DE102017219964A1 - Electrohydraulic actuator and method for operating an electrohydraulic actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Aktuator (1) für eine Bremsanlage, umfassend einen Elektromotor (2) mit einem Rotor und einem Stator, einen Zylinder (3), in dem ein Druckkolben (4) verschoben wird, wobei der Druckkolben (4) über ein Getriebe (7) mit dem Rotor des Elektromotors (2) gekoppelt ist, mit einem ersten hydraulischen Druckraum (5), der durch eine erste Wirkfläche des Druckkolbens (4) begrenzt wird, und einem auf der dem ersten Druckraum (5) entgegengesetzten Seite des Druckkolbens (4) angeordneten zweiten hydraulischen Druckraum (6), welcher durch eine zweite Wirkfläche des Druckkolbens (4) begrenzt wird, wobei die zweite Wirkfläche des Druckkolbens (4) kleiner ist als die erste Wirkfläche des Druckkolbens (4), wobei das Getriebe (7) derart beschaffen ist, dass eine Drehbewegung des Rotors in einem gleichbleibenden Drehsinn in wiederholte Vorwärts- und Rückwärts-Translationsbewegungen des Druckkolbens (4) umgewandelt wird. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Betreiben einer elektrohydraulischen Bremsanlage mit einem elektrohydraulischen Aktuator. The invention relates to an electrohydraulic actuator (1) for a brake system, comprising an electric motor (2) with a rotor and a stator, a cylinder (3) in which a pressure piston (4) is displaced, wherein the pressure piston (4) via a Transmission (7) is coupled to the rotor of the electric motor (2), with a first hydraulic pressure chamber (5) which is delimited by a first active surface of the pressure piston (4), and one on the first pressure chamber (5) opposite side of the Pressure piston (4) arranged second hydraulic pressure chamber (6), which is bounded by a second active surface of the pressure piston (4), wherein the second effective surface of the pressure piston (4) is smaller than the first effective area of the pressure piston (4), wherein the transmission ( 7) is such that a rotational movement of the rotor is converted in a constant sense of rotation in repeated forward and backward translation movements of the pressure piston (4). The invention also relates to methods for operating an electro-hydraulic brake system with an electro-hydraulic actuator.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Aktuator für eine Bremsanlage, umfassend einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, einen Zylinder, in dem ein Druckkolben verschoben wird, wobei der Druckkolben über ein Getriebe mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelt ist, mit einem ersten hydraulischen Druckraum, der durch eine erste Wirkfläche des Druckkolbens begrenzt wird, und einem auf der dem ersten Druckraum entgegengesetzten Seite des Druckkolbens angeordneten zweiten hydraulischen Druckraum, welcher durch eine zweite Wirkfläche des Druckkolbens begrenzt wird, wobei die zweite Wirkfläche des Druckkolbens kleiner ist als die erste Wirkfläche des Druckkolbens. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrohydraulischen Bremsanlage mit einem elektrohydraulischen Aktuator und mindestens einer Radbremse.The invention relates to an electrohydraulic actuator for a brake system, comprising an electric motor with a rotor and a stator, a cylinder in which a pressure piston is displaced, wherein the pressure piston is coupled via a gear to the rotor of the electric motor, with a first hydraulic pressure chamber, which is delimited by a first effective area of the pressure piston, and a second hydraulic pressure chamber arranged on the side of the pressure piston opposite the first pressure space, which is delimited by a second effective area of the pressure piston, the second effective area of the pressure piston being smaller than the first effective area of the pressure piston , The invention also relates to a method for operating an electro-hydraulic brake system with an electro-hydraulic actuator and at least one wheel brake.
Aus der
Eine solche Druckbereitstellungseinrichtung hat den Nachteil, dass ein Umschalten von einem Vorwärtshub des Kolbens zu einem Rückwärtshub des Kolbens eine gewisse Stellzeit in Anspruch nimmt, da die Drehrichtung des Motors geändert werden muss. Zudem ist nur eine Betriebsrichtung möglich, wenn der Kolben sich an einem Ende seines Verschiebeweges befindet.Such a pressure-providing device has the disadvantage that a switching from a forward stroke of the piston to a backward stroke of the piston takes a certain amount of positioning time, since the direction of rotation of the motor must be changed. In addition, only one operating direction is possible if the piston is located at one end of its displacement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen elektrohydraulischen Aktuator zur Verwendung in einer Bremsanlage anzugeben, welcher eine bessere Verfügbarkeit aufweist sowie eine schnellere Stellbarkeit.Object of the present invention is therefore to provide an electro-hydraulic actuator for use in a brake system, which has a better availability and faster positioning.
Erfindungsgemäß ist das Getriebe des Aktuators derart ausgebildet, dass eine Drehbewegung des Rotors in einem gleichbleibenden Drehsinn in wiederholte Vorwärts- und Rückwärts-Translationsbewegungen des Druckkolbens umgewandelt wird. Dies hat den Vorteil, dass kontinuierlich Druck bereitgestellt werden kann. Unterbrechungen der Druckbereitstellung zum Nachsaugen von Druckmittel oder zur Drehrichtungsumkehr des Elektromotors sind nicht erforderlich. Dabei ist eine solche Vorrichtung außerdem besonders günstig herstellbar.According to the invention, the gear of the actuator is designed such that a rotational movement of the rotor is converted in a constant sense of rotation in repeated forward and reverse translation movements of the pressure piston. This has the advantage that continuous pressure can be provided. Interruptions of the pressure supply for sucking in pressure medium or to reverse the direction of rotation of the electric motor are not required. In addition, such a device is also particularly inexpensive to produce.
Es wird also der Vorwärts- sowie der Rückwärtshub des Druckkolbens für die Druckstellung verwendet. Ein Elektromotor kann dabei in einer Richtung durchlaufen und daher besonders einfach ausgeführt sein.Thus, the forward and the return stroke of the pressure piston is used for the printing position. An electric motor can pass through in one direction and therefore be particularly simple.
Bevorzugt erfolgt die Kraftübertragung zwischen dem Getriebe und dem Druckkolben über eine Druckstange, welche in den zweiten Druckraum eintaucht und mit dem Druckkolben verbunden ist. Die wirksame Fläche des Kolbens ist bei einem Druckaufbau in dem zweiten Druckraum durch die Querschnittsfläche der Druckstange vermindert. Dadurch ist die zweite Wirkfläche kleiner als die erste Wirkfläche.Preferably, the power transmission between the transmission and the pressure piston via a push rod, which is immersed in the second pressure chamber and connected to the pressure piston. The effective area of the piston is reduced at a pressure build-up in the second pressure chamber by the cross-sectional area of the push rod. As a result, the second effective area is smaller than the first effective area.
Die Druckstange wird durch den zweiten Druckraum geführt und ist auf der dem zweiten Druckraum zugewandten Seite des Kolbens befestigt. Hierdurch wird die Verminderung der zweiten Wirkfläche (die wirksame Fläche des Druckkolbens bei einem Druckaufbau in dem zweiten Druckraum) bewirkt.The push rod is guided through the second pressure chamber and is fastened on the side of the piston facing the second pressure chamber. As a result, the reduction of the second effective area (the effective area of the pressure piston at a pressure build-up in the second pressure chamber) is effected.
Vorteilhafterweise umfasst der Aktuator einen Wegsensor, welcher dazu ausgebildet ist, einen Translationsweg des Druckkolbens zu erfassen. Der Wegsensor ist bevorzugt an der Druckstange angeordnet. Der Wegsensor erlaubt es, eine Volumenbilanzierung durchzuführen, da die Bewegungen des Druckkolbens verfolgt werden und daher das verschobene Volumen berechnet werden kann. Eine Volumenbilanzierung ermöglicht eine besonders genaue Druckstellung.Advantageously, the actuator comprises a displacement sensor, which is designed to detect a translation path of the pressure piston. The displacement sensor is preferably arranged on the pressure rod. The displacement sensor makes it possible to carry out volume balancing, since the movements of the pressure piston are tracked and therefore the displaced volume can be calculated. A volume balance enables a particularly accurate print position.
Bevorzugt umfasst das Getriebe einen Pleuel, mittels dessen die Drehbewegung des Rotors in dem gleichbleibenden Drehsinn in Vorwärts- und Rückwärts-Translationsbewegungen des Druckkolbens umgewandelt wird. Durch die Verwendung eines Pleuels lässt sich auf besonders einfache Weise die Übersetzung einer Umdrehung des Motors in einen Translationsweg gewünschter Länge baulich umsetzen.Preferably, the transmission comprises a connecting rod, by means of which the rotational movement of the rotor is converted in the constant direction of rotation in forward and reverse translation movements of the pressure piston. By using a connecting rod, the translation of one revolution of the motor into a translational path of the desired length can be implemented structurally in a particularly simple manner.
Alternativ umfasst das Getriebe bevorzugt einen Exzenter, mittels dessen die Drehbewegung des Rotors in dem gleichbleibenden Drehsinn in Vorwärts- und Rückwärts-Translationsbewegungen des Druckkolbens umgewandelt wird. Exzenter sind eine erprobte Technologie. Ein solches Getriebe ist außerdem besonders platzsparend.Alternatively, the transmission preferably comprises an eccentric, by means of which the rotational movement of the rotor is converted in the constant direction of rotation into forward and backward translational movements of the pressure piston. Eccentrics are a proven technology. Such a transmission is also particularly space-saving.
Alternativ umfasst das Getriebe bevorzugt einen Kipphebel, mittels dessen die Drehbewegung des Rotors in dem gleichbleibenden Drehsinn in Vorwärts- und Rückwärts-Translationsbewegungen des Druckkolbens umgewandelt wird.Alternatively, the gearbox preferably comprises a rocker arm, by means of which the rotational movement of the rotor is converted in the constant direction of rotation into forward and backward translational movements of the pressure piston.
Bevorzugt ist ein erstes Rückschlagventil zwischen den ersten Druckraum und den zweiten Druckraum geschaltet. Wenn der Druck in dem ersten Druckraum größer ist als der Druck in dem zweiten Druckraum, so öffnet das erste Rückschlagventil und verbindet die Druckräume hydraulisch.Preferably, a first check valve is connected between the first pressure chamber and the second pressure chamber. When the pressure in the first pressure space is greater than the pressure in the second pressure space Pressure chamber, so opens the first check valve and connects the pressure chambers hydraulically.
Besonders bevorzugt ist das erste Rückschlagventil in einer Bohrung des Druckkolbens angeordnet. Diese Ausführung ist besonders platzsparend und führt zu besonders kurzen Leitungswegen.Particularly preferably, the first check valve is arranged in a bore of the pressure piston. This design is particularly space-saving and leads to particularly short cable paths.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrohydraulischen Bremsanlage mit einem elektrohydraulischen Aktuator und mindestens einer Radbremse, bei dem zum Aufbau von Druck in der Radbremse mittels des Aktuators der Elektromotor mit einem gleichbleibenden Drehsinn des Rotors betrieben wird. Bevorzugt ist der erste Druckraum über ein erstes, elektrisch betätigbares Ventil mit einer ersten Bremsleitung verbunden. Der zweite Druckraum ist über ein zweites, elektrisch betätigbares Ventil mit einer zweiten Bremsleitung verbunden und die erste Bremsleitung ist über ein drittes, elektrisch betätigbares Ventil mit der zweiten Bremsleitung verbunden. Mindestens eine Radbremse ist mit der ersten Bremsleitung hydraulisch verbunden. Auf diese Weise können die Druckräume jeweils mit der ersten bzw. zweiten Bremsleitung, sowie miteinander verbunden werden, indem die Ventile geeignet geschaltet werden. Es kann ein Druck in der Radbremse mittels des ersten oder des zweiten Druckraums über die erste Bremsleitung bereitgestellt werden.The invention also relates to a method for operating an electrohydraulic brake system having an electrohydraulic actuator and at least one wheel brake, in which the electric motor is operated with a constant sense of rotation of the rotor in order to build up pressure in the wheel brake by means of the actuator. Preferably, the first pressure chamber is connected via a first, electrically operable valve with a first brake line. The second pressure chamber is connected via a second, electrically operable valve with a second brake line and the first brake line is connected via a third, electrically operable valve with the second brake line. At least one wheel brake is hydraulically connected to the first brake line. In this way, the pressure chambers can each be connected to the first and second brake line, as well as each other by the valves are switched appropriately. A pressure in the wheel brake can be provided by means of the first or the second pressure chamber via the first brake line.
Besonders bevorzugt ist das erste Ventil stromlos geschlossen ausgeführt. Vorzugsweise ist das zweite Ventil stromlos geschlossen ausgeführt. Vorzugsweise ist das dritte Ventil stromlos geschlossen ausgeführt. Auf diese Weise ist im Falle, dass eine Stromversorgung der Bremsanlage ausfällt, der Aktuator von den Bremsleitungen und somit von den Radbremsen getrennt.Particularly preferably, the first valve is designed to be normally closed. Preferably, the second valve is designed to be de-energized closed. Preferably, the third valve is executed normally closed. In this way, in the event that a power supply of the brake system fails, the actuator of the brake lines and thus separated from the wheel brakes.
Über die erste und/oder zweite Bremsleitung kann wahlweise der erste Druckraum oder der zweite Druckraum mit einer oder mehreren Radbremsen hydraulisch leitend verbunden werden. Der erste und/oder zweite Druckraum können auch jeweils mit einem Druckmittelbehälter so verbunden werden, dass Druckmittel in den Druckmittelbehälter abgeleitet wird.Optionally, the first pressure chamber or the second pressure chamber can be hydraulically connected to one or more wheel brakes via the first and / or second brake line. The first and / or second pressure chamber can also be connected in each case with a pressure medium container so that pressure medium is discharged into the pressure medium container.
Vorteilhafterweise ist der erste Druckraum über ein zweites Rückschlagventil mit einem Druckmittelbehälter verbunden und der zweite Druckraum über ein drittes Rückschlagventil mit dem Druckmittelbehälter verbunden. Die Rückschlagventile sind dabei so ausgeführt, dass bei einem Unterdruck in dem jeweiligen Druckraum Bremsmittel aus dem Druckmittelbehälter nachgesaugt wird, während die Rückschlagventile jeweils bei aufgebautem Druck in dem jeweiligen Druckraum schließen und so ein Rückströmen von Druckmittel durch das jeweilige Rückschlagventil in den Druckmittelbehälter verhindern. Über das zweite und dritte Rückschlagventil wird jeweils Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter nachgesaugt.Advantageously, the first pressure chamber is connected via a second check valve with a pressure medium container and the second pressure chamber connected via a third check valve with the pressure medium container. The check valves are designed so that at a negative pressure in the respective pressure chamber brake fluid is sucked from the pressure fluid tank, while the check valves close each with built-up pressure in the respective pressure chamber and thus prevent backflow of pressure fluid through the respective check valve in the pressure fluid reservoir. In each case pressure medium is sucked out of the pressure medium container via the second and third check valves.
Bevorzugt wird Druck in der mindestens einen Radbremse wahlweise mittels des ersten Druckraums oder mittels des zweiten Druckraums eingestellt. Vorteilhafterweise wird für einen Bremsvorgang zu jedem Zeitpunkt durch ein Steuergerät ein Druckraum gewählt, über den Druck bereitgestellt werden soll.Preferably, pressure in the at least one wheel brake is optionally set by means of the first pressure chamber or by means of the second pressure chamber. Advantageously, a pressure chamber is selected for a braking operation at any time by a control unit, to be provided via the pressure.
Vorteilhafterweise werden das erste, zweite und dritte Ventil so geschaltet, dass der gewählte Druckraum mit der Radbremse hydraulisch verbunden ist, so dass Druck in der Radbremse durch den gewählten Druckraum bereitgestellt wird. Druck, der während der Gegenbewegung im jeweils anderen Druckraum aufgebaut wird, kann in den Druckmittelbehälter abgeleitet werden.Advantageously, the first, second and third valves are switched so that the selected pressure chamber is hydraulically connected to the wheel brake, so that pressure in the wheel brake is provided by the selected pressure chamber. Pressure that is built up during the countermovement in the other pressure chamber, can be derived in the pressure fluid reservoir.
Vorteilhafterweise wird die Bremsanlage im sogenannten „by-wire“ Betrieb betrieben. Ein durch den Fahrer oder ein Assistenzsystem angeforderte Bremsdruck wird dabei durch den elektrohydraulischen Aktuator bereitgestellt.Advantageously, the brake system is operated in so-called "by-wire" mode. A requested by the driver or an assistance system brake pressure is provided by the electro-hydraulic actuator.
Bevorzugt wird eine Bremsdruckanforderung, welche durch den Aktuator bereitgestellt werden soll, in eine von mindestens zwei Kategorien klassifiziert. Druck in der mindestens einen Radbremse für Bremsdruckanforderungen der ersten Kategorie wird mittels des ersten Druckraums bereitgestellt und Druck für Bremsdruckanforderungen der zweiten Kategorie wird mittels des zweiten Druckraums bereitgestellt.Preferably, a brake pressure request to be provided by the actuator is classified into one of at least two categories. Pressure in the at least one wheel brake for brake requirements of the first category is provided by means of the first pressure space and pressure for brake pressure requirements of the second category is provided by means of the second pressure space.
Besonders bevorzugt werden Bremsdruckanforderungen in die erste Kategorie klassifiziert, wenn die Anforderung für das Bremsmittelvolumen einen ersten Schwellenwert überschreitet oder eine Druckanforderung einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.Particularly preferably, brake pressure requirements are classified in the first category when the request for the brake fluid volume exceeds a first threshold value or a pressure requirement falls below a second threshold value.
Besonders bevorzugt werden Bremsdruckanforderungen in die zweite Kategorie klassifiziert, wenn der angeforderte Bremssystemdrucks in der mindestens einen Radbremse besonders hoch ist und nur ein geringes Volumen benötigt wird.Brake pressure requirements are particularly preferably classified in the second category if the requested braking system pressure in the at least one wheel brake is particularly high and only a small volume is required.
Besonders bevorzugt werden Bremsdruckanforderungen in die zweite Kategorie klassifiziert, wenn eine Druckanforderung einen zweiten Schwellenwert überschreitet. Dieses Vorgehen findet Anwendung beispielsweise bei sog. Bremsen-Fading.Particularly preferably, brake pressure requirements are classified into the second category when a pressure request exceeds a second threshold. This procedure is used, for example, in so-called brake fading.
Vorteilhafterweise wird der Schwellenwert der Druckanforderung auf ca. 50-60% des Maximaldruckes des Aktuators ausgelegt. Dies hat den Vorteil, dass ohne Umschaltvorgänge Bremsungen bis zu einer Verzögerung von 1g mit einer guten Dynamik stellbar sind. Der Maximaldruck liegt vorzugsweise im Bereich 200-220 bar.Advantageously, the threshold value of the pressure requirement is designed to be approximately 50-60% of the maximum pressure of the actuator. This has the Advantage that without switching operations braking up to a delay of 1g with good dynamics are adjustable. The maximum pressure is preferably in the range 200-220 bar.
Bevorzugt beträgt der zweite Schwellenwert etwa 120 bar.Preferably, the second threshold is about 120 bar.
Drücke unterhalb des zweiten Schwellenwerts lassen sich also sehr dynamisch mittels des ersten Druckraums anfahren, darüber hinaus wird die Druckbereitstellung umgeschaltet und Druck mittels des zweiten Druckraums bereitgestellt.Pressures below the second threshold value can thus be approached very dynamically by means of the first pressure chamber, moreover the pressure supply is switched over and pressure is provided by means of the second pressure chamber.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators, -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators mit einem Getriebe mit einem Pleuel, -
4 eine beispielsgemäße Ventilschaltung zur Anbindung eines Aktuators an Bremsleitungen.
-
1 A first embodiment of an actuator according to the invention, -
2 A second embodiment of an actuator according to the invention, -
3 An embodiment of an actuator according to the invention with a transmission with a connecting rod, -
4 an exemplary valve circuit for connecting an actuator to brake lines.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche Teile.Like reference numerals designate like parts throughout the figures.
Der Aktuator
Der Druckkolben
Die Druckstange
Bei einer Schubbewegung der Druckstange
Die erste Wirkfläche
Bei gleichbleibendem Motormoment beziehungsweise gleichförmigen Drehen des Rotors in eine gleichbleibende Richtung wird bei jeder Schubbewegung der Druckstange
Vorteilhafterweise umfasst der Aktuator
Dieser Aufbau ermöglicht eine besonders einfache Ausführung, bei der Druckmittel in den zweiten Druckraum
Der erste Druckraum
Bevorzugt ist der erste Druckraum über ein viertes Rückschlagventil mit einer Bremsleitung des Bremssystems verbunden und der zweite Druckraum ist über ein fünftes Rückschlagventil mit mindestens einer Bremsleitung verbunden. Über die Bremsleitung kann ein Druck in mindestens einer Radbremse
Bevorzugt ist das erste Rückschlagventil
Ein Pleuel
Der erste Druckraum
Über die Ventile
Die zweite Bremsleitung
Außerdem ist der erste Druckraum
Durch Schaltung der Ventile
Weitere vorteilhafte Ventilanordnungen und Verbindungen des Aktuators mit den Radbremsen können der
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