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Die Erfindung betrifft eine Feststellbremsenvorrichtung für ein Fahrzeug, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Feststellbremsenvorrichtung, und ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebssystem.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Feststell- bzw. Parkbremsenvorrichtungen zum Einsatz in Fahrzeugen bekannt, die verwendet werden, um das Fahrzeug im Stillstand gegen ein unerwünschtes Wegrollen zu sichern.
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Die
DE 10 2011 004 772 A1 offenbart eine Feststellbremsenvorrichtung, bei der eine Klemmkraft über eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, wobei eine vom elektrischen Bremsmotor hervorgerufene Bremsarbeit solange erzeugt wird, bis die erzeugte mechanische Bremsarbeit einen Schwellenwert erreicht.
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Allgemein können herkömmliche Feststellbremssysteme im Bereich des hochautomatisierten Parkens Fehlfunktionen etwa durch den Ausfall des ESP-Steuergeräts oder bei Ausfall des Bordnetzes aufweisen, da Fehlfunktionen selbst bei einer einfachen redundanten Auslegung eines Bremssystems, zum Beispiel mittels einer herkömmlichen MoC-APB-Bremse („Motor on Caliperautomated parking brake“) als Rückfallebene zu einer hydraulischen Betriebsbremse, unvermeidbar sind.
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Beim hochautomatisiertem Parken kann der Fahrer beispielsweise das Fahrzeug über eine im Fahrzeugschlüssel integrierte Fernsteuerung ferngesteuert in eine enge Parklücke oder Garage vorwärts oder rückwärts ein- bzw. ausparken. Da sich der Fahrer dabei nicht mehr im Fahrzeug befindet und deshalb als Rückfallebene nicht mehr zur Verfügung steht, ist es somit notwendig, eine hohe Ausfallsicherheit des Bremssystems bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Feststellbremsenvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Feststellbremsenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, und ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, im Antriebsstrang eines Fahrzeuges eine Feststellbremsenvorrichtung mit einer selbsthemmender Getriebestufe zu verwenden, so dass das Fahrzeug bei aktivierter Feststellbremsenvorrichtung gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen selbsttätig gesichert ist, wenn die Antriebsräder nicht von der Antriebseinheit, d.h. einem Motor, angetrieben werden.
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Die selbsthemmende Getriebestufe zeichnet sich dadurch aus, dass eine Übertragung eines Drehmoments nur in einer Drehmomentübertragungsrichtung möglich ist, nämlich vom Motor zu den Antriebsrädern. In der entgegengesetzten Drehmomentübertragungsrichtung, von den Antriebsrädern zum Motor, wird durch die konstruktive Auslegung der Getriebestufe eine Übertragung einer Drehmoments unterbunden.
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Die Feststellbremsenvorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung umfasst eine selbsthemmende Getriebestufe, wobei die Feststellbremsenvorrichtung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit und wenigstens zwei über ein Achsgetriebe antreibbaren Antriebsrädern angeordnet ist, wobei die Feststellbremsenvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit erzeugtes Drehmoment aufzunehmen und über die selbsthemmende Getriebestufe an das Achsgetriebe zum Antreiben der Antriebsräder in einer ersten Drehmomentübertragungsrichtung zu übertragen, wobei die Feststellbremsenvorrichtung weiterhin ausgebildet ist, über die selbsthemmende Getriebestufe eine Übertragung eines Drehmoments ausgehend von den Antriebsrädern in einer zur ersten Drehmomentübertragungsrichtung entgegengesetzten zweiten Drehmomentübertragungsrichtung selbsttätig zu hemmen, so dass die Antriebsräder in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung blockiert sind.
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Dabei ist von Vorteil, dass eine Bremswirkung auch im Fehlerfall des Bremssystems gegeben ist, z.B. bei Ausfall des Bremsensteuergeräts bzw. des ESP-Steuergerät, bei Ausfall der Stromversorgung, des Bordnetzes, des Steuergeräts der Antriebseinheit oder bei Ausfall sonstiger Elektronik.
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Weiter ist von Vorteil, dass eine sofortige Bremswirkung eintritt, d.h. es ist kein Anlegen von Bremsbacken an eine Bremsscheibe notwendig, es muss kein Leerweg/Lüftspiel überwunden werden, wie es bei herkömmlichen Bremssystemen notwendig ist, z.B. beim MoC-APB.
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Außerdem ist von Vorteil, dass eine Bremswirkung/Sperrwirkung rein mechanisch erfolgt, d.h. es ist kein Steuergerät, Bordnetz oder Ähnliches notwendig, wodurch Fehlermöglichkeiten reduziert werden.
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Weiter ist vorteilhaft, dass eine Redundanz im Notbremssystem nicht notwendig ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass keine zusätzlichen Komponenten notwendig sind, wie z.B. eine Parkbremse in Form einer MoC-APB, oder ein Steuergerät dafür.
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Das Fahrzeug ist dauerhaft gegen Wegrollen gesichert, unabhängig von einer Steigung/ einem Gefälle.
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Außerdem gibt es keine Abhängigkeit von der Temperatur einer Bremsscheibe, wodurch ein Nachspannen der Bremse entfällt.
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Desweiteren ist vorteilhafterweise keine Sperrklinke für eine Feststellbremsenfunktionalität mehr notwendig, und es wird ein geräuscharmer Antrieb ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die selbthemmende Getriebestufe ein Schneckenrad, das mit der Antriebseinheit in Verbindung steht und mit dem von der Antriebseinheit erzeugten Drehmoment in der ersten Drehmomentübertragungsrichtung antreibbar ist, ein mit dem Schneckenrad über eine Verzahnung in Eingriff stehendes Stirnrad, ein mit dem Stirnrad auf einer gemeinsamen Drehachse fest verbundenes erstes Kegelrad, ein mit dem ersten Kegelrad über eine Verzahnung in Eingriff stehendes zweites Kegelrad, das über das Achsgetriebe mit den Antriebsrädern in Verbindung steht, wobei eine Drehmomentübertragung in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung von den Antriebsrädern über das Achsgetriebe auf das zweite Kegelrad, das erste Kegelrad, das Stirnrad und das Schneckenrad durch eine Selbsthemmung des Schneckenrads am ersten Kegelrad gehemmt ist, wodurch die Antriebsräder blockiert sind. Dabei ist von Vorteil, dass eine Selbsthemmung der Feststellbremsenvorrichtung, d.h. ein Blockieren einer Drehmomentübertragung in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung von den Antriebsrädern zum Motor durch einen rein mechanischen Aufbau erzielt wird. Mit anderen Worten, elektrische, elektronische und/oder hydraulische Bauteile werden nicht benötigt, wodurch eine Ausfallsicherheit der Feststellbremsenvorrichtung erhöht ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Feststellbremsenvorrichtung baulich eine Einheit mit einem Achsgetriebe des Fahrzeuges . Dadurch kann die Anzahl an Komponenten für ein Fahrzeug reduziert werden, so dass Herstellungskosten und Montagezeiten gesenkt werden.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Feststellbremsenvorrichtung und ein Wechselgetriebe der Antriebseinheit des Fahrzeugs baulich als eine Einheit ausgebildet. Dies bietet den Vorteil einer Reduzierung der Anzahl von Komponenten für ein Fahrzeug, so dass auch in diesem Fall Herstellungskosten und Montagezeiten gesenkt werden.
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Vorzugsweise ist die selbsthemmende Getriebestufe der Feststellbremsenvorrichtung als eine zusätzliche Fahrstufe eines Wechselgetriebes ausgebildet oder ersetzt eine Fahrstufe des Wechselgetriebes. Dadurch ist ein kompakterer Aufbau der Einheit aus Wechselgetriebe und Feststellbremsenvorrichtung möglich, was wiederum Komponentenanzahl, Herstellungskosten und Montagezeiten reduziert.
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Weiterhin vorzugsweise umfasst die Feststellbremsenvorrichtung eine Durchtriebstufe, welche dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment sowohl in der ersten Drehmomentübertragungsrichtung als auch in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung zu übertragen. Dabei ist von Vorteil, dass die Antriebseinheit bzw. der Motor vom Antriebsstrang während der Fahrt entkoppelt werden kann, so dass eine Drehmomentübertragung mit der Duchtriebstufe während des Fahrens sowohl in der ersten Drehmomentübertragungsrichtung als auch in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung möglich ist (sogenanntes „Segeln“).
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Durchtriebstufe der Feststellbremsenvorrichtung dazu ausgebildet, eine Fahrstufe des Wechselgetriebes zu bilden. Dabei ist von Vorteil, dass Feststellbremsenvorrichtung und Wechselgetriebe in besonders kompakter Bauweise ausgebildet werden können.
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Die oben beschriebenen Vorteile werden auch durch ein korrespondierenden Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer solchen Feststellbremsenvorrichtung bereitgestellt, wobei die Antriebseinheit wenigstens einen Elektromotor und/oder wenigstens einen Verbrennungsmotor umfasst.
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Desweiteren schafft auch ein entsprechendes Fahrzeug mit einem solchen Antriebssystem die oben beschriebenen Vorteile.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Feststellbremsenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang;
- 2 eine schematische Detail-Darstellung einer Seitenansicht einer Feststellbremsenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Detail-Darstellung einer Vorderansicht der Feststellbremsenvorrichtung aus 2, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Feststellbremsenvorrichtung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang in baulicher Einheit mit einem Achsgetriebe des Fahrzeugs, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer Feststellbremsenvorrichtung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang in baulicher Einheit mit einem Wechselgetriebe des Fahrzeugs, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung einer Feststellbremsenvorrichtung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang mit einer zusätzlichen Durchtriebstufe der Feststellbremsenvorrichtung, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 7 eine schematische Darstellung einer Feststellbremsenvorrichtung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang, wobei das Wechselgetriebe dem Motor nachgeschaltet und und vor der Feststellbremsenvorrichtung angeordnet ist, gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt einen Antriebsstrang 5 eines (hier nicht dargestellten) Fahrzeuges, wobei der Antriebsstrang 5 gebildet wird aus: einer Antriebseinheit 10 mit einem Motor M und einer Welle 15; einer mit der Welle 15 gekoppelten Feststellbremsenvorrichtung 20 mit einer selbsthemmenden Getriebestufe SG gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist; einer weiteren Welle 25, die mit einem Achsgetriebe D gekoppelt ist; und zwei mit dem Achsgetriebe D gekoppelte Antriebswellen 30, 30, welche jeweils Antriebsräder 35, 35 antreiben. In der 1 ist der Motor M ein Elektromotor, beispielsweise eines durch einen Fahrer steuerbaren Elektrofahrzeugs oder auch eines autonom fahrenden Elektrofahrzeugs (wie zum Beispiel ein sogenannter „Robo-Shuttle“ für einen Betrieb in besonders ausgewiesenen Bereichen).
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In 1 überträgt die Welle 15 das Drehmoment auf die Feststellbremsenvorrichtung 20, die auch als Getriebe mit der Funktion einer Feststellbremsenvorrichtung bezeichnet werden könnte.
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Wie detailliert in Bezug auf 2 und 3 erläutert wird, umfasst die Feststellbremsenvorrichtung 20 die selbsthemmende Getriebestufe SG. Sofern das von der Antriebseinheit 10 bzw. dem Motor M erzeugte Drehmoment in einer ersten Drehmomentübertragungsrichtung von der Antriebseinheit 10 ausgehend zu den Antriebsrädern 35, 35 verläuft, wird das erzeugte Drehmoment über die selbsthemmende Getriebestufe SG auf das Achsgetriebe D übertragen, und vom Achsgetriebe D in bekannter Weise über die Antriebswellen 30, 30 auf die Antriebsräder 35, 35.
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Bei abgestelltem Fahrzeug, beispielsweise wenn es geparkt ist, könnte nun - an einer Steigung bzw. einem Gefälle - eine Hangabtriebskraft auf das Fahrzeug wirken, welche das Fahrzeug dazu bringen würde, von alleine in ungewollter Weise wegzurollen. D.h. die Antriebsräder 35, 35 erzeugen ein Drehmoment in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung in Richtung zur Feststellbremsenvorrichtung 20 bzw. in Richtung auf den Motor M. Aufgrund der selbsthemmenden Eigenschaft der selbsthemmenden Getriebestufe SG wird die Übertragung eines Drehmoments in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung aber automatisch von der Feststellbremsenvorrichtung 20 unterbunden, so dass die Antriebsräder 35, 35 gegen ein ungewolltes Wegrollen gesichert sind.
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Mit Bezug auf 2 und 3 soll nun der prinzipielle Aufbau der selbsthemmenden Getriebestufe SG erläutert werden.
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In 2 umfasst die im Gehäuse 22 untergebrachte selbsthemmende Getriebestufe SG ein Schneckenrad 40, das mit der Welle 15 gekoppelt ist und somit vom Motor M antreibbar ist. Das Schneckenrad 40 steht über eine Verzahnung in Eingriff mit einem Stirnrad 50. Wie in 3 zu erkennen ist, ist das Stirnrad 50 fest über eine Welle 60 mit einem ersten Kegelrad 70 gekoppelt. 3 zeigt hierbei eine Ansicht der selbsthemmenden Getriebestufe SG in Richtung des Pfeiles P in 2 in Richtung des Antriebsstrangs ausgehend vom Motor M hin zum Achsgetriebe D, d.h. die Ansicht in 2 ist um 90 Grad zum Betrachter hin gedreht.
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Das erste Kegelrad 70 steht wiederum über eine Verzahnung in Eingriff mit einem zweiten Kegelrad 80, so dass die Übertragung eines Drehmoments wieder parallel zur Welle 15 verläuft. In 2 ist das zweite Kegelrad 80 über eine Welle 90 fest mit einem Stirnrad 100 verbunden, welches in Eingriff mit einem weiteren Stirnrad 110 steht, an das die Welle 25 gekoppelt ist, welche mit dem Achsgetriebe D zum Antreiben der Antriebsräder (hier nicht dargestellt) gekoppelt ist. Im vorliegenden Beispiel wird durch die Stirnräder 100, 110 die Welle 25 auf die gleiche Höhe gesetzt wie die Welle 15. Jedoch sind auch andere Konfigurationen von Stirnrädern denkbar.
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Somit ist ersichtlich, dass eine Übertragung eines Drehmoments in der ersten Drehmomentübertragungsrichtung vom Motor M zum Achsgetriebe D (bzw. den Anstriebsrädern), d.h. für eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges, möglich ist. Solange also der Motor M das Schneckenrad 40 antreibt, egal in welche Richtung, leitet die selbsthemmende Getriebestufe das Drehmoment an das Achsgetriebe D bzw. die Antriebsräder weiter.
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Sowie aber ein Drehmoment in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung ausgehend von den Antriebsrädern bzw. dem Achsgetriebe D auf die selbsthemmende Getriebestufe SG wirkt, dann wird die Drehmomentübertragung durch die aus dem Stand der Technik bekannte selbsthemmende Eigenschaft (siehe z.B. : https://www.ahoefler.de/ maschinenbau/ getriebetechnik/ getriebearten/ schneckenrad getriebe/ 179-selbsthemmung.html) des mit dem Stirnrad 50 in Eingriff stehenden Schneckenrads 40 gehemmt, eine Weiterleitung des Drehmoments in Richtung auf den Motor M ist durch die selbsthemmende Getriebestufe verhindert. Somit sind, wie oben bereits erwähnt wurde, die Antriebsräder blockiert und ein unerwünschtes Wegrollen des Fahrzeugs wird unterbunden.
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4 zeigt eine weitere Ausführung der Feststellbremsenvorrichtung 20 in einem Antriebsstrang 5 eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit 10, wobei die Feststellbremsenvorrichtung 20 baulich in kompakter Weise eine Einheit mit dem Achsgetriebe D bildet.
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5 zeigt eine weitere Ausführung der Feststellbremsenvorrichtung 20 in einem Antriebsstrang 5 eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit 10, wobei die selbsthemmende Getriebestufe SG baulich in kompakter Weise eine Einheit mit einem Wechselgetriebe G der Antriebseinheit 10 bildet.
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Bei einer Integration von Wechselgetriebe G und selbsthemmender Getriebestufe SG kann die selbsthemmende Getriebestufe SG zum Beispiel wie eine Getriebestufe eines herkömmlichen Automatikgetriebes eingelegt werden . Das heißt, das neue Getriebe, das durch die Einheit von selbsthemmender Getriebestufe SG und Wechselgetriebe G gebildet wird, enthält einen zusätzlichen Gang, welcher in seiner konstruktiven Umsetzung selbsthemmend ausgeführt ist.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die selbsthemmende Getriebestufe SG eine ähnliche Übersetzung wie die bisherige erste Getriebestufe (1. Gang) des bisherigen Getriebes aufweist und diesen ersetzt. In diesem Fall wäre es von Vorteil, die Steuerung der Antriebseinheit bzw. des Motrors entsprechend anzupassen oder weitere konstruktive Anpassungen vorzunehmen, um das Fahrverhalten dem bisher bekannten Fahrverhalten anzupassen, d.h. da es sonst nicht mehr möglich wäre, das Fahrzeug rollen zu lassen, ohne dabei Gas zu geben.
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In entsprechender Weise ist eine Integration als Rückwärtsgang denkbar, d.h. es wird ein zusätzlicher selbsthemmender Rückwärtsgang vorgesehen. Alternativ ist auch ein Austausch der bestehenden Rückwärtsgetriebestufe (Rückwärtsgang) durch eine selbsthemmende Getriebestufe denkbar.
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6 zeigt eine weitere Ausführung der Feststellbremsenvorrichtung 20 in einem Antriebsstrang 5 eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit 10, wobei anstelle des Wechselgetriebes G eine Durchtriebstufe DS ausgebildet ist, welche eine Drehmomentübertragung sowohl in der ersten Drehmomentübertragungsrichtung (d.h. vom Motor M ausgehend) als auch in der zweiten Drehmomentübertragungsrichtung (d.h. von den Antriebsrädern 35, 35 ausgehend) zuläßt, sofern die Durchtriebstufe DS aktiviert ist. Selbstverständlich ist es auch in diesem Fall möglich, obwohl nicht dargestellt, dass das Achsgetriebe D und die Feststellbremsenvorrichtung 20 mit Durchtriebstufe DS und selbsthemmender Getriebestufe SG baulich eine Einheit bilden.
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7 zeigt eine weitere Ausführung, wobei die Antriebseinheit 10 anstelle eines Elektromotors einen Verbrennungsmotor M mit einem dahinter geschalteten Wechselgetriebe G umfasst. Die Feststellbremsenvorrichtung 20 umfasst - analog zu dem Beispiel in 6 - eine Durchtriebstufe DS und eine selbsthemmende Getriebestufe SG. Hierbei ist es wiederum denkbar (obwohl nicht explizit dargestellt), dass die Feststellbremsenvorrichtung 20 baulich eine Einheit mit dem Achsgetriebe D bildet, ähnlich dem in 4 gezeigten Beispiel. Auch eine Integration des Wechselgetriebes G mit der Feststellbremsenvorrichtung 20 ist denkbar (obwohl nicht explizit dargestellt), ähnlich dem in 5 gezeigten Beispiel.
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Obwohl die selbsthemmende Getriebestufe am Ausführungsbeispiel eines Schneckengetriebes erläutert wurde, sind auch andere Arten von selbsthemmenden Getriebestufen denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004772 A1 [0003]
