DE102019205911A1

DE102019205911A1 - Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger mit einer Gewindetriebanordnung und Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger

Info

Publication number: DE102019205911A1
Application number: DE102019205911.2A
Authority: DE
Inventors: Mark Boehm; Sebastian Martin Reichert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US11511722B2; KR20200125480A; CN111845682A; US20200339091A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs. Der elektromechanische Bremskraftverstärker umfasst zumindest eine Gewindetriebanordnung (42) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung (42) umfasst dabei eine Spindel (50), welche über einen Elektromotor (34) als Antrieb drehbar ist, eine Spindelmutter (62), welche mit einem Gewinde (66) der Spindel (50) zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter (62) mit Drehung der Spindel (50) axial verschiebbar und eine Bremsflüssigkeit be- oder entlastbar ist, und ein Gehäuse (58), welches mit der Spindelmutter (62) eine Verdrehsicherung (70, 74) ausbildet, über die die Spindelmutter (62) bei Drehung der Spindel (50) gegen Verdrehung gesichert ist. Die Spindelmutter (62) bildet dabei wenigstens eine Spindelmutterreferenzfläche (78) aus, die mit wenigstens einer zum Gehäuse (58) ortsfesten Anschlagfläche (82) in einer Entlastungsendposition der Spindelmutter (62) derart zusammenwirkt, dass hieraus eine aktuelle axiale Position der Spindelmutter (62) bestimmbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 9.
Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger kann dabei ebenso als Bremskraftverstärker eingesetzt werden, bei welchem eine eingegebene Bremskraft verstärkt wird. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger bzw. Bremskraftverstärker umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung bzw. Bremskraftverstärkung. Der einfachheitshalber wird sich im Folgenden lediglich auf einen Bremsdruckerzeuger bezogen.
Zum Bremsen von Personenkraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel vielfach mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf die Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.
Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben.
Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
Hierbei wird, die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors erzeugt. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
Stand der Technik
Aus der WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in 1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auch auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker 1 umfasst eine Spindelmutter 2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dessen Betrieb die Spindelmutter 2 über ein Stirnrad 3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter 2 liegt mit einer Spindel 4 in einem Wirkeingriff vor, weshalb die Spindel 4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter 2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse 5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel 4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter 2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker 1 eine Lageranordnung 6 auf, mit welcher die Spindel 4 fest verbunden ist.
Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.
Aus der WO 2017/089008A1 ist eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger bekannt, welcher als Fremdkrafterzeuger eine Bremskraft erzeugt, bei der der mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder lediglich als Sollwertgeber für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger dient. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger kann damit auch unabhängig von dem mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder angesteuert werden, so dass auch in einem autonomen Fahrzustand eine Bremsung möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, welche über einen Elektromotor als Antrieb drehbar ist, eine Spindelmutter, welche mit einem Gewinde der Spindel zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter mit Drehung der Spindel axial verschiebbar und eine Bremsflüssigkeit be- oder entlastbar ist, und ein Gehäuse, welches mit der Spindelmutter eine Verdrehsicherung ausbildet, über die die Spindelmutter bei Drehung der Spindel gegen Verdrehung gesichert ist.
Als Gewindetriebanordnung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl ein reiner Spindeltrieb, bei welchem die Spindelmutter in direktem Kontakt mit der Spindel ist, als auch ein Kugelgewindetrieb, verstanden. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe mit zwischen Spindel und Spindelmutter eingefügten Kugeln. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie findet nicht wie beim reinen Spindeltrieb zwischen Gewinde-Nut und -Damm, sondern über die Kugeln statt.
Unter einem Belasten der Bremsflüssigkeit wird verstanden, dass eine Bewegung der Spindelmutter in Richtung der Bremsflüssigkeit zu einer Belastung beziehungsweise einer Bedruckung der Bremsflüssigkeit führt, wodurch diese weiterbefördert wieder. Dementsprechend wird unter einem Entlasten der Bremsflüssigkeit verstanden, dass sich die Spindelmutter in eine Richtung bewegt, bei welcher sich diese von der Bremsflüssigkeit entfernt, wodurch diese entlastet wird. Dies bedeutet, dass ein Druck, der auf die Bremsflüssigkeit wirkt, reduziert wird.
Die Spindelmutter bildet gemäß der Erfindung wenigstens eine Spindelmutterreferenzfläche aus, die mit wenigstens einer zum Gehäuse ortsfesten Anschlagfläche in einer Entlastungsendposition der Spindelmutter derart zusammenwirkt, dass hieraus eine aktuelle axiale Position der Spindelmutter, beispielsweise in Form einer Nullposition bestimmbar ist.
Eine Spindelmutterreferenzfläche im Sinne der Erfindung ist eine an der Spindelmutter vorhergesehene Fläche die extra dafür ausgelegt ist und deren Position an der Spindelmutter, gespeichert ist, um darüber die axiale Position der Spindelmutter bestimmen zu können. Dementsprechend ist eine zum Gehäuse ortsfeste Anschlagfläche ausgebildet. Diese Anschlagfläche ist relativ zum Gehäuse während des Betriebes unverschieblich. Die Anschlagfläche ist ebenso extra dafür ausgelegt und deren Position im Gehäuse ist zur Bestimmung der axialen Position der Spindelmutter ebenso gespeichert.
Die Entlastungsendposition ist die Position in einer Entlastungsrichtung, welche an einem axialen Ende in dieser Richtung angeordnet ist. Diese Position ist bekannt, so dass bei einem Gegenfahren der Spindelmutter der Nullpunkt der Spindelmutter neu kalibriert werden kann. Dies ist insbesondere nach einem Neustart notwendig. Dies ist auch hinsichtlich einer möglich Abnutzung in einem Spindelmuttergewinde notwendig, so dass die exakte aktuelle Position der Spindelmutter bestimmbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Spindel über ein Lager zum Gehäuse drehgelagert, wobei das Lager die Anschlagfläche für die Spindelmutter ausbildet. Durch das Lager lässt sich dadurch auf einfache Weise eine Anschlagfläche ausbilden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verdrehsicherung durch eine Drehmomentstütze gebildet, welche in eine Nut des Gehäuses eingreift, wobei die Drehmomentstütze die Spindelmutterreferenzfläche und ein axiales Ende der Nut die Anschlagfläche ausbildet. Die Drehmomentstütze schlägt dadurch direkt an dem Gehäuse an. Dadurch müssen die entstehenden Kräfte und Momente bei einem Anschlagen an die Anschlagfläche nicht über weitere Bauteile übertragen werden, so dass an diesen Bauteilen eventuell Schädigungen auftreten können. Weiterhin erreicht man durch den Anschlag am Gehäuse eine sehr präzise Position zum Gehäuse, da eine kurze Toleranzkette vorhanden ist. Zusätzlich wird durch das Gehäuse eine robuste Anschlagfläche gebildet und auch ist die Anzahl der zusätzlich benötigten Bauteile dadurch minimal.
Vorzugsweise besteht die Spindelmutter aus einem Kunststoffmaterial. Ein Kunststoffmaterial hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu Metall preiswerter und leichter ist und wesentlich einfacher, beispielweise im Wege des Spritzgießens, herstellbar ist. Durch das Kunststoffmaterial lässt sich zudem auf einfachem Wege eine Spindelmutterreferenzfläche bilden, welche gegenüber Metall beim Anschlagen an die Anschlagfläche wesentlich weniger Geräusche abgibt. Zusätzlich kann für die Spindelmutter ein Material gewählt werden, welches gute Gleiteigenschaften mit der Spindel aufweist und einen geringen Verschleiß hat. Dadurch kann insbesondere die Reibung bei einem Trockenlaufen wesentlich reduziert werden.
Auch werden durch die Verwendung einer Spindelmutter aus Kunststoff die Geräusche während des Betriebes reduziert. Durch den Kunststoff wird zusätzlich eine dämpfende Wirkung erzeugt, so dass Druckspitzen bzw. Momentspitzen abgefedert bzw. gedämpft werden und die Last auf ein davor geschaltetes Getriebe gesenkt wird. Dadurch kann die Lebensdauer eines davor geschalteten Getriebes verlängert werden.
Alternativ besteht die Spindelmutter aus einer Metalllegierung. Durch die Metalllegierung kann eine Spindelmutter ausgebildet werden, welche eine hohe Festigkeit aufweist und eine hohe Lebensdauer hat.
Vorteilhafterweise ist die Spindelmutterreferenzfläche in der Spindelmutter integriert. Die Spindelmutterreferenzfläche kann beispielsweise durch die Spindelmutter selbst ausgebildet werden oder durch ein zusätzliches Bauteil, welches beim Spritzgießen mit der Spindelmutter verbunden wird. Dadurch wird die Anzahl der einzubauenden Bauteile in die Gewindetriebanordnung reduziert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Spindelmutterreferenzfläche und/oder die Anschlagfläche dämpfend ausgebildet. Dazu kann beispielsweise ein zusätzliches Dämpfungselement in Form eines beispielsweise Gummipuffers an der entsprechenden Spindelmutterreferenzfläche bzw. an der Anschlagfläche angeordnet sein. Dadurch wird die Geräuschentwicklung zusätzlich reduziert. Darüber hinaus werden beim Anfahren an die Anschlagfläche die Bauteile noch besser vor einer potentiellen Beschädigung geschützt.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist die Spindelmutterreferenzfläche und/oder die Anschlagfläche federnd ausgebildet. Dazu kann beispielsweise ein Federelement an den entsprechenden Flächen angeordnet sein. Dieses Federelement kann als separates Teil angeordnet sein oder durch eine entsprechende Formgebung kann eine federnde Wirkung erzielt werden. Durch dieses Federelement wird ebenfalls die Geräuschentwicklung wesentlich reduziert. Zusätzlich wird die Haltbarkeit der Komponenten verbessert.
Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
2 Vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger, und
3 Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung für einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger.

In 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 und eine Kolben-/Zylindereinheit 18. Die Kolben-/Zylindereinheit 18 und der elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 sind beide hydraulisch mit einer Bremshydraulik 22 verbunden, welche hier nur als Kasten dargestellt ist.
Die Bremshydraulik 22 wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Um das Fahrzeug abbremsen zu können, ist die Bremshydraulik 22 zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 26 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 26 aufbringbar ist.
Die Kolben-/Zylindereinheit 18 wird mit Muskelkraft über ein Bremspedal 30 betätigt. Im Gegensatz dazu wird die Bremskraft des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 über einen Elektromotor 34 erzeugt. Dazu ist der Elektromotor 34 mit einem Getriebe 38 verbunden über welches eine Gewindetriebanordnung 42 angetrieben wird. Die Gewindetriebanordnung 42 ist mit einem in einem Hydraulikzylinder 44 angeordneten Hydraulikkolben 46 verbunden, so dass ein Bremsdruck erzeugbar ist.
In 3 ist eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung 42 für einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 mit der Gewindetriebanordnung 42 kann dabei in dem in 2 gezeigten hydraulischen Bremssystem 10 eingesetzt werden. Die Gewindetriebanordnung 42 umfasst eine Spindel 50, welche über den Elektromotor 34 drehbar ist. Die Spindel 50 ist über ein Lager 54, welches in einem Bereich eines axialen Endes der Spindel 50 angeordnet ist, gegenüber einem Gehäuse 58 der Gewindetriebanordnung 42 gelagert. Das Lager 54 ist dabei fest mit dem Gehäuse 58 verbunden.
Die Gewindetriebanordnung 42 umfasst zusätzlich eine Spindelmutter 62, welche mit einem Gewinde 66 der Spindel 50 zusammenwirkt, so dass mit Drehung der Spindel 50 die Spindelmutter 62 axial verschiebbar ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spindelmutter 62 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Spindel 50 bildet zusätzlich zwei sich radial erstreckende Drehmomentstützen 70 aus. Die Drehmomentstützen 70 greifen in entsprechende Nuten 74 des Gehäuses 58, welche als Längsnuten ausgebildet sind, ein. Die Drehmomentstützen 70 und die Nuten 74 bilden zusammen eine Verdrehsicherung für die Spindelmutter 62, so dass diese sich mit Drehung der Spindel 50 nicht mit dreht.
Die Spindelmutter 62 bildet zudem Spindelmutterreferenzflächen 78 aus. In dem hier gezeigten Beispiel weist die Spindelmutter 62, Spindelmutterreferenzflächen 78 an den Drehmomentstützen 70 und an einer axialen Endseite der Spindelmutter 62 auf, wobei die Spindelmutterreferenzflächen 78 in Richtung einer Entlastungsendposition angeordnet sind. Die Entlastungsendposition ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Position eine kleinstmögliche Bedruckung der Bremsflüssigkeit durch die Stellung der Spindelmutter 62 vorliegt. Die in 3 gezeigte Spindelmutter 62 befindet sich in dieser Entlastungsendposition. Die an der Spindelmutter 62 ausgebildeten Spindelmutterreferenzflächen 78 sind in diesem Ausführungsbeispiel in der Spindelmutter 62 integriert.
Passend zu den Spindelmutterreferenzflächen 78 an den Drehmomentstützen 70, sind an einem axialen Ende der Nut 74, Anschlagflächen 82 für die Spindelmutter 62 in dem Gehäuse 58 ausgebildet. Zusätzlich sind in diesem Ausführungsbeispiel passend zu den Spindelmutterreferenzflächen 78 an der axialen Endseite der Spindelmutter 62 weitere Anschlagfläche 82 an dem Lager 54 angeordnet. Durch die Spindelmutterreferenzflächen 78 und die Anschlagflächen 82 kann die Spindelmutter 62 in die Entlastungsendposition gefahren werden. Das Erreichen der Entlastungsendposition wird detektiert, so das über die definierte Entlastungsendposition die aktuelle Position der Spindelmutter 62 bestimmbar und speicherbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017/045804 A1 [0006]
WO 2017/089008 A1 [0008]

Claims

Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung (42) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung (40) betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit (18) zur Bremsdruckerzeugung, wobei die Gewindetriebanordnung (42) umfasst: - eine Spindel (50), welche über einen Elektromotor (34) als Antrieb drehbar ist, - eine Spindelmutter (62), welche mit einem Gewinde (66) der Spindel (50) zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter (62) mit Drehung der Spindel (50) axial verschiebbar und eine Bremsflüssigkeit be- oder entlastbar ist, und - ein Gehäuse (58), welches mit der Spindelmutter (62) eine Verdrehsicherung (70, 74) ausbildet, über die die Spindelmutter (62) bei Drehung der Spindel (50) gegen Verdrehung gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (62) wenigstens eine Spindelmutterreferenzfläche (78) ausbildet, die mit wenigstens einer zum Gehäuse (58) ortsfesten Anschlagfläche (82) in einer Entlastungsendposition der Spindelmutter (62) derart zusammenwirkt, dass hieraus eine aktuelle axiale Position der Spindelmutter (62) bestimmbar ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (50) über ein Lager (54) zum Gehäuse (58) drehgelagert ist, wobei das Lager (54) die Anschlagfläche (82) für die Spindelmutter (62) ausbildet.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (70, 74) durch eine Drehmomentstütze (70) gebildet ist, welche in eine Nut (74) des Gehäuses (58) eingreift, wobei die Drehmomentstütze (70) die Spindelmutterreferenzfläche (78) und ein axiales Ende der Nut (74) die Anschlagfläche (82) ausbildet.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (62) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (62) aus einer Metalllegierung besteht.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutterreferenzfläche (78) in der Spindelmutter (62) integriert ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutterreferenzfläche (78) und/oder die Anschlagfläche (82) dämpfend ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutterreferenzfläche (78) und/oder die Anschlagfläche (82) federnd ausgebildet ist.
Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.