DE102019201952A1 - Parking lock - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremseinrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Bremseinrichtung einen feststehenden Teil (54) und einen drehbaren Teil (56) aufweist, zwischen denen ein Spalt (60; 62, 64) verläuft. In diesem befindet sich eine magnetorheologische Flüssigkeit (72). Diese ist permanent einem Magnetfeld (68) ausgesetzt, welches ein Dauermagnet (74, 102) erzeugt. Zu dem Dauermagneten (74, 102) ist eine ansteuerbare Magnetspule (58) magnetisch in Reihe geschaltet. Diese erzeugt in einem angesteuerten Zustand (104) ein das Magnetfeld (68) des Dauermagneten (74, 102) vollständig oder teilweise neutralisierendes Kompensationsmagnetfeld (114).The invention relates to a braking device for a vehicle, the braking device having a fixed part (54) and a rotatable part (56), between which a gap (60; 62, 64) runs. This contains a magnetorheological fluid (72). This is permanently exposed to a magnetic field (68) which is generated by a permanent magnet (74, 102). A controllable magnetic coil (58) is magnetically connected in series with the permanent magnet (74, 102). In an activated state (104), this generates a compensation magnetic field (114) that completely or partially neutralizes the magnetic field (68) of the permanent magnet (74, 102).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Parksperre, die durch eine magnetorheologische Flüssigkeit realisiert ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung einer derartigen Parksperre in einem elektrischen Achsantrieb, insbesondere eines E-Achsen-Moduls, für ein mindestens einen elektrischen Antrieb aufweisendes Fahrzeug.The invention relates to a parking lock that is implemented by a magnetorheological fluid. The invention also relates to the use of such a parking lock in an electric axle drive, in particular an e-axle module, for a vehicle having at least one electric drive.
Stand der TechnikState of the art
Der rheologische Aktuator umfasst mindestens eine feststehende Statorfläche und mindestens eine drehbare Fläche, wobei das rheologische Fluid sich zwischen den beiden Flächen befindet. Der rheologische Aktuator weist einen Permanentmagneten auf, durch den das Fluid in eine Grundviskosität versetzt ist, um eine Fixierung des Gangwahlschalters zu ermöglichen. Der rheologische Aktuator weist ferner einen Elektromagneten zur Kompensation des Magnetfelds eines Permanentmagneten auf.The rheological actuator comprises at least one stationary stator surface and at least one rotatable surface, the rheological fluid being located between the two surfaces. The rheological actuator has a permanent magnet, by means of which the fluid is brought into a basic viscosity in order to enable the gear selector to be fixed. The rheological actuator also has an electromagnet to compensate for the magnetic field of a permanent magnet.
Magnetorheologische Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass diese durch Anlegen eines Magnetfelds ihre Viskosität in weiten Bereichen verändern können, wobei im Extremfall eine Flüssigkeit zwischen einem festen Aggregatzustand und einem flüssigen Aggregatzustand durch die Änderungen des Magnetfelds hin und her geschaltet werden kann. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sich magnetorheologische Flüssigkeiten auch sehr gut für Anwendungen in Kraftfahrzeugen. Sie sind in einem Temperaturbereich, der sich bis zu 140 °C erstreckt, einsetzbar, ferner verlaufen die Schaltvorgänge, d. h. die Aggregatzustandsänderungen bei Änderungen eines Magnetfelds in einem Zeitfenster, welches kleiner 10 ms ist. Des Weiteren sind äußerst geringe Energiemengen zum Schalten der magnetorheologischen Flüssigkeit notwendig, die in der Größenordnung zwischen 2 Watt und 50 Watt liegen.Magnetorheological fluids are characterized by the fact that they can change their viscosity over a wide range by applying a magnetic field, whereby in extreme cases a liquid can be switched back and forth between a solid state of aggregation and a liquid state of aggregation by the changes in the magnetic field. Due to their properties, magnetorheological fluids are also very suitable for applications in motor vehicles. They can be used in a temperature range that extends up to 140 ° C. Furthermore, the switching processes take place, i. H. the changes in the state of aggregation when a magnetic field changes in a time window that is less than 10 ms In addition, extremely small amounts of energy are required for switching the magnetorheological fluid, which are in the order of magnitude between 2 watts and 50 watts.
Bisher wurden magnetorheologische Flüssigkeiten im Serieneinsatz im Automobilbereich im Wesentlichen zur Einstellung einer variablen Dämpfung bei Feder-Masse-Systemen verwendet. Einsatzfelder sind beispielsweise die Fahrersitzfederung und die Motorlagerung. Durch Anlegen eines Magnetfelds kann die erzielbare Dämpfung in weiten Bereichen variiert werden.Up to now, magnetorheological fluids in series use in the automotive sector have essentially been used to set variable damping in spring-mass systems. Areas of application are, for example, driver's seat suspension and engine mountings. The attenuation that can be achieved can be varied over a wide range by applying a magnetic field.
Zukünftig steht zu erwarten, dass vermehrt Fahrzeuge mit elektrischen Achsantrieben vor allem als Batterie-Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommen werden. Bei diesem Fahrzeugtyp wird die Leistungselektronik direkt an beziehungsweise auf der elektrischen Maschine angebracht, da dadurch unter anderem Kabel und Stecker eingespart werden können. Vorzugsweise werden dabei die elektrische Maschine, das Getriebe und die Leistungselektronik zu einer elektrischen Antriebsachse kombiniert. Die elektrische Antriebsachse bildende Antriebseinheit umfasst typischerweise eine klassische Parkbremse, wie sie heute zum Beispiel in im Automobilbereich eingesetzten Stufenautomaten integriert ist. Die Parkbremse verhindert das Wegrollen des Fahrzeugs nach dem Abstellen. Die Parkbremse besitzt typischerweise einen Einrastmechanismus, der von einem Stellmotor beim Abstellen des Fahrzeugs verriegelt wird. Bisher eingesetzte Parkbremssysteme stellen einerseits Zukaufteile dar und benötigen andererseits zusätzlichen Einbauraum sowie eine Anbindung an elektronische Steuergeräte.In the future, it is to be expected that more and more vehicles with electric axle drives will be used, especially as battery electric vehicles. In this type of vehicle, the power electronics are attached directly to or on the electrical machine, as this saves cables and plugs, among other things. The electric machine, the transmission and the power electronics are preferably combined to form an electric drive axle. The drive unit forming the electric drive axle typically includes a classic parking brake, as it is integrated today, for example, in multi-step machines used in the automotive sector. The parking brake prevents the vehicle from rolling away after it has been parked. The parking brake typically has a latching mechanism that is locked by a servomotor when the vehicle is parked. So far The parking brake systems used are on the one hand purchased parts and on the other hand require additional installation space and a connection to electronic control units.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Bremseinrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Bremseinrichtung einen feststehenden Teil und einen drehbaren Teil aufweist, zwischen denen ein Spalt verläuft, in welchem sich ein Vorrat einer magnetorheologischen Flüssigkeit befindet, die permanent einem ein Magnetfeld erzeugenden Dauermagneten ausgesetzt ist. Zu dem Dauermagneten ist eine ansteuerbare Magnetspule magnetisch in Reihe geschaltet, die in einem angesteuerten Zustand ein das Magnetfeld des Dauermagneten neutralisierendes Kompensationsmagnetfeld erzeugt.According to the invention, a braking device for a vehicle is proposed, the braking device having a stationary part and a rotatable part, between which a gap runs in which there is a supply of a magnetorheological fluid that is permanently exposed to a permanent magnet generating a magnetic field. A controllable magnetic coil is magnetically connected in series with the permanent magnet and, in an activated state, generates a compensation magnetic field that neutralizes the magnetic field of the permanent magnet.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus einer Parkbremse beziehungsweise eine einfache Darstellung einer Parkbremsfunktion erreicht werden, die sich einerseits durch geringen Bauraum und andererseits durch ein geringes Eigengewicht auszeichnet.With the solution proposed according to the invention, a considerable simplification of the structure of a parking brake or a simple representation of a parking brake function can be achieved, which is characterized on the one hand by a small installation space and on the other hand by a low dead weight.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, befindet sich im Fahrzustand des Fahrzeugs die ansteuerbare Magnetspule in angesteuertem Zustand und die magnetorheologische Flüssigkeit verbleibt in ihrem Flüssigzustand.Further following the solution proposed according to the invention, when the vehicle is in the driving state, the controllable magnetic coil is in the activated state and the magnetorheological fluid remains in its liquid state.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die ansteuerbare Magnetspule im Parkzustand des Fahrzeugs in den nicht-angesteuerten Zustand versetzt, wodurch sich die magnetorheologische Flüssigkeit in verfestigtem Zustand befindet. Im verfestigten Zustand ist durch die magnetorheologische Flüssigkeit die Bremse dauerhaft gesichert, ein Wegrollen des Fahrzeugs kann allein durch den verfestigten Zustand der magnetorheologischen Flüssigkeit, die in der Bremseinrichtung enthalten ist, verhindert werden.In the solution proposed according to the invention, the controllable magnetic coil is switched to the non-activated state when the vehicle is parked, so that the magnetorheological fluid is in a solidified state. In the solidified state, the brake is permanently secured by the magnetorheological fluid; rolling away of the vehicle can be prevented solely by the solidified state of the magnetorheological fluid contained in the braking device.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung übt im Parkzustand die magnetorheologische Flüssigkeit im Radialspaltteil, sich auf einer Seite einer Bremsscheibe abstützend, eine auf eine Radnabe wirkende laterale Druckkraft aus.In a further development of the solution proposed according to the invention, in the parked state the magnetorheological fluid in the radial gap part, supported on one side of a brake disc, exerts a lateral pressure force acting on a wheel hub.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremseinrichtung derart beschaffen, dass im Parkzustand des Fahrzeugs die magnetorheologische Flüssigkeit im Axialspaltteil, sich auf einer Stirnseite der Bremsscheibe abstützend, eine auf eine Radnabe wirkende radiale Druckkraft ausübt. Dies bedeutet, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Platzierung des Vorrats der magnetorheologischen Flüssigkeit einerseits im Axialspaltteil und andererseits im Radialspaltteil erreicht werden kann.Furthermore, the braking device proposed according to the invention is designed in such a way that when the vehicle is parked, the magnetorheological fluid in the axial gap part, supported on an end face of the brake disc, exerts a radial pressure force acting on a wheel hub. This means that the solution proposed according to the invention enables the supply of magnetorheological fluid to be placed on the one hand in the axial gap part and on the other hand in the radial gap part.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremseinrichtung kann in vorteilhafter Weise Bauraum sparend derart ausgebildet werden, dass die ansteuerbare Magnetspule um den Dauermagneten gewickelt ist.The braking device proposed according to the invention can advantageously be designed to save installation space in such a way that the controllable magnetic coil is wound around the permanent magnet.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kommt darüber hinaus ein Magnetfeldsensor, beispielsweise ein Hallsensor, zum Einsatz, durch den eine Erfassung der Feldwirkung sowohl des Magnetfelds als auch eine Erfassung der Feldwirkung des Kompensationsmagnetfelds zugeordnet ist. Durch den Magnetfeldsensor kann einerseits die Feldwirkung der genannten Magnetfelder erfasst werden, andererseits kann durch den Magnetfeldsensor, der beispielsweise als Hallsensor ausgebildet ist, eine Fehlerdiagnose der Bremseinrichtung vollzogen werden.In the solution proposed according to the invention, a magnetic field sensor, for example a Hall sensor, is also used, through which detection of the field effect of both the magnetic field and detection of the field effect of the compensation magnetic field is assigned. The magnetic field sensor can, on the one hand, detect the field effect of the aforementioned magnetic fields; on the other hand, the magnetic field sensor, which is designed, for example, as a Hall sensor, can be used to diagnose the braking device.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremseinrichtung ist der Vorrat der magnetorheologischen Flüssigkeit in einer ersten Flüssigkeitsposition im Flüssigzustand in Taschen aufgenommen, die zwischen einer Anzahl von Vorsprüngen an einer Innenseite einer Radnabe aufgenommen sind. Andererseits ist der Vorrat der magnetorheologischen Flüssigkeit in einer zweiten Flüssigkeitsposition im verfestigten Zustand so positioniert, dass die magnetorheologische Flüssigkeit im verfestigten Zustand eine laterale Druckkraft auf Vorsprünge der Radnabe ausübt.In a further development of the braking device proposed according to the invention, the supply of magnetorheological fluid is received in a first fluid position in the fluid state in pockets that are received between a number of projections on an inside of a wheel hub. On the other hand, the supply of magnetorheological fluid is positioned in a second fluid position in the solidified state such that the magnetorheological fluid in the solidified state exerts a lateral compressive force on projections of the wheel hub.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremseinrichtung lässt sich bevorzugterweise als Parkbremse in ein E-Achsen-Modul eines mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeugs integrieren. Des Weiteren bezieht sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auf ein Verfahren zum Halten eines Fahrzeugs an einer Steigung mittels einer Bremseinrichtung, wobei das Kompensationsmagnetfeld durch Ansteuerung der ansteuerbaren Magnetspule das Magnetfeld des Dauermagneten nur zum Teil neutralisiert, derart, dass das Fahrzeug an der Steigung in einer stationären Position gehalten wird. Durch diese Betriebsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremseinrichtung kann an einem Fahrzeug eine Hill-Hold-Funktion zur Erleichterung des Anfahrens am Berg implementiert werden.The braking device proposed according to the invention can preferably be integrated as a parking brake in an e-axis module of a vehicle having at least one e-machine. Furthermore, the solution proposed according to the invention relates to a method for holding a vehicle on an incline by means of a braking device, the compensation magnetic field only partially neutralizing the magnetic field of the permanent magnet by activating the controllable magnetic coil, such that the vehicle is stationary on the incline Position is held. With this mode of operation of the braking device proposed according to the invention, a hill-hold function can be implemented on a vehicle to facilitate starting up on a hill.
Darüber hinaus bezieht sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auf die Verwendung der Bremseinrichtung als Parkbremse in einem E-Achsen-Moduls eines mindestens durch eine E-Maschine angetriebenen Fahrzeugs.In addition, the solution proposed according to the invention relates to the use of the braking device as a parking brake in an e-axle module of a vehicle driven by at least one e-machine.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich einerseits durch ein geringes Eigengewicht und andererseits durch einen einfachen Aufbau aus. Es sind keine zusätzlichen Bauteile wie separate Aktuatoren oder Übertragungselemente wie beispielsweise bei herkömmlichen Parksperren eingesetzte Vorspannfedern und Klinkenantriebe sowie Entsperrmagnete erforderlich. Des Weiteren kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung aufgrund ihrer kompakten Bauweise bei der Montage des E-Achsen-Moduls in dieses implementiert werden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann durch den Einsatz der magnetorheologischen Flüssigkeit erreicht werden, dass diese innerhalb von wenigen Millisekunden von ihrem Flüssigzustand in den verfestigten Zustand übergeht. Im flüssigen Zustand der magnetorheologischen Flüssigkeit ist der Reibwiderstand begrenzt, sodass die Reibverluste bei deaktivierter erfindungsgemäßer Bremseinrichtung vernachlässigbar sind. Im nicht-angesteuerten Zustand der Magnetspule, die dem Magnetfeld, welches durch den Dauermagneten erzeugt wird, entgegenwirkt, liegt hingegen der verfestigte Zustand der magnetorheologischen Flüssigkeit vor, sodass eine zuverlässige Betätigung der Bremseinrichtung gegeben ist.The solution proposed according to the invention is characterized on the one hand by a low dead weight and on the other hand by a simple structure. No additional components such as separate actuators or transmission elements, such as preload springs and ratchet drives or release magnets used in conventional parking locks, are required. Furthermore, due to its compact design, the solution proposed according to the invention can be implemented in the E-axis module when it is installed. With the solution proposed according to the invention, the use of the magnetorheological fluid can ensure that it changes from its liquid state to the solidified state within a few milliseconds. In the liquid state of the magnetorheological fluid, the frictional resistance is limited, so that the frictional losses are negligible when the braking device according to the invention is deactivated. In the non-activated state of the magnet coil, which counteracts the magnetic field generated by the permanent magnet, the solidified state of the magnetorheological fluid is present, so that a reliable actuation of the braking device is given.
FigurenlisteFigure list
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigt:
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1 eine Zusammenstellungszeichnung einer bisher eingesetzten Baugruppe einer Parkbremse, -
2 eine gängige Darstellung der Verläufe spezifischer Bremsmomente einmal bei Stillstand und einmal bei vmax in Bezug auf verschiedene Bremsprinzipien, -
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremseinrichtung, -
4 .1 und 4.2 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremseinrichtung im Parkzustand und im Fahrzustand, -
5 .1 und 5.2 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen magnetorheologischen Bremseinrichtung im Parkzustand und im Fahrzustand, und -
6 ein E-Achsen-Modul mit integrierter erfindungsgemäßer Bremseinrichtung, E-Maschine und Leistungselektronik
-
1 an assembly drawing of a previously used parking brake assembly, -
2 a common representation of the curves of specific braking torques once at standstill and once at v max in relation to various braking principles, -
3 a schematic representation of a braking device proposed according to the invention, -
4th .1 and 4.2 a first variant of the braking device proposed according to the invention in the parked state and in the driving state, -
5 .1 and 5.2 another embodiment of the magnetorheological braking device proposed according to the invention in the parked state and in the driving state, and -
6th an e-axis module with integrated braking device according to the invention, e-machine and power electronics
Ausführungsvarianten der ErfindungVariants of the invention
Der Darstellung gemäß
Der Darstellung gemäß
In der Darstellung gemäß
Den Darstellungen gemäß der
Im in
In the in
In den
Während die Bremsscheibe
Aus der Darstellung gemäß
Der Darstellung gemäß
Es ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäß als magnetorheologische Bremse
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102012203095 A1 [0003]DE 102012203095 A1 [0003]
- DE 202014002171 U1 [0005]DE 202014002171 U1 [0005]
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