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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum ausfallsicheren Bremsen eines Kleinstfahrzeugs, ein autonomes Kleinstfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren.
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Moderne und vorzugsweise autonom oder teilautonom fahrende Kleinstfahrzeuge werden zunehmend als Transportmittel eingesetzt. Diese Kleinstfahrzeuge haben Vorteile in ihrem geringen Gewicht und ihren kleinen Abmessungen. Sie eignen sich bevorzugt für dichten Stadtverkehr. Aufgrund ihrer Abmessungen finden Kleinstfahrzeuge leicht einen Parkplatz. Zudem ist durch das geringe Gewicht, das bewegt werden muss, eine hohe Treibstoffbeziehungsweise Energieeffizienz möglich.
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Nachteilig bei Kleinstfahrzeugen ist eine im Vergleich zum PKW geringere Knautschzone. Bei Kollisionen sind Piloten und Insassen der Kleinstfahrzeuge aufgrund des geringen Gewichts und der zumeist für Leichtbau optimierten Materialien der Kleinstfahrzeuge einem erhöhten Risiko ausgesetzt. Daher besteht ein gesteigerter Bedarf, die Sicherheit der Fahrzeuginsassen von Kleinstfahrzeugen zu erhöhen. Insbesondere im Falle von autonom fahrenden Kleinstfahrzeugen, bei denen die Insassen zumindest zeitweise keinen Einfluss auf die Steuerung des Kleinstfahrzeugs nehmen können, sollten Fahrsicherheitssysteme redundant beziehungsweise ausfallsicher gestaltet sein. Ein Bremssystem ist jedenfalls ein sicherheitsrelevantes System eines Fahrzeugs und insbesondere eines Kleinstfahrzeugs.
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Derzeit besteht keine zufriedenstellende Lösung für eine ausfallsichere Bremse für Kleinstfahrzeuge auf dem Markt. Bekannte Lösungen bestehen für den PKW oder LKW Bereich. Die bekannten Lösungen sind für Kleinstfahrzeuge überdimensioniert und genügen nicht den Anforderungen, wie beispielsweise einem geringen Gewicht und hoher Energieeffizienz.
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Zudem ist bei autonomen Fahrzeugen eine Ansteuerung durch den Menschen nicht mehr vorgesehen. Zur Ansteuerung einer Bremse muss folglich eine andere Lösung geschaffen werden. Zudem muss bei einem Fehler, wie zum Beispiel einer Unterbrechung der Energie- oder Spannungsversorgung, gewährleistet sein, dass das Fahrzeug schnellstmöglich zum Stillstand kommt. Insbesondere bei autonom fahrenden Fahrzeugen soll eine Gefährdung von Personen und Gegenständen wirksam vermieden werden.
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Aus der Druckschrift
DE 102 46 594 A1 ist ein Energiespeicher für eine Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen bekannt, welcher das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessern soll. Ferner ist offenbart, dass ein derartiger Energiespeicher auch zur Druckversorgung einer hydraulischen Servolenkung oder eines hydraulischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs dienen kann. Durch den Einsatz eines solchen Energiespeichers kann beispielsweise eine Servounterstützung aufrechterhalten werden, auch wenn die Servopumpe ausgefallen oder nicht in Betrieb ist. Gleiches gilt für den Druck in einem hydraulischen Bremssystem bei Ausfall der Druckerzeugung. Nachteilig bei diesem System ist, dass lediglich eine Aufrechterhaltung des Druckes stattfindet. Ein automatisches Auslösen eines Bremsmanövers bei einem Druckausfall oder einem Spannungsabfall ist nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine ausfallsichere Bremsvorrichtung zu schaffen, die sich insbesondere für den Einsatz in autonomen Kleinstfahrzeugen eignet, bei denen keine Ansteuerung durch einen Piloten des Kleinstfahrzeugs mehr stattfindet. Vorzugsweise soll bei einem Fehler in der Energie-/Spannungsversorgung ein Kleinstfahrzeug schnellstmöglich und zuverlässig zum Stillstand gebracht werden.
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Diese Aufgabe wird ganz oder teilweise durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum ausfallsicheren Bremsen eines Kleinstfahrzeugs umfasst:
- - ein erstes Modul, aufweisend einen Aktuator zum Erzeugen einer Bremskraft,
- - ein zweites Modul, aufweisend ein Speichermittel zum Speichern einer Restbremskraft in Reaktion auf eine anliegende elektrische Spannung am zweiten Modul,
- - eine Bremseinheit, zum Übersetzen einer Bremskraft in ein Bremsmoment; und
- - ein Bremskraftübertragungsnetz, um zwischen dem ersten Modul, dem zweiten Modul und der Bremseinheit eine Bremskraft zu übertragen; wobei
das Speichermittel des zweiten Moduls die Restbremskraft frei gibt, wenn die elektrische Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht und/oder unter einen vorbestimmtem Schwellenwert fällt, um das Kleinstfahrzeug ausfallsicher zu bremsen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum ausfallsicheren Bremsen eines Kleinstfahrzeugs, vorzugsweise mittels einer vorstehenden Vorrichtung, umfasst die Schritte:
- - Erzeugen einer Bremskraft durch ein erstes Modul mittels eines Aktuators;
- - Übertragen der Bremskraft mittels eines Bremskraftübertragungsnetzes;
- - Speichern einer Restbremskraft in einem zweiten Modul; und
- - Abgeben der Restbremskraft, wenn eine elektrische Spannung an dem zweiten Modul einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht und/oder unter einen vorbestimmtem Schwellenwert fällt, um das Kleinstfahrzeug zu bremsen.
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Das erfindungsgemäße autonome Kleinstfahrzeug umfasst eine vorstehende Vorrichtung und eine Energieversorgung zum Bereitstellen von Energie für das autonome Kleinstfahrzeug und einer elektrischen Spannung am zweiten Modul.
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Durch das erste Modul mit einem Aktuator zum Erzeugen einer Bremskraft und das Bremskraftübertragungsnetz kann ein auch für den autonomen Bereich geeignetes Bremssystem geschaffen werden. Durch ein Bereitstellen eines zweiten Moduls mit einem Speichermittel zum Speichern einer Restbremskraft in Reaktion auf eine anliegende elektrische Spannung am zweiten Modul kann eine technisch zuverlässige Notfallbremse geschaffen werden. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass bei einem Spannungsabfall ausreichend Restbremskraft vorhanden ist, um das Kleinstfahrzeug sicher zum Stillstand zu bringen. Durch das Vorsehen eines vordefinierten Schwellenwerts einer am zweiten Modul anliegenden Spannung zum Freigeben der Restbremskraft, kann eine Bremsung bei einem Systemfehler zuverlässig durchgeführt werden. Der Schwellenwert ist dabei vorzugsweise nahe Null. Mit anderen Worten leitet die Vorrichtung ein Bremsmanöver ein, wenn eine Versorgungsspannung abbricht. Wie beispielsweise bei einem Kabelbruch oder Kurzschluss im Spannungsnetz, einem Fehler in der Fahrzeugbatterie und/oder einem vollständigen Entladen der Batterie. Es ist auch denkbar, einen Schwellenwert zu definieren, der so gewählt ist, dass beispielsweise noch eine Restenergie zum Betreiben von Warnleuchten und/oder einer Hupe vorhanden ist, um weitere Verkehrsteilnehmer über das eingeleitete Bremsmanöver zu informieren und diese zu warnen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Aktuator zum Erzeugen einer Bremskraft einen Linearmotor und einen Kolben. Das Bremskraftübertragungsnetz umfasst ein Fluidnetz. Der Linearmotor übt mittels des Kolbens einen Druck auf ein Fluid des Bremskraftübertragungsnetzes aus, um die Bremskraft zu erzeugen. Der Linearmotor ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet. Durch das Verwenden eines Fluidnetzes als Bremskraftübertragungsnetz ist eine zuverlässige Übertragung der Bremskraft möglich. Durch das Verwenden eines Linearmotors als Aktuator zum Erzeugen eines Drucks auf das Fluid ist eine einfache Ansteuerung möglich. Mit einem Schrittmotor ist es möglich durch verschiedene Ausfahrpositionen den Druck beliebig zu ändern und somit das Bremsmoment zu dosieren.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das Speichermittel zum Speichern einer Restbremskraft ein Energiespeichermittel, vorzugsweise in Form einer Feder, einen Elektromagneten und einen Kolben auf, wobei der Kolben ein magnetisches und/oder magnetisierbares Material aufweist, wobei eine Rückstellkraft des Energiespeichermittels kleiner ist als eine von dem Elektromagneten ausgewirkte Haltekraft, wenn der Elektromagnet von Strom durchflossen ist. Hierdurch lässt sich eine zuverlässige Notbremseinrichtung schaffen. Ein Bremsmanöver wird eingeleitet sobald die Spannung am Elektromagneten abfällt und somit der Strom, der durch den Elektromagneten fließt, zu gering wird, um eine ausreichende Anziehungskraft auszuüben. Vorzugsweise kann durch die Wahl eines Abstandes zwischen dem Elektromagneten und die Wahl des magnetischen und/oder magnetisierbaren Materials ein Schwellenwert für das Auslösen beziehungsweise Freigeben der Restbremskraft bestimmt werden. Vorzugsweise ist keine Ansteuerung für ein Freigeben der Restbremskraft notwendig. Die Zuverlässigkeit der Notbremse ist sehr hoch.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bremskraftübertragungsnetz einen Hebel, der an einem ersten Endabschnitt mit dem Aktuator des ersten Moduls wirkverbunden ist, und der an seinem zweiten, dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden Endabschnitt mit dem Speichermittel des zweiten Moduls wirkverbunden ist, und in einem mittleren Abschnitt mit der Bremseinheit verbunden ist. Auf diese Weise kann eine kompakte und leichte Vorrichtung geschaffen werden. Der Wartungsaufwand wird verringert, da kein Fluidwechsel vorgenommen werden muss.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Modul ein mit dem Hebel wirkverbundenes Energiespeichermittel, vorzugsweise in Form einer Feder, und einen Elektromagneten auf, wobei der Hebel zumindest abschnittsweise ein magnetisches und/oder magnetisierbares Material aufweist, das derart an dem Hebel angeordnet ist, dass der Elektromagnet eine Haltekraft auf den Hebel auswirken kann, wobei eine Rückstellkraft des Energiespeichermittels kleiner ist als die von dem Elektromagneten ausgewirkte Haltekraft, wenn der Elektromagnet von Strom durchflossen ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Linearmotor bei einem Spannungsausfall eine Haltekraft auf, die größer ist als eine durch die Restbremskraft auf einen Läufer des Linearmotors ausgewirkte Rückstellkraft. Hierdurch kann das von der Restbremskraft erzeugte Bremsmoment erhöht werden, da der Läufer des Linearmotors in Reaktion auf die Freigabe der Restbremskraft nicht zurückweicht. Es ist auch denkbar, die Restbremskraft geringer zu wählen. Dadurch kann die Vorrichtung leichter gebaut werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, um die Bremskraft des ersten Moduls zu steuern, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist mit einem autonom fahrenden Kleinstfahrzeug verwendet zu werden. Auf diese Weise kann ein kompaktes ausfallsicheres Bremssystem für ein Kleinstfahrzeug geschaffen werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Speichern der Restbremskraft in dem zweiten Modul, ein Bremsmoment mittels des ersten Moduls festgelegt. Hierdurch ist das Verfahren bevorzugt für autonome Kleinstfahrzeuge geeignet.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Ein Kleinstfahrzeug ist vorliegend als eine noch unter dem Kleinwagen angesiedelte PKW-Fahrzeugklasse, auch Kleinstwagen genannt, zu verstehen. Ferner sind vom Begriff Kleinstfahrzeug auch Elektrokleinstfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro-Tretroller und/oder E-Scooter vorzugsweise in urbanen Umgebungen, sowie fahrerlose Transportsysteme (FTS) und mobile Roboter vorzugsweise in Produktionsumgebungen erfasst. Als Kleinstwagen werden beispielsweise Personenwagen bezeichnet, die unterhalb der Größe von Kleinwagen eingestuft werden können. Sehr ähnliche Fahrzeuge, jedoch mit einer exakten Begrenzung von Maßen und Leistung, bezeichnen die japanischen Kei-Cars, die dort steuerlich begünstigt sind. Die Fahrzeugkategorie beschreibt eine Bauart von Fahrzeugen, die nicht länger als 3,5 Meter sind. Kleinstwagen sind enorm spritsparend und wendig. Das ist die kleinste Klasse unter den PKW-Klassen.
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Unter autonomem Fahren, auch bekannt als automatisches Fahren beziehungsweise automatisiertes Fahren ist die Fortbewegung von Fahrzeugen und fahrerlosen Transportsystemen zu verstehen. Der Grad der Automatisierung wird oft in den folgenden Stufen wiedergegeben. Stufe 0: Keine Automation. Der Fahrer lenkt, beschleunigt und bremst selbst. Stufe 1: Das Auto verfügt über einzelne unterstützende Systeme wie Antiblockiersystem (ABS) oder Elektronisches Stabilitätsprogramm (EPS), die selbsttätig eingreifen. Stufe 2: Automatisierte Systeme übernehmen Teilaufgaben (z. B. adaptive Geschwindigkeitsregelung, Spurwechselassistent, automatische Notbremsung). Der Fahrer behält aber die Hoheit über das Fahrzeug und die Verantwortung. Stufe 3: Das Auto kann streckenweise selbsttätig beschleunigen, bremsen und lenken (bedingte Automation). Bei Bedarf fordert das System den Fahrer auf, die Kontrolle zu übernehmen. Stufe 4: In Normalbetrieb kann das Fahrzeug vollständig autonom fahren. Der Fahrer hat aber die Möglichkeit, einzugreifen und das System zu „überstimmen“. Stufe 5: Vollautomatisierter, autonomer Betrieb des Fahrzeugs ohne die Möglichkeit (und Notwendigkeit) des Eingreifens durch den Fahrer. Vorliegend sind alle vorgenannten Stufen als autonomes Fahren im Sinne der Anmeldung zu verstehen.
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Restbremskraft ist die in einem Speichermittel gespeicherte Kraft, die dem Bremskraftübertragungsnetz wieder zugeführt werden kann, um ein Bremsen eines Kleinstfahrzeugs zu ermöglichen. Dabei kann je nach Anwendungsfall ein Verringern der Geschwindigkeit auf eine vordefinierte Geschwindigkeit vorgesehen sein. Es ist auch denkbar eine Vollbremsung bis zum Stillstand des Kleinstwagens durch die Restbremskraft zu ermöglichen.
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Ein Bremskraftübertragungsnetz kann jede Vorrichtung zur Übermittelung von Bremskraft zwischen Komponenten des Bremskraftübertragungsnetzes sein. Insbesondere sind mit einem Bremskraftübertragungsnetz Komponenten verbunden, die eine Bremskraft in das Bremskraftübertragungsnetz einbringen und Komponenten die Bremskraft vom Bremskraftübertragungsnetz übermittelt bekommen und in ein Bremsmoment übersetzen, also ein Bremsen eines Kleinstfahrzeugs bewirken. Ein Bremskraftübertragungsnetz kann insbesondere ein Fluidnetz, ein mechanisches Mittel in Form eines Hebels, ein Bowdenzug und/oder ein elektrisches Netz sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 ein schematisches Blockbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine detaillierte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
- 4 eine detaillierte schematische Darstellung eines ersten Moduls der in 3 gezeigten Vorrichtung;
- 5 eine detaillierte schematische Darstellung eines zweiten Moduls der in 3 gezeigten Vorrichtung;
- 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
- 7 eine detaillierte schematische Darstellung eines zweiten Moduls der in 6 gezeigten Vorrichtung; und
- 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt schematisch ein Kleinstfahrzeug 10 mit Antriebsrädern 12, einer mit den Antriebsrädern 12 in Wirkverbindung stehenden Vorrichtung 14 zum ausfallsicheren Bremsen des Kleinstfahrzeugs 10. Die Figur entspricht dabei einer Draufsicht. Die relevanten Komponenten sind vergrößert und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Das Kleinstfahrzeug 10 weist eine Energieversorgung 16 in Form einer Batterie oder eines Akkumulators auf, die der Vorrichtung 14 eine Spannung bereitstellt. Die Energieversorgung 16 versorgt zudem eine Steuereinheit 18 mittels einer Leitung 20 mit Energie. Die Steuereinheit 18 steuert über die Leitungen 20 die Vorrichtung 14 zum ausfallsicheren Bremsen. Im gezeigten Beispiel wird die Spannung der Energieversorgung 16 mittels der Steuereinheit 18 zu der Vorrichtung 14 übertragen. Es ist auch denkbar, die Spannung direkt von der Energieversorgung 16 an die Vorrichtung 14 zu übertragen.
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2 zeigt ein schematisches Blockbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 14. Die Vorrichtung weist ein erstes Modul 22 und ein zweites Modul 24 auf. Mittels der Leitung 20 wird dem ersten Modul 22 ein Steuerbefehl von der Steuereinheit 18 übermittelt. Das zweite Modul 24 wird mittels der Leitung 20 mit einer Spannung versorgt. Das erste Modul 22 und das zweite Modul 24 sind über ein Bremskraftübertragungsnetz 26 mit einer Bremseinheit 28 und untereinander verbunden.
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Das erste Modul 22 kann eine Bremskraft erzeugen, die mittels dem Bremskraftübertragungsnetz 26 an die Bremseinheit 28 und das zweite Modul 24 übertragen wird. Das zweite Modul 24 kann dann eine Restbremskraft speichern, wenn eine Spannung am zweiten Modul 24 anliegt. Ferner kann die Bremseinheit 24, vorzugsweise in Abhängigkeit von der im ersten Modul 22 erzeugten Bremskraft, ein Bremsmoment erzeugen und das Kleinstfahrzeug 10 bremsen.
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Bei einem Spannungsabfall am zweiten Modul 24 gibt dieses die gespeicherte Restbremskraft frei. Die freigegebene Restbremskraft wird mittels des Bremskraftübertragungsnetzes 26 zur Bremseinheit 28 übertragen, sodass von der Bremseinheit 28 ein Bremsmoment erzeugt wird und das Kleinstfahrzeug 10, vorzugsweise bis zum Stillstand des Kleinstfahrzeugs 10, gebremst wird. Die gezeigte Vorrichtung 14 weist also zwei Module 22, 24 auf, wobei das erste Modul 22 den Teil, der zur Regelung beziehungsweise Steuerung der Bremse in der Bremseinheit 28 dient, beinhaltet und das zweite Modul 22 eine Ausfallsicherheit des Systems gewährleistet.
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Zur besseren Steuerung der Bremse und zur Überwachung des Bremssystems ist im Fluidnetz ein Drucksensor 48 vorgesehen.
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3 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung einer Vorrichtung 14 in einer ersten Ausführungsform. Das Bremskraftübertragungsnetz 26 umfasst ein Fluidnetz. Das erste Modul 22 beinhaltet einen Linearmotor 30, dessen Läufer 32 mit einem Kolben 34 wirkverbunden ist, sodass der Kolben 34 einen Hub ausführen kann. Der Linearmotor 30 ist in dem gezeigten Beispiel als Schrittmotor ausgeführt. Er kann folglich in verschiedenen Positionen gefahren werden. Der Kolben 34 ist in einem Gehäuse geführt, in dem sich in einer Fluidkammer 36 ein Fluid in Form von Hydraulikflüssigkeit befindet. Durch die Hubbewegung wird eine Kraft auf das Fluid ausgeübt und der Fluiddruck erhöht. Der Fluiddruck wird mittels des Bremskraftübertragungsnetzes 26 übertragen und bewirkt eine Kraft auf einen Bremskolben 38 der Bremseinheit 28, welcher anschließend ein Bremsmoment erzeugt, um das Kleinstfahrzeug 10 zu bremsen. Somit lässt sich durch verschiedene Ausfahrpositionen des Läufers 32 des Linearmotors 30 der Druck beliebig variieren und somit auch das Bremsmoment dosieren.
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Das zweite Modul 24 umfasst als Energiespeichermittel 40 eine Feder, einen Elektromagneten 42 und einen Kolben 44. Die Bremseinheit 28 ist mit dem ersten Modul 22 und dem zweiten Modul 24 über Bremsschläuche des Fluidnetzes hydraulisch gekoppelt, wodurch der Druck im gesamten Fluidnetz wirkt. Erzeugt der Linearmotor 30 durch Ausfahren des Läufers 32 einen Druck, wirkt dieser Druck auch in einer Fluidkammer 46 im zweiten Modul 24. Der Druck erzeugt eine Kraft, wodurch sich der Kolben 44 bewegt und gegen die Feder arbeitet. Liegt eine Spannung am Elektromagneten 42 an, hält dieser den Kolben 44 in einer Endlagenposition. In der Endlageposition ist die Feder folglich gespannt und speichert die Restbremskraft. Da der Kolben 44 vom Elektromagneten 42 gehalten wird, ist er vom Fluidnetz quasi entkoppelt. Dadurch wird im Wesentlichen der vom ersten Modul 24 erzeugte Druck komplett durch die Bremseinheit 28 in ein Bremsmoment umgesetzt.
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Erst wenn die Energieversorgung 16 ausfällt oder aus anderen Gründen keine Spannung mehr am Elektromagneten 42 anliegt, wirkt der Elektromagnet 42 keine Haltekraft mehr auf den Kolben 44 aus. Die Feder gibt die gespeicherte Restbremskraft frei und drückt den Kolben 44 in Richtung der Ursprungslage zurück. Es wird ein Druck erzeugt, der mittels des Fluidnetzes auf den Bremskolben 38 wirkt. Bei einer Spannungsunterbrechung am zweiten Modul 24 wird ein Bremsmoment erzeugt, welches das Kleinstfahrzeug 10 bremst und vorzugsweise zum Stillstand bringt. Ist die Spannungsversorgung wieder hergestellt, liegt also wieder Spannung am Elektromagneten 42 an, kann die Bremse gelöst werden, um ein Weiterfahren zu ermöglichen. Die Bremseinheit 28 umfasst im gezeigten Beispiel eine Scheibenbremse.
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4 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung des ersten Moduls 24 der in 3 gezeigten Vorrichtung 14. Der Linearmotor 30 ist an einer Halteplatte 50 angeordnet und mit dieser mittels Schrauben 52 verbunden. Die Schrauben 52 verlaufen durch die Halteplatte 50 hindurch und Verbinden ein Gehäuse 54 mit der Halteplatte 50. Das Gehäuse 54 und die Halteplatte 50 umschließen den Fluidraum beziehungsweise die Fluidkammer 36, die an einem Ende offen ist und mit dem Fluidnetz in Wirkverbindung steht. Der Läufer 32 des Linearmotors 30 ist mit dem Kolben 34 wirkverbunden. Der Kolben 34 ist in dem Fluidraum führend aufgenommen. Führt der Läufer 32 des Linearmotors 30 einen Hub aus, wird dadurch der Druck im Fluidraum und damit im Fluidnetz erhöht. Der Fluidraum ist fluiddicht mit dem Fluidnetz verbunden, sodass im Wesentlichen kein Fluid entweichen kann.
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5 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung des zweiten Moduls 24 der in 3 gezeigten Vorrichtung 14. Das Energiespeichermittel 40 in Form einer Feder ist mit einem Kolben 44 wirkverbunden und zusammen mit dem Kolben 44 in einem fluiddichten Gehäuse 56 aufgenommen. Der Kolben 44 ist dabei in dem Gehäuse 56 geführt. In dem gezeigten Beispiel ist der Kolben 44 einstückig mit einer Hülse ausgebildet, die die Feder umgibt. Die Hülse weist an Ihrem dem Kolben 44 abgewandten Ende einen Abschnitt 58 mit einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Material auf. Es versteht sich, dass die Hülse auch komplett aus diesem Material ausgebildet sein kann. Der Kolben 44 weicht in Reaktion auf einen Druck im Bremskraftübertragungsnetz 26 zurück und arbeitet gegen die Feder. Wird ein vordefinierter Abstand zwischen Hülse und Elektromagnet 42 unterschritten, wird die Hülse durch den Elektromagneten 42 gehalten, wenn am Elektromagneten 42 eine Spannung anliegt. Die Feder speichert dann die Restbremskraft. Das zweite Modul 24 ist vom Bremskraftübertragungssystem 26 quasi entkoppelt. Erst wenn der Elektromagnet 42 keine Haltekraft mehr ausübt, also wenn die Zuleitungen 60 zum Elektromagneten 42 strombeziehungsweise spannungsfrei sind, wird die gespeicherte Restbremskraft freigegeben, sodass der Kolben 44 die Restbremskraft in Form von Druck ins Bremskraftübertragungsnetz 26 abgeben kann.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 in einer zweiten Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden daher nicht erneut erläutert. Es wird hauptsächlich auf die Unterschiede zu der vorstehenden Ausführungsform eingegangen.
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In dem gezeigten Beispiel ist die erfinderische Idee durch ein mechanisches Konzept umgesetzt. Hierbei kommen ähnliche Komponenten wie im vorherigen Konzept zum Einsatz.
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Das erste Modul 22 weist einen Linearmotor 30 auf, welcher mit dem Bremskraftübertragungsnetz 26 in Form eines Hebels wirkverbunden ist. Ein Läufer 32 des Linearmotors 30 drückt bei einem Ein/Ausfahren über den Hebel Bremsbeläge 62 der Bremseinheit 28 gegen eine Bremsscheibe 64. Der Hebel ist schwenkbar an der Bremseinheit 28 angeordnet, sodass der Hebel beim Ausfahren des Läufers 32 auf die Bremseinheit 28 und das zweiten Modul 24 wirken kann.
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Das zweite Modul 24 ist wie im vorherigen Beispiel mittels einem Elektromagneten 42 und einer Feder realisiert. Dabei ist die Feder mit einem Endabschnitt des Hebels und einer Hülse, die die Feder umgibt, wirkverbunden. Der Hebel weist zumindest abschnittsweise ein magnetisches und/oder magnetisierbares Material auf, sodass der Hebel vom Elektromagneten 42 gehalten werden kann, wenn der Hebel in die Nähe des Elektromagneten 42 gelangt und der Elektromagnet 42 stromdurchflossen ist, beziehungsweise wenn eine Spannung an dem Elektromagneten 42 anliegt. Der Elektromagnet 42 ist an einem dem Hebel zugewandten Ende der Hülse angeordnet.
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Vor einem Start des Kleinstfahrzeugs 10 wird ein Läufer 32 des Linearmotors 30 ausgefahren, sodass die Feder gespannt wird und der Hebel durch den Elektromagneten 42 gehalten wird.
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Wenn der Hebel gehalten wird, kann der Läufer 32 des Linearmotors 30 beliebig Ein- oder Ausfahren um die Bremseinheit 28 zu steuern. Bei einer Spannungsunterbrechung verliert der Elektromagnet 42 seine Haltekraft, wodurch die Feder mittels des Hebels die Bremsbeläge 62 gegen die Bremsscheibe 64 drückt und somit eine Notbremsung einleitet.
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7 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung des zweiten Moduls 24 der in 6 gezeigten Vorrichtung 14. Das Energiespeichermittel 40 in Form einer Feder ist mit dem Bremskraftüberragungsnetz 26 in Form eines Hebels und der Hülse wirkverbunden. In dem gezeigten Beispiel ist die Hülse mit einem Rahmen 66 des Kleinstfahrzeugs 10 verbunden. Die Hülse weist an Ihrem dem Hebel zugewandten Ende einen Abschnitt mit einem Elektromagneten 42 auf. Es versteht sich, dass die Hülse auch komplett aus einem Elektromagneten 42 ausgebildet sein kann. Der Hebel weicht in Reaktion auf einen Druck im Bremskraftübertragungsnetz 26, also eine auf der anderen Seite des Hebels wirkende Kraft, zurück und arbeitet gegen die Feder. Wird ein vordefinierter Abstand zwischen der Hülse mit dem Elektromagneten 42 und dem Hebel unterschritten, wird die Hülse durch den Elektromagneten 42 am Hebel gehalten. Das zweite Modul 24 ist vom Bremskraftübertragungssystem 26 quasi entkoppelt. Erst wenn der Elektromagnet 42 keine Haltekraft mehr ausübt, also wenn die Zuleitungen 68 zum Elektromagneten 42 strombeziehungsweise spannungsfrei sind, wird die gespeicherte Restbremskraft freigegeben.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren kann mit den vorgenannten Ausführungsformen einer Vorrichtung 14 zum ausfallsicheren Bremsen durchgeführt werden. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird eine Bremskraft durch ein erstes Modul 22 mittels eines Aktuators erzeugt. In einem zweiten Schritt S2 wird die Bremskraft mittels einem Bremskraftübertragungsnetz 26 übertragen. In einem dritten Schritt S3 wird eine Restbremskraft in einem zweiten Modul 24 gespeichert. In einem vierten Schritt S4 wird die Restbremskraft abgegeben, wenn eine elektrische Spannung an dem zweiten Modul 24 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht und/oder unter einen vorbestimmtem Schwellenwert fällt, um das Fahrzeug zu bremsen.
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Wenn die Restbremskraft gespeichert ist, ist das zweite Modul 24 quasi vom Bremskraftübertragungsnetz 26 entkoppelt. Die Bremswirkung kann dann über das erste Modul 22 bestimmt beziehungsweise gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kleinstfahrzeug
- 12
- Antriebsräder
- 14
- Vorrichtung
- 16
- Energieversorgung
- 18
- Steuereinheit
- 20
- Leitung
- 22
- erstes Modul
- 24
- zweites Modul
- 26
- Bremskraftübertragungsnetz
- 28
- Bremseinheit
- 30
- Linearmotor
- 32
- Läufer
- 34
- Kolben des ersten Moduls
- 36
- Fluidkammer des ersten Moduls
- 38
- Bremskolben
- 40
- Energiespeichermittel
- 42
- Elektromagnet
- 44
- Kolben des zweiten Moduls
- 46
- Fluidkammer des zweiten Moduls
- 48
- Drucksensor
- 50
- Halteplatte
- 52
- Schraube
- 54
- Gehäuse des ersten Moduls
- 56
- Gehäuse des zweiten Moduls
- 58
- Abschnitt mit magnetischen und/oder magnetisierbarem Material
- 60
- Zuleitung
- 62
- Bremsbeläge
- 64
- Bremsscheibe
- 66
- Rahmen des Kleinstfahrzeugs
- 68
- Zuleitung
- S1
- erster Verfahrensschritt
- S2
- zweiter Verfahrensschritt
- S3
- dritter Verfahrensschritt
- S4
- vierter Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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