremse eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug, insbesondere ein Zweirad, mit einer hydraulische Bremse sowie ein Verfahren zum Aktuieren einer hydraulischen Bremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads.The invention relates to an actuator device for a hydraulic brake of a vehicle, a vehicle, in particular a two-wheeler, with a hydraulic brake and a method for actuating a hydraulic brake of a vehicle, in particular a two-wheeler.
Wenngleich die Erfindung bei Fahrzeugen verschiedener Art, insbesondere bei relativ leichten und kostengünstigen Fahrzeugen wie etwa einspurigen, verhältnismäßig langsam fahrenden Fahrzeugen mit hohem Schwerpunkt eingesetzt werden kann, soll die Erfindung nachfolgend am Beispiel eines als Fahrrad oder Pedelec ausgeführten Zweirades näher beschrieben werden. Das Fahrrad kann hierbei als ein Fahrrad mit einem motorischen Antrieb, insbesondere einem elektrischen Antrieb, der anstelle der Muskelkraft des Fahrers oder zusätzlich zu dieser wirken kann, ausgebildet sein.While the invention may be applied to vehicles of various types, particularly relatively light and inexpensive vehicles such as single-lane, relatively slow-moving high center-of-gravity vehicles, the invention will be further described by the example of a two-wheeled bicycle or pedelec. The bicycle can hereby be designed as a bicycle with a motor drive, in particular an electric drive, which can act instead of or in addition to the muscle power of the driver.
Stand der TechnikState of the art
Zweiräder werden prinzipiell mit Bremsen versehen, die an die Eigenschaften des jeweiligen Fahrzeugs angepasst sind. Beispielsweise können Bremsen für leichte, generell langsam fahrende Fahrzeuge wie zum Beispiel Fahrräder, Pedelecs oder Mofas entsprechend anders gestaltet sein als Bremsen für schwere, schnell fahrende Motorräder. Für leichte einspurige Zweiräder sind hydraulische Fahrradbremsen bekannt, die als Scheiben- oder Felgenbremsen ausgeführt sind. Im Allgemeinen besitzen dabei das Vorderrad und das Hinterrad unabhängige Druckleitungen, um möglichst viele Freiheitsgrade hinsichtlich der Abbremsung des Fahrzeugs bereitzustellen. Moderne Scheiben-, Trommel- und Felgenbremsen, die per Seilzug oder hydraulisch betätigt werden, können hohe Bremsverzögerungen erreichen, die die vorstehend geschilderte Problematik noch verschärfen. Erschwerend kommt hinzu, dass gerade elektrisch betreibbare Zweiräder immer höhere Durchschnittsgeschwindigkeiten erreichen und das Unfallrisiko dadurch steigt.Two-wheelers are in principle provided with brakes, which are adapted to the characteristics of the respective vehicle. For example, brakes for light, generally slow-moving vehicles such as bicycles, pedelecs or mopeds may be designed differently than brakes for heavy, fast-moving motorcycles. For light single-track two-wheeler hydraulic bicycle brakes are known, which are designed as disc or rim brakes. In general, the front wheel and the rear wheel have independent pressure lines in order to provide as many degrees of freedom as possible in terms of deceleration of the vehicle. Modern disc, drum and rim brakes, which are operated by cable or hydraulically operated, can achieve high braking delays, which exacerbate the problems described above. To make matters worse, straight electrically operated two-wheelers always reach higher average speeds and the risk of accidents increases.
Die Bremskraft von Fahrradbremsen wird herkömmlich lediglich durch die Kraftschlussgrenze zwischen Reifen und Untergrund sowie die durch den Fahrer maximal aufbringbare manuelle Kraft begrenzt. Dadurch kann es bei Fahrrädern in kritischen Fahrsituationen zu blockierenden Rädern kommen. Ein blockierendes Hinterrad ist dabei aus Stabilitätsaspekten weitgehend unkritisch. Da eine hohe Bremskraft an einem Vorderrad jedoch zunächst meist zu einem Abheben des Hinterrades und erst später zu einem Blockieren des Vorderrades führt, droht bei einer Vollbremsung die Gefahr eines Überschlags. Ferner kann ein Blockieren des Vorderrades dazu führen, dass das Fahrrad unbeherrschbar wird und es zum Sturz kommen kann.The braking force of bicycle brakes is conventionally limited only by the frictional limit between the tire and the ground and the maximum force that can be applied by the driver manual force. This can cause wheels to be locked in bicycles in critical driving situations. A blocking rear wheel is largely uncritical for stability reasons. However, since a high braking force on a front wheel usually initially leads to a lifting of the rear wheel and only later to a blocking of the front wheel, at full braking the risk of a rollover threatens. Furthermore, locking the front wheel may cause the bike to become unmanageable and may fall.
Als Konsequenz bremsen ungeübte Fahrradfahrer meist zu schwach und nutzen das volle Verzögerungspotenzial der Fahrradbremse nicht aus. Dieses Verhalten kann den Bremsweg auch in Notsituationen verlängern. Die Druckschrift
In der Druckschrift
Die Druckschrift
Es besteht jedoch ein Bedarf an verbesserten Systemen zur Bremskraftunterstützung mit hoher Zuverlässigkeit und einfachem Aufbau, insbesondere bei elektrisch betriebenen bzw. betreibbaren Zweirädern.However, there is a need for improved brake assist systems with high reliability and ease of construction, particularly in electrically powered two-wheeled vehicles.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Aktuatorvorrichtung für eine hydraulische Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads wie beispielsweise eines elektrisch betreibbaren Fahrrads, einen hydraulischen Bremszylinder, welcher eine erste Zylinderkammer und eine von der ersten Zylinderkammer fluidisch getrennte zweite Zylinderkammer aufweist, die jeweils mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind, eine in dem Bremszylinder zwischen der ersten Zylinderkammer und der zweiten Zylinderkammer angeordneten Kolbenvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, bei Beaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit in der ersten Zylinderkammer mit Druck, also durch Druckbeaufschlagung, einen Druck auf die Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Zylinderkammer zu übertragen, eine Steuereinrichtung, und einen dielektrischen Elastomeraktor, welcher durch die Steuereinrichtung mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar ist, und welcher in Abhängigkeit von dem beaufschlagten elektrischen Feld dehnbar und/oder stauchbar ist, wobei der dielektrische Elastomeraktor dazu ausgelegt ist, bei einer Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld den Druck auf die Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Zylinderkammer zu vermindern.According to a first aspect of the invention, an actuator device for a hydraulic brake device of a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle such as an electrically operable bicycle, comprises a hydraulic brake cylinder having a first cylinder chamber and a second cylinder chamber fluidly separated from the first cylinder chamber, each with hydraulic fluid are filled, arranged in the brake cylinder between the first cylinder chamber and the second cylinder chamber piston device, which is adapted to transmit upon application of the hydraulic fluid in the first cylinder chamber with pressure, so by pressurizing, a pressure on the hydraulic fluid in the second cylinder chamber, a control device, and a dielectric elastomer actuator, which can be acted upon by the control device with an electric field, and which in Dependent on the applied electric field is expandable and / or compressible, wherein the dielectric elastomer actuator is adapted to reduce the pressure on the hydraulic fluid in the second cylinder chamber when subjected to an electric field.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug zumindest ein Rad zum fahrbaren Abstützen des Fahrzeugs auf einem Untergrund, eine hydraulische Bremseinrichtung, welche an dem Rad angeordnet ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Rades zu vermindern, einer Bedieneinrichtung, eine Aktuatorvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, eine erste Hydraulikleitung, welche die Bedieneinrichtung in hydraulische Wirkverbindung mit der ersten Zylinderkammer der Aktuatorvorrichtung setzt, und eine zweite Hydraulikleitung, welche die zweite Zylinderkammer der Aktuatorvorrichtung in hydraulische Wirkverbindung mit der Bremseinrichtung setzt.According to a second aspect of the invention, a vehicle comprises at least one wheel for drivingly supporting the vehicle on a ground, a hydraulic braking device disposed on the wheel and adapted to reduce the rotational speed of the wheel, an operating device, an actuator device According to the first aspect of the invention, a first hydraulic line, which sets the operating device in hydraulic operative connection with the first cylinder chamber of the actuator device, and a second hydraulic line, which sets the second cylinder chamber of the actuator device in hydraulic operative connection with the braking device.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aktuieren einer hydraulischen Bremse eines Fahrzeugs gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Schritte des Ermittelns eines eingeleiteten Bremsvorgangs mit der Bremse des Fahrzeugs, des Ermittelns von Bewegungsparametern des Fahrzeugs durch Auswerten von Drehraten des Fahrzeugs, Drehzahlen der Räder des Fahrzeugs und/oder Momentanbeschleunigung des Fahrzeugs, des Vergleichens der ermittelten Bewegungsparameter des Fahrzeugs mit einem vorbestimmbaren Bewegungsprofil, und des Ansteuerns der Aktuatorvorrichtung zum Vermindern des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Zylinderkammer.According to a third aspect of the invention, a method for actuating a hydraulic brake of a vehicle according to the second aspect of the invention comprises the steps of determining an initiated braking operation with the brake of the vehicle, determining movement parameters of the vehicle by evaluating yaw rates of the vehicle, rotational speeds of the vehicle Wheels of the vehicle and / or instantaneous acceleration of the vehicle, comparing the determined movement parameters of the vehicle with a predeterminable motion profile, and the driving of the actuator device for reducing the pressure of the hydraulic fluid in the second cylinder chamber.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, eine elektrisch betreibbare Bremsunterstützung für ein Fahrzeug bereitzustellen, mit der die Bremskraft des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Bewegungsparametern des Fahrzeugs reguliert werden kann. Hierfür sind in einer Aktuatorvorrichtung Aktoren auf der Basis elektroaktiver Polymere, und insbesondere dielektrischer Elastomere vorgesehen, welche neben der durch den Fahrer des Fahrzeugs über eine hydraulische Wirkverbindung auf eine hydraulische Bremseinrichtung aufgebrachten Bremskraft durch entsprechende Variation der Ansteuerspannung der dielektrischen Elastomere zusätzliche Bremskräfte auf die hydraulische Bremseinrichtung aufbringen können.The idea underlying the present invention is to provide an electrically operable brake assist for a vehicle, with which the braking force of the vehicle can be regulated in dependence on movement parameters of the vehicle. For this purpose, actuators are provided in an actuator device based on electroactive polymers, and in particular dielectric elastomers, which in addition to the applied by the driver of the vehicle via a hydraulic active connection to a hydraulic braking device braking force by corresponding variation of the driving voltage of the dielectric elastomers additional braking forces on the hydraulic braking device can muster.
Die Anordnung des Aktors bzw. der Aktoren in der Aktuatorvorrichtung kann dergestalt gewählt werden, dass eine Antiblockierfunktionalität (kurz, eine ABS-Funktion) erzielt werden kann. Aufgrund der mechanischen Ausführung eignet sich die Aktuatorvorrichtung besonders gut, um ein leichtes Fahrzeug, beispielsweise ein leichtes Zweirad wie etwa ein muskelkraftgetriebenes Fahrrad, ein E-Bike oder ein Pedelec mit elektrischem Antrieb oder elektrischem Hilfsantrieb, oder ein Mofa, mit einer einfach zu realisierenden, kostengünstigen, zuverlässig wirkenden und automatischen Antiblockierfunktionalität auszustatten.The arrangement of the actuator or the actuators in the actuator device can be chosen such that an anti-lock functionality (short, an ABS function) can be achieved. Due to the mechanical design, the actuator device is particularly well suited to a lightweight vehicle, such as a lightweight two-wheeler such as a muscle-powered bicycle, an e-bike or a pedelec with electric drive or electric auxiliary drive, or a moped, with an easy-to-implement, cost-effective, reliable and automatic anti-lock functionality.
Die Realisierung einer ABS-Funktion ermöglicht es, ein Blockieren des Rades oder der Räder des Fahrzeugs und einen möglicherweise resultierenden Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug zu vermeiden. Ist das Fahrzeug einspurig und wird das Vorderrad des Fahrzeugs als das zu unterstützende Rad gewählt, so kann mit der Aktuatorvorrichtung ein Überschlag des Fahrers über den Lenker bei übermäßig starkem Bremsen verhindert werden. Die Erfindung kann sich aber auch bei leichten mehrspurigen Fahrzeugen – wie etwa muskelkraftbetriebenen, rikschaartigen Gefährten mit mehr als zwei Rädern – als nützlich erweisen, um zum Beispiel ein Schleudern beim Blockieren der Räder zu verhindern. The realization of an ABS function makes it possible to avoid locking the wheel or wheels of the vehicle and possibly resulting loss of control over the vehicle. If the vehicle is single-lane and the front wheel of the vehicle is selected as the wheel to be assisted, then with the actuator device a rollover of the driver over the handlebar can be prevented with excessively strong braking. However, the invention may also be useful in light multi-lane vehicles - such as muscle-powered, rickshaw-type companions with more than two wheels - to prevent, for example, skidding when locking the wheels.
Die Aktoren mit dielektrischen Elastomeren können über eine ohnehin vorhandene elektrische Energieversorgung des Fahrzeugs mit Energie versorgt werden. Daher eignet sich die Aktuatorvorrichtung besonders für Fahrzeuge mit einer elektrischen Stromquelle wie etwa E-Bikes oder Pedelecs. Die Aktuatorvorrichtung trägt zur Verbesserung der Fahreigenschaften des Fahrzeugs bei und ermöglicht eine optimale Bremskraftverteilung, die sich günstig auf den Bremsweg auswirken kann. Die aktive Bremskraftbegrenzung durch die Aktuatorvorrichtung in dem Hydrauliksystem des Fahrzeugs wird über eine Volumenänderung in den Zylinderkammern bzw. den Hydraulikleitungen des Hydrauliksystems und eine damit einhergehend Fluiddruckänderung in dem Hydrauliksystem bewirkt. Dabei wird die aktive Bremskraftbegrenzung durch eine Steuerung in Abhängigkeit von der Erkennung eines kritischen Fahrzustandes des Fahrzeugs kontrolliert.The actuators with dielectric elastomers can be powered by an already existing electrical power supply of the vehicle with energy. Therefore, the actuator device is particularly suitable for vehicles with an electric power source such as e-bikes or pedelecs. The actuator device contributes to the improvement of the driving characteristics of the vehicle and allows an optimal distribution of braking force, which can have a favorable effect on the braking distance. The active braking force limitation by the actuator device in the hydraulic system of the vehicle is effected via a volume change in the cylinder chambers or the hydraulic lines of the hydraulic system and a concomitant fluid pressure change in the hydraulic system. In this case, the active brake force limitation is controlled by a controller in response to the detection of a critical driving condition of the vehicle.
Durch eine Sensierung von geeigneten Fahrzeugdaten wie zum Beispiel einer Raddrehzahl des Vorderrades und/oder des Hinterrades eines Zweirades oder der Radaufstandkraft beispielsweise des Hinterrades oder ähnlicher Fahrzeugdaten, die einen kritischen Fahrzustand des Fahrzeugs indizieren können, kann durch gezieltes Ansteuern des in der Aktuatorvorrichtung angeordneten Elastomeraktors ein geschlossener Regelkreis implementiert werden, mit dessen Hilfe beispielsweise ein Blockieren eines Rades des Fahrzeugs verhindert und/oder ein Überschlagschutz für das Fahrzeug realisiert werden kann.By sensing suitable vehicle data such as a wheel speed of the front wheel and / or the rear wheel of a bicycle or the wheel contact force of the rear wheel or similar vehicle data that can indicate a critical driving condition of the vehicle, by targeted driving the arranged in the actuator device Elastomeraktors a closed loop can be implemented, for example, with the aid of which prevents blocking of a wheel of the vehicle and / or a rollover protection for the vehicle can be realized.
Bei der vorgeschlagenen hydraulischen Bremsvorrichtung wird eine Bremskraft beispielsweise von einem Bremshebel, der von einem Fahrzeugfahrer bedient werden kann und der auf einen als Geber dienenden Bremszylinderkolben drücken kann, auf eine mit einem Bremsbelag in Kontakt stehende Bremseinrichtung übertragen. Beim Bewirken der Bremskraft wird dabei der Bremsbelag beispielsweise gegen die Felge eines Rades oder eine mit dem Rad fest verbundene Bremsscheibe gepresst und somit eine Bremswirkung für das Fahrzeug erzielt. Eine zu hohe Bremskraft kann zu einem Blockieren des Rades führen. Ferner kann eine zu hohe Bremskraft, die auf ein Vorderrad beispielsweise eines Zweirades wirkt, dazu führen, dass das Hinterrad abhebt und es zu einem Überschlag des Fahrzeugs kommen kann.In the proposed hydraulic brake device, a braking force For example, from a brake lever that can be operated by a vehicle driver and can press on serving as a donor brake cylinder piston, transmitted to a standing in contact with a brake pad brake device. When the braking force is applied, the brake pad is pressed, for example, against the rim of a wheel or a brake disc firmly connected to the wheel, and thus achieves a braking effect for the vehicle. Too high a braking force can lead to a locking of the wheel. Furthermore, too high a braking force, which acts on a front wheel, for example, a bicycle, cause the rear wheel lifts and there may be a rollover of the vehicle.
Beim Erkennen eines kritischen Fahrzustandes, beispielsweise ein Blockieren des Vorderrades oder ein Abheben des Hinterrades, kann durch die Steuerung regelnd in das Hydrauliksystem eingegriffen werden, indem durch Aktuierung des Elastomeraktors die Bremseinrichtung kurzzeitig und temporär entspannt wird. Der Elastomeraktor kann in Bezug auf aktive Fläche, Ausdehnung und Materialeigenschaften dergestalt ausgelegt werden, dass eine maximal zu erreichende Ausdehnung oder Stauchung des Elastomeraktors bei Anlegen einer vorbestimmten elektrischen Feldstärke einer Volumenänderung entspricht, die es ermöglicht, den Fluiddruck in den Hydraulikleitungen bzw. Zylinderkammern in einem vorbestimmten Bereich variieren zu können, der für typische Anwendungsfälle bei Bremsvorgängen des Fahrzeugs angemessen ist.Upon detection of a critical driving condition, for example blocking of the front wheel or lifting of the rear wheel, control can be intervened in the hydraulic system by the control by briefly and temporarily releasing the braking device by actuating the elastomer actuator. The elastomer actuator may be designed in terms of active area, expansion and material properties such that a maximum achievable expansion or compression of the elastomer actuator upon application of a predetermined electric field strength corresponds to a volume change that allows the fluid pressure in the hydraulic lines or cylinder chambers to be in one to be able to vary predetermined range, which is appropriate for typical applications during braking operations of the vehicle.
Der Elastomeraktor kann beispielsweise auch mit einer Übersetzung versehen sein, die dazu ausgelegt ist, eine Ausdehnung bzw. Stauchung des Elastomeraktors in eine Änderung des Volumens, das innerhalb des Hydrauliksystems für eine Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung steht, zu übersetzen. Mit anderen Worten kann eine Übersetzungsvorrichtung vorgesehen sein, die eine durch den Elastomeraktor bewirkte Dehnung oder Stauchung in eine größere oder kleinere Volumenänderung innerhalb des Hydrauliksystems transformieren kann. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Mechanik erreicht werden, die auf ihrer einen Seite mit dem Elastomeraktor in Kontakt steht und auf ihrer anderen Seite mit dem zu verändernden Volumen des Hydrauliksystems innerhalb der zweiten Zylinderkammer bzw. der zweiten Hydraulikleitung.For example, the elastomer actuator may also be provided with a gear ratio that is configured to translate expansion of the elastomer actuator into a change in volume available within the hydraulic system for a hydraulic fluid. In other words, a translation device can be provided which can transform a strain or compression caused by the elastomer actuator into a larger or smaller volume change within the hydraulic system. This can for example be achieved by a suitable mechanism which is in contact with the elastomer actuator on one side and on the other side with the volume of the hydraulic system to be changed within the second cylinder chamber or the second hydraulic line.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann die Aktuatorvorrichtung weiterhin ein Aktorgehäuse, einen in dem Aktorgehäuse beweglichen Aktorkolben, und eine Aktorhydraulikleitung aufweisen, welche mit der zweiten Zylinderkammer über ein Ventil gekoppelt ist. Dabei kann der dielektrische Elastomeraktor mit einer Rückwand des Aktorgehäuses und dem Aktorkolben verbunden sein.According to an embodiment of the actuator device, the actuator device may further comprise an actuator housing, an actuator piston movable in the actuator housing, and an actuator hydraulic line which is coupled to the second cylinder chamber via a valve. In this case, the dielectric elastomer actuator can be connected to a rear wall of the actuator housing and the actuator piston.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, den dielektrischen Elastomeraktor mit einem elektrischen Feld zu beaufschlagen, so dass der dielektrische Elastomeraktor durch Stauchung den Aktorkolben in Richtung der Rückwand des Aktorgehäuses bewegt und dadurch Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Zylinderkammer in die Aktorhydraulikleitung ableitet.According to a further embodiment of the actuator device, the control device can be designed to apply an electric field to the dielectric elastomer actuator so that the dielectric elastomer actuator moves the actuator piston toward the rear wall of the actuator housing by compression and thereby discharges hydraulic fluid from the second cylinder chamber into the actuator hydraulic line ,
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, den dielektrischen Elastomeraktor mit einem elektrischen Feld zu beaufschlagen und dadurch zu dehnen sowie das Ventil gleichzeitig geschlossen zu halten, und danach das Ventil zu öffnen und gleichzeitig das elektrische Feld von dem dielektrischen Elastomeraktor zu entfernen, so dass der dielektrische Elastomeraktor durch Entdehnung den Aktorkolben in Richtung der Rückwand des Aktorgehäuses bewegt und dadurch Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Zylinderkammer in die Aktorhydraulikleitung ableitet.According to another embodiment of the actuator device, the controller may be configured to apply and thereby stretch the dielectric elastomer actuator with an electric field as well as keeping the valve closed and thereafter opening the valve and simultaneously applying the electric field from the dielectric elastomer actuator remove, so that the dielectric elastomer actuator by expansion moves the actuator piston in the direction of the rear wall of the actuator housing, thereby deriving hydraulic fluid from the second cylinder chamber in the Aktorhydraulikleitung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann die Kolbenvorrichtung eine erste bewegliche Kolbenplatte, welche die erste Zylinderkammer fluidisch dicht abschließt, und eine zweite bewegliche Kolbenplatte aufweisen, welche mit der ersten Kolbenplatte mechanisch wirkverbunden ist, und welche die zweite Zylinderkammer fluidisch dicht abschließt. Dabei kann der dielektrische Elastomeraktor zwischen der ersten Kolbenplatte und der zweiten Kolbenplatte in dem hydraulischen Bremszylinder angeordnet sein.According to a further embodiment of the actuator device, the piston device may comprise a first movable piston plate, which fluidly seals the first cylinder chamber, and a second movable piston plate which is mechanically operatively connected to the first piston plate and which seals the second cylinder chamber in a fluid-tight manner. In this case, the dielectric elastomer actuator between the first piston plate and the second piston plate may be arranged in the hydraulic brake cylinder.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann der dielektrische Elastomeraktor jeweils mechanisch fest mit der ersten Kolbenplatte und der zweiten Kolbenplatte verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann in einer Ausführungsvariante dazu ausgelegt sein, den dielektrischen Elastomeraktor mit einem elektrischen Feld zu beaufschlagen und dadurch die zweite Kolbenplatte in Richtung der ersten Kolbenplatte zu ziehen.According to a further embodiment of the actuator device, the dielectric elastomer actuator may be respectively mechanically fixedly connected to the first piston plate and the second piston plate. In one embodiment, the control device can be designed to apply an electric field to the dielectric elastomer actuator and thereby pull the second piston plate in the direction of the first piston plate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung kann die Kolbenvorrichtung weiterhin eine dritte fest in dem Bremszylinder verankerte Kolbenplatte, welche zwischen der ersten Kolbenplatte und der zweiten Kolbenplatte angeordnet ist, und eine Kolbenstange aufweisen, welche durch die dritte Kolbenplatte hindurch geführt ist, und welche die erste Kolbenplatte und die zweite Kolbenplatte mechanisch starr miteinander verbindet. Dabei kann in einer Variante der dielektrische Elastomeraktor jeweils mechanisch fest mit der ersten Kolbenplatte und der dritten Kolbenplatte verbunden sein, und die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, den dielektrischen Elastomeraktor mit einem elektrischen Feld zu beaufschlagen und dadurch die erste Kolbenplatte von der dritten Kolbenplatte weg zu drücken.According to a further embodiment of the actuator device, the piston device may further comprise a third fixedly in the brake cylinder piston plate which is disposed between the first piston plate and the second piston plate, and a piston rod which is guided through the third piston plate, and which the first piston plate and the second Piston plate mechanically rigidly interconnects. In one variant, the dielectric elastomer actuator may in each case be mechanically fixedly connected to the first piston plate and the third piston plate, and the control device may be designed to apply an electric field to the dielectric elastomer actuator and thereby move the first piston plate away from the third piston plate to press.
Gemäß einer Ausführungsform des Fahrzeugs kann das Fahrzeug mehrere Räder aufweisen, wobei jedes der Räder des Fahrzeugs mit einer Bremseinrichtung und einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung ausgestattet ist.According to one embodiment of the vehicle, the vehicle may have a plurality of wheels, wherein each of the wheels of the vehicle is equipped with a braking device and an actuator device according to the invention.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugs kann das Fahrzeug weiterhin eine elektrischen Energieversorgungseinrichtung aufweisen, welche mit der Aktuatorvorrichtung und der Steuereinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Aktuatorvorrichtung und die Steuereinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies ist insbesondere bei Pedelecs und elektrisch betreibbaren Fahrrädern von Vorteil, die ohnehin eine Batterie oder sonstige elektrische Speichereinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie für den Antrieb mit sich führen.According to a further embodiment of the vehicle, the vehicle may further comprise an electrical power supply device which is coupled to the actuator device and the control device and which is designed to supply the actuator device and the control device with electrical energy. This is particularly advantageous in pedelecs and electrically operable bicycles, which in any case lead to a battery or other electrical storage unit for the provision of electrical energy for the drive.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugs kann die Steuereinrichtung weiterhin einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, einen Drehzahlsensor und/oder einen Einfederwegsensor aufweisen. Über einen oder mehrere dieser Sensoren kann die Steuereinrichtung den Fahrzustand des Fahrzeugs überwachen und gegebenenfalls kritische Fahrsituationen wie ein Schlingern, ein Blockieren der Bremsen, ein unerwünschtes Kippen um eine Radachse oder ähnliches durch Plausibilisieren der Sensormesswerte erkennen. Dies ermöglicht das Einleiten von entsprechenden Gegenmaßnahmen über eine einprogrammierte Ansteuerung der Aktuatorvorrichtung(en).According to a further embodiment of the vehicle, the control device may further comprise an acceleration sensor, a rotation rate sensor, a rotational speed sensor and / or a compression travel sensor. The control device can monitor the driving state of the vehicle via one or more of these sensors and, if necessary, detect critical driving situations such as a roll, a blocking of the brakes, an undesired tilting about a wheel axle or the like by plausibility checking of the sensor measured values. This allows the initiation of appropriate countermeasures via a programmed control of the actuator device (s).
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Aktuieren einer hydraulischen Bremse eines Fahrzeugs kann das Ansteuern der Aktuatorvorrichtung ein Verändern der elektrischen Feldstärke an dem dielektrischen Elastomeraktor durch die Steuereinrichtung umfassen.According to an embodiment of the method for actuating a hydraulic brake of a vehicle, the driving of the actuator device may comprise a change of the electric field strength at the dielectric elastomer actuator by the control device.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen hierbei:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures. It show here:
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und illustrieren beispielhafte Ausführungsvarianten der Erfindung. Sie dienen zur Erläuterung von Prinzipien, Vorteilen, technischen Effekten und Variationsmöglichkeiten. Selbstverständlich sind andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile der Erfindung ebenso denkbar, insbesondere mit Blick auf die im Folgenden dargestellte ausführliche Beschreibung der Erfindung. Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt und aus Gründen der Übersichtlichkeit teils vereinfacht oder schematisiert dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder gleichartige Komponenten oder Elemente.The accompanying drawings are provided for a better understanding of the present invention and illustrate exemplary embodiments of the invention. They serve to explain principles, advantages, technical effects and possible variations. Of course, other embodiments and many of the intended advantages of the invention are also conceivable, particularly with a view to the following detailed description of the invention. The elements in the drawings are not necessarily drawn to scale and for reasons of clarity partly simplified or schematized. The same reference numerals designate the same or similar components or elements.
Obschon hierin spezielle Ausführungsformen beschrieben und dargestellt sind, ist es für einen Fachmann klar, dass eine Fülle weiterer, alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die Ausführungsformen gewählt werden können, ohne im Wesentlichen vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen sollen alle Variationen, Modifikationen und Abwandlungen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele ebenfalls als von der Erfindung abgedeckt gelten.Although specific embodiments are described and illustrated herein, it will be apparent to those skilled in the art that a plethora of other, alternative and / or equivalent implementations may be selected for the embodiments without substantially departing from the spirit of the present invention. In general, all variations, modifications and Variations of the embodiments described herein are also considered to be covered by the invention.
Die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Rads
Gleichzeitig mit der Betätigung der Bremseinrichtung
Die
Der Bremszylinder
Eine Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
Der Elastomerkörper
Ist die dadurch verursachte Bremsverzögerung an dem gebremsten Rad, beispielsweise dem Vorderrad eines Fahrzeugs, zu groß, kann das Hinterrad von der Fahrbahn abheben und es droht ein Überschlag des Fahrzeugs. Wenn eine derartige Situation erkannt wird, beispielsweise durch die Steuereinrichtung
Wenn nun eine kritische Fahrsituation erkannt wird, kann die erste Kolbenplatte
Wenn die kritische Fahrsituation beendet ist, kann die Arretierung der ersten Kolbenplatte
Anders als im Beispiel der
Der Elastomerkörper
Ist die dadurch verursachte Bremsverzögerung an dem gebremsten Rad, beispielsweise dem Vorderrad eines Fahrzeugs, zu groß, kann das Hinterrad von der Fahrbahn abheben und es droht ein Überschlag des Fahrzeugs. Wenn eine derartige Situation erkannt wird, beispielsweise durch die Steuereinrichtung
Wenn nun eine kritische Fahrsituation erkannt wird, kann die Steuereinrichtung
Bei Aufbringung eines Fluiddrucks auf die Hydraulikflüssigkeit H in der ersten Zylinderkammer
Ist die dadurch verursachte Bremsverzögerung an dem gebremsten Rad, beispielsweise dem Vorderrad eines Fahrzeugs, zu groß, kann das Hinterrad von der Fahrbahn abheben und es droht ein Überschlag des Fahrzeugs. Wenn eine derartige Situation erkannt wird, beispielsweise durch die Steuereinrichtung
Wenn nun eine kritische Fahrsituation erkannt wird, kann zunächst die Kolbenplatte
Wenn die kritische Fahrsituation beendet ist, kann die Arretierung der ersten Kolbenplatte
Mit den Aktuatorvorrichtungen
Das Fahrzeug
Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung
Beispielsweise kann mit Hilfe eines Drehratensensors oder eines Drehzahlsensors erkannt werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit eines überwachten Rades
Ein Beschleunigungssensor kann zur Detektion einer Beschleunigung des Fahrzeugs
Über die von den Sensoren bereitgestellten Positions-, Lage- und/oder Bewegungsparameter kann die Steuereinrichtung
In einem ersten Schritt M1 erfolgt ein Ermitteln eines eingeleiteten Bremsvorgangs mit der Bremse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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