DE102019219199A1

DE102019219199A1 - Braking device for a vehicle

Info

Publication number: DE102019219199A1
Application number: DE102019219199.1A
Authority: DE
Inventors: Marc Schieß; Ruth Huber; Detlef Baasch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1) zur Fortbewegung auf einer Fahrbahn (2), wobei die Bremsvorrichtung (3) eine an der Fahrzeugunterseite angeordnete Bremsplatte (9) aufweist, welche auf ihrer fahrzeugabgewandten Seite mit Bürsten (11) besetzt ist und auf die Fahrbahn (2) absenkbar ist. Die Enden der Bürsten (11a), die ausgebildet sind mit der Fahrbahn einen Formschluss einzugehen, sind in Richtung Fahrzeugfront (1a) geneigt und weisen im Ruhezustand einen spitzen Winkel (a) mit der Flächennormalen (12) der Fahrbahn (2) auf.The invention relates to a braking device (3) for a vehicle (1) for locomotion on a roadway (2), the braking device (3) having a brake plate (9) which is arranged on the underside of the vehicle and which is provided with brushes (11) on its side facing away from the vehicle. is occupied and can be lowered onto the roadway (2). The ends of the brushes (11a), which are designed to form a form fit with the roadway, are inclined in the direction of the front of the vehicle (1a) and, when inactive, have an acute angle (a) with the surface normal (12) of the roadway (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug.The invention relates to a braking device for a vehicle.

Heutige Fahrzeugbremsen werden in der Regel in Form von Reibbremsen als Scheiben- bzw. Trommelbremsen ausgeführt. In Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen werden Bremsleistungen auch bei Rekuperationsvorgängen bereitgestellt. Diesen Bremssystemen ist gemein, dass sie die Bremsleistung über die Antriebsachse und Reifen auf die Fahrbahn übertragen. Der die nutzbare Bremskraft limitierende Faktor liegt in der Regel in der Übertragung vom Reifen auf die Straße, wodurch eine weitere Steigerung der Bremsleistung in der Antriebsachse keine Verbesserung des minimalen Bremswegs ermöglicht, da diese einen maximal möglichen Kraftübertrag durch die Reifen übersteigt.Today's vehicle brakes are usually designed in the form of friction brakes as disc or drum brakes. In electric or hybrid vehicles, braking power is also provided during recuperation processes. What these braking systems have in common is that they transfer the braking power to the road via the drive axle and tires. The factor that limits the usable braking force is usually the transfer from the tire to the road, which means that a further increase in braking power in the drive axle does not improve the minimum braking distance, as this exceeds the maximum possible force transfer through the tires.

Hierzu sind alternative Bremssysteme notwendig, welche die Bremsleistung unabhängig von den Reifen auf die Straße übertragen. Eine Möglichkeit zur Realisierung sind Bremsplatten, welche auf die Straße abgesenkt werden. Zur Bereitstellung einer ausreichenden Bremsleistung mittels Reibung, muss die Bremsplatte mit einer hohen Kraft auf die Fahrbahn gedrückt werden. Diese Anpresskraft ist jedoch durch die Fahrzeugmasse begrenzt. Stützt sich die Bremsplatte an der Karosserie des Fahrzeugs ab verringert das den Anpressdruck der Reifen auf die Fahrbahn und verschlechtert dadurch die Bremsleistung der herkömmlichen Bremsen und die Steuerbarkeit des Kraftfahrzeugs. In der DE102009034582A1 wird die Anpresskraft der Bremsplatte durch einen Unterdruck bereitgestellt, welcher zwischen der Bremsplatte und der Fahrbahnoberfläche erzeugt wird. Dies erfordert eine Abdichtung des Unterdruckvolumens gegenüber der Umgebung, was auf rauen Asphaltstraßen schwierig realisierbar ist.Alternative braking systems are necessary for this, which transfer the braking power to the road independently of the tires. One possibility for implementation are brake plates, which are lowered onto the road. In order to provide sufficient braking power by means of friction, the brake plate must be pressed onto the road surface with great force. However, this pressing force is limited by the vehicle mass. If the brake plate is supported on the body of the vehicle, this reduces the contact pressure of the tires on the road surface and thereby worsens the braking performance of conventional brakes and the controllability of the vehicle. In the DE102009034582A1 the contact pressure of the brake plate is provided by a negative pressure which is generated between the brake plate and the road surface. This requires the vacuum volume to be sealed off from the environment, which is difficult to achieve on rough asphalt roads.

Ausgehend hiervon liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bremsvorrichtung zum Übertragen der Bremskraft mit Hilfe einer Bremsplatte bereitzustellen.Starting from this, the object is to provide an improved braking device for transmitting the braking force with the aid of a brake plate.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bremsvorrichtung gemäß Anspruch 1. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsvarianten erläutert.The object is achieved by a braking device according to claim 1. Advantageous design variants are explained in the dependent claims.

Die Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug zur Fortbewegung auf einer Fahrbahn weist eine Bremsplatte auf, wobei die Bremsplatte an der Fahrzeugunterseite angeordnet ist und auf ihrer fahrzeugabgewandten Seite mit Bürsten besetzt sowie auf die Fahrbahn absenkbar ist. Die Enden der Bürsten, die ausgebildet sind mit der Fahrbahn einen Formschluss einzugehen, sind in Richtung Fahrzeugfront geneigt und weisen ohne Krafteinwirkung einen spitzen Winkel mit der Flächennormalen der Fahrbahn auf.The braking device for a vehicle for locomotion on a roadway has a brake plate, the brake plate being arranged on the underside of the vehicle and being fitted with brushes on its side facing away from the vehicle and being able to be lowered onto the roadway. The ends of the brushes, which are designed to form a form fit with the roadway, are inclined in the direction of the front of the vehicle and, without the action of force, have an acute angle with the surface normal of the roadway.

Die Bremsplatte ist mit Bürsten besetzt, wobei die Bürstenenden einen Formschluss mit den mikroskopischen Unebenheiten der rauen Fahrbahn eingehen. Der Formschluss zwischen Bürsten und Fahrbahn ist in diesem Fall so definiert, dass die Unebenheiten der Fahrbahn, in welche die Enden der Bürsten eindringen können, die Bewegung der Bürsten zumindest in Richtung Fahrzeugfront sperren. Dies erfolgt unter anderem dadurch, dass die Seitenflächen der Vertiefung diesen im Weg stehen. Die Fahrzeugfront ist die Seite des Fahrzeugs, welche in der Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs nach vorne weist. Durch den Formschluss ist ein deutlich geringerer Anpressdruck nötig, als das bei einem gleichwertigen Bremsvorgang mittels Reibung der Fall wäre.The brake plate is fitted with brushes, with the brush ends entering into a form fit with the microscopic unevenness of the rough road surface. The form fit between the brushes and the roadway is defined in this case in such a way that the unevenness of the roadway into which the ends of the brushes can penetrate block the movement of the brushes at least in the direction of the front of the vehicle. One of the reasons for this is that the side surfaces of the depression stand in the way. The front of the vehicle is the side of the vehicle that faces forward in the main direction of movement of the vehicle. Due to the form fit, a significantly lower contact pressure is required than would be the case with an equivalent braking process using friction.

Die fahrbahnnahen Bürstenenden sind zusätzlich in Richtung Fahrzeugfront geneigt und weisen im Ruhezustand einen spitzen Winkel a mit einer Winkelweite zwischen 1° und 89° mit der Fahrbahnflächennormalen auf. Durch den Winkel verringert sich die Steifigkeit der Bürsten in Richtung der Fahrbahnflächennormalen, wodurch sich jede Bürste besonders gut und individuell an die Unebenheiten der Fahrbahn anpassen kann, wodurch ein sicherer Formschluss möglichst aller Bürsten gewährleistet wird. Die Ausrichtung der Bürsten in Richtung der Fahrzeugfront stellt sicher, dass sich diese gegen die Hauptfahrtrichtung an den Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche abstützen können und der Formschluss während des Bremsvorganges möglichst lange erhalten bleibt. Dies stellt einen maximalen Energieübertrag auf die Bremsvorrichtung sicher und realisiert somit eine hohe Bremskraft.The brush ends close to the road are also inclined towards the front of the vehicle and have an acute angle when not in use a with an angular width between 1 ° and 89 ° with the normal to the road surface. The angle reduces the rigidity of the brushes in the direction of the normal to the road surface, which means that each brush can be adapted particularly well and individually to the unevenness of the road, which ensures a secure form fit for as many brushes as possible. The alignment of the brushes in the direction of the front of the vehicle ensures that they can be supported against the main direction of travel on the unevenness of the road surface and that the form fit is maintained for as long as possible during the braking process. This ensures maximum energy transfer to the braking device and thus realizes a high braking force.

Die volle Bremswirkung durch den Formschluss wird bereits bei einer, im Vergleich zu einer auf Reibung basierenden Bremse, niedrigeren Anpresskraft erreicht. Dies resultiert in einer verringerten Abstützkraft der Bremsvorrichtung an der Karosserie minimiert werden kann. Hierdurch bleibt die Anpresskraft der Reifen auf die Fahrbahn nahezu unverändert erhalten, wodurch die Bremskraft der Standardbremsen sowie die Lenkbarkeit des Fahrzeugs nur gering eingeschränkt wird. Anders verhält es sich bei Systemen deren Bremsleistung proportional zur Anpresskraft ansteigt. Löst sich der Formschluss einzelner Bürsten wird trotzdem Energie über Reibungseffekte abgebaut, bis die Bürste eine neue formschlüssige Verbindung mit den Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche eingeht.The full braking effect through the form fit is already achieved with a lower contact force compared to a brake based on friction. This results in a reduced supporting force of the braking device on the body, which can be minimized. As a result, the pressing force of the tires on the road remains almost unchanged, so that the braking force of the standard brakes and the steerability of the vehicle are only slightly restricted. The situation is different with systems whose braking power increases proportionally to the contact pressure. If the interlocking of individual brushes is released, energy is still dissipated through friction effects until the brush enters into a new interlocking connection with the unevenness of the road surface.

Im Weiteren werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Bremsvorrichtung erläutert.Advantageous embodiments of the braking device are explained below.

Vorteilhafterweise weist die Bremsvorrichtung ein Absenkelement auf, wodurch die Bremsplatte vertikal absenkbar ist und eine, die Bremskraft übertragende, mechanische Verbindung zwischen Bremsplatte und Fahrzeug hergestellt ist.
Die Position der Bremsplatte betreffend, sind zwei wesentliche Stellungen zu unterscheiden. Eine Ruhestellung und eine Bremsstellung, wobei durch das Absenkelement ein Wechsel zwischen diesen beiden Stellungen möglich wird. In der Ruhestellung ist die Bremsplatte unter dem Fahrzeugboden durch eine Auslöseeinheit in Form einer Verriegelung fixiert und die Bürsten der Bremsvorrichtung haben keinen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche. Wird diese Verrieglung mittels Auslösesignal entriegelt, erlaubt die Mechanik des Absenkelements ein Absenken der Bremsplatte bis die Bürsten einen Anlagekontakt mit der Fahrbahnoberfläche eingehen, was über die bereits beschriebene Funktionsweise mittels Formschluss in einer Bremskraft resultiert. Daneben stellt das Absenkelement in jeder Position der Bremsplatte eine Befestigung dieser am Fahrzeug bereit. Dies ermöglicht die Übertragung der Bremskraft von der Bremsplatte auf das Fahrzeug. Eine Ausführungsform für das Absenkelement wäre beispielsweise ein Dreharm, welcher sowohl an der Fahrzeugkarosserie als auch an der Bremsplatte drehbar gelagert ist.The braking device advantageously has a lowering element, as a result of which the brake plate can be lowered vertically and a mechanical connection, which transmits the braking force, is established between the brake plate and the vehicle.
Regarding the position of the brake plate, two essential positions are to be distinguished. A rest position and a braking position, whereby the lowering element enables a change between these two positions. In the rest position, the brake plate is fixed under the vehicle floor by a release unit in the form of a lock and the brushes of the brake device have no contact with the road surface. If this locking is unlocked by means of a trigger signal, the mechanism of the lowering element allows the brake plate to be lowered until the brushes make contact with the road surface, which results in a braking force via the already described mode of operation by means of positive locking. In addition, the lowering element ensures that the brake plate is fastened to the vehicle in every position. This enables the braking force to be transmitted from the brake plate to the vehicle. One embodiment for the lowering element would be, for example, a rotary arm which is rotatably mounted both on the vehicle body and on the brake plate.

Beispielhafterweise weist die Bremsplatte ein starres und/oder ein flexibles Element auf.For example, the brake plate has a rigid and / or a flexible element.

Die Bremsplatte ist das zentrale, tragende Bauteil der Bremsvorrichtung. Die Bremsplatte umfasst zumindest abschnittsweise starre, inelastische Elemente, um die Tragfähigkeit zu gewährleisten. Die Fahrbahnoberfläche weist neben einer mikroskopischen Rauheit auch eine makroskopische Unebenheit, beispielsweise in Form von Spurrinnen, auf, die sich je nach Fahrbahnbelag unterscheiden. Die starren Elemente der Bremsplatte können durch flexible, elastische Elemente unterbrochen werden, wodurch die starren Elemente ihre Lage zueinander verändern können und die Bremsplatte in ihrer Gesamtheit somit eine gewisse Flexibilität erhält, wodurch sich die Bremsplatte in ihrer Form an die makroskopischen Unebenheiten der Fahrbahn anpassen kann. Über die Größe, Form und Anordnung der flexiblen und starren Elemente lässt sich die Flexibilität und Tragfähigkeit individuell einstellen und an die mehrheitlich vorliegenden Fahrbahnbeläge anpassen. Ist der Anteil ebener Straßen größer als der Anteil unebener Straßen, so dominieren die starren Elemente den Aufbau der Bremsplatte. Ist dagegen der Anteil unebener Fahrbahnen größer, werden günstiger Weise vermehrt flexible Elemente in die Bremsplatte integriert, um die Elastizität und Flexibilität der Bremsplatte zu steigern.The brake plate is the central, load-bearing component of the brake device. The brake plate comprises, at least in sections, rigid, inelastic elements in order to ensure the load-bearing capacity. In addition to a microscopic roughness, the road surface also has a macroscopic unevenness, for example in the form of ruts, which differ depending on the road surface. The rigid elements of the brake plate can be interrupted by flexible, elastic elements, whereby the rigid elements can change their position relative to one another and the brake plate as a whole thus receives a certain flexibility, whereby the shape of the brake plate can adapt to the macroscopic unevenness of the roadway . The flexibility and load-bearing capacity can be individually adjusted via the size, shape and arrangement of the flexible and rigid elements and adapted to the predominantly existing road surfaces. If the proportion of flat roads is greater than the proportion of uneven roads, the rigid elements dominate the structure of the brake plate. If, on the other hand, the proportion of uneven road surfaces is greater, more flexible elements are advantageously integrated into the brake plate in order to increase the elasticity and flexibility of the brake plate.

Vorteilhafterweise weist die Bremsvorrichtung eine Anpresseinheit auf, welche ausgebildet ist die Bremsplatte vom Fahrzeug weg mit einer Anpresskraft zu beaufschlagen.
Die Anpresseinheit sorgt für eine zusätzliche Kraft, welche auf die Bremsplatte wirkt und von der Fahrzeugkarosserie weg in Richtung Fahrbahn zeigt. Um ein schnelles Absenken und den dauerhaften Wechsel von der Ruhestellung in die Bremsstellung zu gewährleisten, kann die Bremsvorrichtung um die Anpresseinheit erweitert werden. Damit eine maximale Bremskraft der Bremsvorrichtung sichergestellt ist, muss dieses möglichst schnell und dauerhaft mit der Fahrbahn in Anlagekontakt gebracht und gehalten werden können. Durch den Fahrwind und eine Federwirkung der Bürsten ist es denkbar, dass sich die Bremsvorrichtung wieder von der Fahrbahnoberfläche abhebt, was durch die Anpresseinheit verhindert wird.The braking device advantageously has a pressing unit which is designed to apply a pressing force to the brake plate away from the vehicle.
The pressure unit provides an additional force which acts on the brake plate and points away from the vehicle body in the direction of the road. In order to ensure rapid lowering and permanent change from the rest position to the braking position, the braking device can be expanded to include the pressure unit. So that a maximum braking force of the braking device is ensured, it must be able to be brought into contact with the roadway and held as quickly and permanently as possible. Due to the driving wind and a spring action of the brushes, it is conceivable that the braking device lifts off the road surface again, which is prevented by the pressure unit.

Beispielhafterweise ist die Anpresseinheit ausgebildet, das Eigengewicht und/oder ein Federelement und/oder einen hydraulischen und/oder pneumatischen Druckzylinder als Anpressmittel zu nutzen.For example, the pressing unit is designed to use its own weight and / or a spring element and / or a hydraulic and / or pneumatic pressure cylinder as the pressing means.

Die Nutzung des Eigengewichts ist konstruktionstechnisch einfach, da keine aktiven Bauteile benötigt würden. Daneben ist durch die Nutzung der Schwerkraft kein Abstützen der Anpresskraft am Fahrzeug selbst notwendig, wodurch die Radlast der Fahrzeugreifen auf die Fahrbahn erhalten bleibt.
Eine vorteilhafte Variante zur Erhöhung der Anpresskraft weist ein Federelement auf, welches ausgebildet ist die Bremsplatte mit einer Kraft zu beaufschlagen, welche vom Fahrzeug weg gerichtet ist. Hierzu kann das Federelement beispielsweise zwischen dem Fahrzeug und der Bremsvorrichtung eingespannt sein. Das Federelement befindet sich in Ruhestellung in einem vorgespannten Zustand. Die hierbei bereits anliegende Kraft wird durch die Verriegelung des Absenkelements gehalten. Dadurch, dass ein Federelement bei gleicher Masse eine höhere Federkraft aufbringen kann als die Gewichtskraft seines Eigengewichts, sind mit Hilfe des Federelements Gewichtseinsparungen möglich. Neben dem Vorteil, dass das Gesamtgewicht des Fahrzeugs sinkt, lässt sich besonders die ungefederte Masse der Bremsvorrichtung minimieren. Dies verringert Lastschwankungen der Bremsvorrichtung, indem von Fahrbahnunebenheiten ausgelöste Vertikalschwingungen der Bremsvorrichtung abgeschwächt werden. In diesem Zusammenhang wirkt das Federelement auch als Dämpfer.
Vorteilhafterweise kann die Anpresseinheit auch einen hydraulischen und/oder pneumatischen Druckzylinder aufweisen, welcher zwischen Fahrzeugkarosserie und Bremsvorrichtung angeordnet ist. Da ein Druckzylinder wahlweise auf der einen oder anderen Seite mit Druck beaufschlagt werden kann, ist es möglich diesen sowohl aus als auch einzufahren. Die Kraft des Druckzylinders wirkt somit auf die Bremsvorrichtung und drückt es im ersten Fall vom Fahrzeug weg in Richtung Fahrbahnoberfläche und erhöht damit den Anpressdruck. Im zweiten Fall kann nach erfolgreicher Bremsung, die Bremsvorrichtung wieder an das Fahrzeug herangezogen und von der Fahrbahn abgehoben werden, bis sich dieses wieder in der Ruhestellung befindet. Hierdurch kann die Vorrichtung automatisiert in die Ruhestellung zurückkehren und ist direkt wieder einsatzbereit. Eine weitere Funktion des Druckzylinders ist der variable Druck in diesem, wodurch sich eine variable Anpresskraft der Bremsvorrichtung auf die Fahrbahn realisierbar ist. Die Anpresskraft wird so gewählt, dass eine maximale Verzögerung erreicht wird und gleichzeitig die Lenkbarkeit des Fahrzeugs erhalten bleibt.The use of the dead weight is structurally simple, since no active components are required. In addition, the use of gravity means that there is no need to support the contact force on the vehicle itself, which means that the wheel load of the vehicle tires on the roadway is retained.
An advantageous variant for increasing the contact pressure has a spring element which is designed to apply a force to the brake plate which is directed away from the vehicle. For this purpose, the spring element can be clamped between the vehicle and the braking device, for example. In the rest position, the spring element is in a pretensioned state. The force already applied here is held by the locking of the lowering element. Because a spring element can apply a higher spring force than the weight of its own weight with the same mass, weight savings are possible with the aid of the spring element. In addition to the advantage that the overall weight of the vehicle is reduced, the unsprung mass of the braking device in particular can be minimized. This reduces load fluctuations in the braking device by attenuating vertical vibrations of the braking device caused by uneven road surfaces. In this context, the spring element also acts as a damper.
The pressing unit can advantageously also have a hydraulic and / or pneumatic pressure cylinder which is arranged between the vehicle body and the braking device. Since a pressure cylinder can be pressurized either on one side or the other, it is possible to extend and retract it. The force of the pressure cylinder thus acts on the Braking device and in the first case pushes it away from the vehicle towards the road surface, thus increasing the contact pressure. In the second case, after successful braking, the braking device can be pulled back to the vehicle and lifted off the road until it is in the rest position again. As a result, the device can automatically return to the rest position and is immediately ready for use again. Another function of the pressure cylinder is the variable pressure in it, as a result of which a variable contact pressure of the braking device on the roadway can be implemented. The contact pressure is selected in such a way that maximum deceleration is achieved and the vehicle remains steerable at the same time.

Bevorzugt weist die Bremsvorrichtung eine Auslöseeinheit auf, welche beispielsweise als Verriegelungselement und/oder Pumpaktuatorik ausgeführt ist.
Die Auslöseeinheit sorgt dafür, dass die Bremsvorrichtung zu einem definierten Zeitpunkt von der Ruhestellung in die Bremsstellung übergeht. Hierzu fixiert sie diese mittels einer Verriegelung und/oder Pumpaktuatorik in der Ruhestellung, indem sie die Bremsplatte mittels eines mechanischen Riegels zusätzlich zur Absenkeinheit direkt am Fahrzeugboden fixiert und/oder die Pumpaktuatorik den Druck im Druckzylinder so einstellt, dass dieser die Bremsvorrichtung in Richtung Fahrzeug zieht und dadurch in der Ruhestellung hält. Auf ein Auslösesignal hin entriegelt die Auslöseeinheit die Verriegelung wodurch die direkte Verbindung zwischen Fahrzeugboden und Bremsplatte gelöst wird und/oder der Druck im Druckzylinder so eingestellt wird, dass sich dessen Kraftrichtung umkehrt und die Bremsvorrichtung infolgedessen in Richtung Fahrbahn gedrückt wird. Die Pumpaktuatorik kann hydraulisch und/oder pneumatisch ausgelegt sein und erlaubt eine variable Einstellung des Drucks, womit sich die Anpresskraft der Bremsvorrichtung an die Fahrbahn anpassen lässt. Das Regelsignal kann die Pumpaktuatorik wie das Auslösesignal über eine Signalleitung von einer Steuereinheit erhalten.The braking device preferably has a release unit, which is designed, for example, as a locking element and / or pump actuator system.
The trigger unit ensures that the braking device changes from the rest position to the braking position at a defined point in time. To do this, it fixes it in the rest position by means of a lock and / or pump actuators by fixing the brake plate directly to the vehicle floor using a mechanical latch in addition to the lowering unit and / or the pump actuators adjusting the pressure in the pressure cylinder so that it pulls the braking device in the direction of the vehicle and thus holds in the rest position. In response to a trigger signal, the trigger unit unlocks the lock, thereby releasing the direct connection between the vehicle floor and the brake plate and / or adjusting the pressure in the pressure cylinder so that its direction of force is reversed and the braking device is consequently pressed towards the road. The pump actuator system can be designed hydraulically and / or pneumatically and allows a variable setting of the pressure, with which the contact pressure of the braking device can be adapted to the roadway. The control signal can be received by the pump actuators like the trigger signal via a signal line from a control unit.

Bevorzugt ist die Auslöseeinheit mit einem Steuergerät über eine Signalleitung verbunden, wobei das Steuergerät ausgebildet ist die Bremsvorrichtung automatisch auszulösen.
Ein typischer Zeitpunkt für eine automatische Auslösung stellt eine Notbremsung des Fahrzeugs dar. Eine Notbremsung ist eine Fahrsituation in welcher die Bremsleistung der Standardbremsanlage nicht ausreicht die Trajektorie des Fahrzeugs derart zu verändern, dass ein Schadensereignis verhindert wird. Zu diesem Zweck erhält die Steuereinheit Daten von weiteren Fahrassistenzsystemen, welche eine Einschätzung der aktuellen Fahrsituation erlauben. Erkennt die Steuereinheit eine Notbremsung, sendet sie ein Auslösesignal über eine Signalleitung an die Auslöseeinheit der Bremsvorrichtung, welche in Folge dessen die Bremsvorrichtung auf die Fahrbahn absenkt. In der Ausführungsform mit zumindest einem Druckzylinder übernimmt die Steuereinheit zusätzlich die Steuerung der Pumpaktuatorik, indem sie den Druck, welcher von der Pumpaktuatorik erzeugt wird, regelt. Hierzu ist die Steuereinheit mit der Pumpaktuatorik verbunden. Somit kann das Fahrzeug bei einer Vollbremsung rechtzeitig mehr kinetische Energie abbauen, als das mit herkömmlichen Bremssystemen der Fall ist. Hierdurch lassen sich Auffahrunfälle möglichst verhindern oder zumindest in ihrer Schadenswirkung minimieren.The triggering unit is preferably connected to a control device via a signal line, the control device being designed to automatically trigger the braking device.
A typical point in time for automatic triggering is emergency braking of the vehicle. Emergency braking is a driving situation in which the braking power of the standard braking system is not sufficient to change the trajectory of the vehicle in such a way that a damaging event is prevented. For this purpose, the control unit receives data from further driver assistance systems, which allow an assessment of the current driving situation. If the control unit detects emergency braking, it sends a trigger signal via a signal line to the trigger unit of the braking device, which as a result lowers the braking device onto the roadway. In the embodiment with at least one pressure cylinder, the control unit also takes over the control of the pump actuators by regulating the pressure generated by the pump actuators. For this purpose, the control unit is connected to the pump actuators. Thus, in the event of an emergency braking, the vehicle can reduce more kinetic energy in good time than is the case with conventional braking systems. This way, rear-end collisions can be prevented as far as possible or at least their damage effects can be minimized.

Vorzugsweise ist auf der fahrbahnzugewandten Seite der Bremsplatte eine flexible, elastische Bürstenaufnahme, beispielsweise aus Gummi, angeordnet, in welcher die Bürsten beweglich verankert sind.
Über die Bürstenaufnahme sind die Bürsten mit der Bremsplatte verbunden, können sich aber unter Krafteinwirkung in der Bürstenaufnahme bewegen. Diese gedämpfte Bewegung der Bürsten in der Bürstenaufnahme baut über die Dämpfung Energie ab und trägt somit zur Bremswirkung bei. Zusätzlich ist die Beweglichkeit der Bürsten derart ausgestaltet, dass ein Abbrechen dieser verhindert wird, indem die Bewegung der Bürsten ein beenden des Formschlusses mit der Fahrbahn erlaubt, wenn die Kraft auf die Bürsten zu groß wird. Außerdem ist der Schaden an der Fahrbahn, im Vergleich zu Bremsen welche invasiv in die Fahrbahn eingreifen, durch die relativ feinen Bürsten minimal.A flexible, elastic brush holder, for example made of rubber, in which the brushes are movably anchored, is preferably arranged on the side of the brake plate facing the road.
The brushes are connected to the brake plate via the brush holder, but can move in the brush holder under the action of force. This damped movement of the brushes in the brush holder dissipates energy through the damping and thus contributes to the braking effect. In addition, the mobility of the brushes is designed in such a way that they are prevented from breaking off, in that the movement of the brushes allows the form fit with the roadway to be terminated if the force on the brushes becomes too great. In addition, the damage to the road, compared to brakes which invasively intervene in the road, is minimal due to the relatively fine brushes.

Bevorzugt sind die Bürsten aus einem Metall ausgebildet.
Da während des Bremsvorgangs Reibung zwischen den Bürsten und der rauen Fahrbahnoberfläche auftritt, kommt es zu Abnutzungserscheinungen an den Bürsten, welche zu einer stetigen Verkürzung der Bürsten führt. Um eine möglichst lange Haltbarkeit der Bürsten zu gewährleisten, sind diese aus einem Material mit möglichst hoher Abriebfestigkeit ausgebildet. Außerdem werden die Bürsten während des Bremsvorgangs stark verformt. Deshalb weist das Bürstenmaterial außerdem eine ausreichende Flexibilität auf, dass es nach Beenden des Bremsvorgangs wieder in seine Ursprungsform zurückkehrt. Die Bürsten weisen eine möglichst hohe Eigendämpfung auf, um durch die Verformung während des Bremsvorgangs möglichst viel Energie abzubauen und somit Bremsleistung zu erzielen. Ein Material, welches diese Eigenschaften zumindest bis zu einem bestimmten Grad in sich vereint, wäre beispielsweise ein Metall.The brushes are preferably formed from a metal.
Since there is friction between the brushes and the rough road surface during the braking process, the brushes wear out, which leads to the brushes becoming shorter. In order to ensure the longest possible durability of the brushes, they are made of a material with the highest possible abrasion resistance. In addition, the brushes are severely deformed during the braking process. Therefore, the brush material also has sufficient flexibility that it returns to its original shape after the end of the braking process. The brushes have as high a level of self-damping as possible in order to dissipate as much energy as possible through the deformation during the braking process and thus to achieve braking performance. A material that combines these properties at least to a certain degree would be a metal, for example.

Vorteilhafterweise weisen die Bürsten einen Knick auf, wobei die Spitze des Knicks in Richtung des Fahrzeughecks weist.The brushes advantageously have a kink, the tip of the kink pointing in the direction of the rear of the vehicle.

Der Knick in der Bürste teilt diese in einen fahrzeugnahen Teil, welcher in der Bürstenaufnahme verankert ist, und einen fahrbahnnahen Teil, welcher mit der Fahrbahn in Anlagekontakt tritt. Der fahrbahnnahe Teil macht idealerweise zwei Drittel der Gesamtlänge der Bürste aus. Durch die Ausgestaltung mit einem Knick ändert sich die Geometrie zwischen dem fahrbahnnahen Ende der Bürste und der Fahrbahnoberfläche nicht. Der Knick in der Bürste führt dazu, dass sich die Bürste selbst wie ein Federelement verhält, welches ein Einfedern in Richtung der Fahrbahnflächennormalen ermöglicht. Daraus resultiert eine erhöhte Elastizität der Bürste in Richtung der Flächennormalen. Die hierdurch erhöhte Anpassungsfähigkeit der Bürsten, fördert den möglichst flächendeckenden Formschluss aller Bürsten mit der Fahrbahn. Außerdem erlaubt es den Bürsten den Formschluss durch ein Ausweichen in Richtung Fahrzeug zu beenden. Hierdurch kann ein Abbrechen der Bürsten möglichst verhindert werden. Wirkt in dieser Ausgestaltung der Bürsten eine Kraft auf den fahrbahnnahen Teil der Bürste, wird diese vermehrt quer zur Längsrichtung des oberen, fahrzeugnahen Teils der Bürste auf diese übertragen. Dies resultiert in einem verstärkten Verkippen des fahrzeugnahen Teils der Bürste in der Bürstenaufnahme. Durch die, im Gegensatz zur geraden Bürste, verstärkte Bewegung der Bürsten in der Bürstenaufnahme wird der Energieabbau in diesem Bereich verstärkt, womit auch die Bremsleistung zunimmt.The kink in the brush divides it into a part near the vehicle, which is anchored in the brush holder, and a part near the road, which comes into contact with the road. The part close to the road ideally makes up two thirds of the total length of the brush. As a result of the design with a kink, the geometry between the end of the brush near the road and the road surface does not change. The kink in the brush means that the brush itself behaves like a spring element, which enables it to deflect in the direction of the normal to the road surface. This results in an increased elasticity of the brush in the direction of the surface normal. The increased adaptability of the brushes as a result promotes the most extensive form fit of all brushes with the roadway. In addition, it allows the brushes to terminate the form fit by swerving in the direction of the vehicle. This can prevent the brushes from breaking off as far as possible. If, in this embodiment of the brush, a force acts on the part of the brush close to the roadway, it is increasingly transmitted to the brush at right angles to the longitudinal direction of the upper part of the brush close to the vehicle. This results in increased tilting of the part of the brush close to the vehicle in the brush holder. In contrast to the straight brush, the increased movement of the brushes in the brush holder increases the energy dissipation in this area, which also increases the braking power.

Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert.Refinements and features of the invention are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and figures.

Dabei zeigen:

1 ein Fahrzeug mit einer Bremsvorrichtung;
2 die Bremsvorrichtung aus 1 in einer vergrößerten Darstellung.

Show:

1 a vehicle with a braking device;
2 the braking device off 1 in an enlarged view.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1 auf einer Fahrbahn 2. Das Fahrzeug 1, welches als Straßenfahrzeug ausgebildet ist, weist ein Bremssystem 3 auf. Das Bremssystem 3 befindet sich mit der Fahrbahn 2 in Anlagekontakt und somit in Bremsstellung. Die Verbindung zwischen Fahrzeug 1 und der Bremsvorrichtung 3 wird über eine Absenkelement 4 hergestellt, welches ein vertikales Anheben und Absenken der Bremsvorrichtung 3 erlaubt. Beispielhaft ist das Absenkelement 4 als Dreharm dargestellt.
Der Anpressdruck der Bremsvorrichtung 3 auf die Fahrbahn 2 wird über ein Anpresselement 5 verstärkt, welches zu diesem Zweck beispielhaft zwischen Fahrzeug 1 und Bremsvorrichtung 3 angeordnet ist. Das nur schematisch eingezeichnete Anpresselement 5 kann nur das Eigengewicht der Bremsvorrichtung und/oder ein Federelement und/oder einen Druckzylinder umfassen.
Ausgelöst wird die Bremsvorrichtung 3 mit Hilfe einer Auslöseeinheit 6, welche über eine Signalleitung 7 mit einer Steuereinheit 8 verbunden ist. Die ebenfalls nur schematisch dargestellte Auslöseeinheit 6 umfasst eine Verriegelung und/oder eine Pumpaktuatorik, welche nicht separat dargestellt sind. Die Verriegelung fixiert die Bremsvorrichtung 3 in der nicht dargestellten Ruhestellung, wobei die Bremsvorrichtung in dieser Stellung angehoben ist und nicht in Kontakt mit der Fahrbahn steht. Die Verriegelung kann von der Auslöseeinheit 6 auf ein Auslösesignal hin geöffnet werden, worauf die Bremsvorrichtung nicht mehr in der Ruhestellung fixiert ist. In der Ausführungsform mit einem Druckzylinder kann das Auslösen auch mit der Pumpaktuatorik realisiert werden, welche den Druckzylinder im Anpresselement 5 mit Druck beaufschlagt. Das Regelsignal für den einzustellenden Druck im Druckzylinder erhält die Pumpaktuatorik ebenfalls über die Signalleitung 7 von der Steuereinheit 8.
Die Steuereinheit 8 steht stellvertretend für alle Regel- und Assistenzsysteme des Fahrzeugs 1. Insbesondere hat es Zugriff auf Daten, welche eine Einschätzung der Fahrsituation hinsichtlich einer Notbremsung ermöglichen.
Somit ist es möglich, die Bremsvorrichtung als automatische Notbremse einzusetzen. Erkennt die Steuereinheit 8 eine kritische Fahrsituation, in der die Fahrzeugtrajektorie unter alleiniger Nutzung der Standardbremsen zu einem Unfall führen würde, sendet sie ein Auslösesignal über die Signalleitung 7 an die Auslöseeinheit 6. Die Auslöseeinheit 6 entriegelt daraufhin die Bremsvorrichtung 3, welche infolgedessen durch Absenken von der Ruhe- in die Bremsstellung wechselt. In der Bremsstellung steht die Bremsvorrichtung 3 in Anlagekontakt mit der Fahrbahn 2. Die Anpresskraft auf die Fahrbahn 2 wird durch die Anpresseinheit 5 erhöht, um die Bremsleistung zu steigern.
2. zeigt eine detailliertere Darstellung der Bremsvorrichtung 3 als Schnittbild in Seitenansicht. Die Hauptbewegungsrichtung wird durch einen Pfeil 13, welcher in Richtung Fahrzeugfront 1a weist angedeutet. Die Bremsplatte 9 ist das tragende Element und stützt die gesamte Konstruktion. An einer fahrbahnseitigen Oberfläche der Bremsplatte 9 schließt sich direkt die Bürstenaufnahme 10 an. Die Bürstenaufnahme 10 ist das Trägersystem in welchem die Bürsten 11 verankert sind. Die Bürstenaufnahme stellt eine flexible Aufnahme für die Bürsten 11 dar und erlaubt eine gedämpfte Bewegung der Bürsten 11, wenn eine Kraft auf diese wirkt. Durch die flexiblen und dämpfenden Eigenschaften der Bürstenaufnahme 10 findet eine Energieaufnahme statt und es entsteht somit eine Bremswirkung. Zudem verhindert die Beweglichkeit der Bürsten 11 möglichst ein Abbrechen der Bürsten 11.
Die fahrbahnseitigen Enden der Bürsten 11a sind ausgebildet einen Formschluss mit den mikroskopischen Rauigkeiten der Fahrbahn 2 einzugehen, wenn sie mit dieser in Anlagekontakt stehen. Der Formschluss verhindert, dass sich die fahrbahnseitigen Enden der Bürsten 11a zumindest nicht in Richtung Fahrzeugfront 13 bewegen können, da ihnen in dieser Richtung eine Unebenheit der Fahrbahn 2 im Weg steht. Auf diese Weise wird durch den Formschluss zwischen Bürsten 11 und Fahrbahn 2 eine Bremswirkung bereitgestellt.
Die Geometrie des Anlagekontakts wird mit Hilfe der Flächennormalen 12 beschrieben. Die Flächennormale 12 steht definitionsgemäß senkrecht auf einer Ebene, welche durch die Oberfläche der Fahrbahn 2 gebildet wird. Die fahrbahnseitigen Enden der Bürsten 11a zeigen Richtung Fahrzeugfront 13 und schließen mit der Flächennormalen 12 einen Winkel a ein. Solange keine Kraft auf die Bürsten 11 wirkt ist der Winkel a ein spitzer Winkel. Die Ausrichtung der Bürsten 11 hat zur Folge, dass diese eine erhöhte Flexibilität in Richtung der Flächennormalen 12 aufweisen. Die erhöhte Flexibilität ermöglicht es, dass möglichst jede Bürste 11 individuell an die Oberfläche der Fahrbahn 2 gedrückt wird, wodurch mehr Bürsten einen Formschluss mit der Oberfläche der Fahrbahn 2 eingehen, wodurch die Bremskraft gesteigert wird.
Zusätzlich können die Bürsten einen Knick 14 aufweisen, welcher diese in einen fahrbahnseitigen Teil 11b und einen fahrzeugseitigen Teil 11c trennt. Der fahrbahnseitige Teil 11b ist mit der Fahrbahn 2 in Kontakt, während der fahrzeugseitige Teil 11c in der Bürstenaufnahme 10 verankert ist. Der Knick 14 ist so orientiert, dass die entstehende Spitze in Richtung Fahrzeugheck 1b zeigt. Die zuvor beschriebene Geometrie den Anlagekontakts zwischen dem fahrbahnseitigen Ende der Bürste 11a und der Fahrbahn 2 bleibt hierdurch unverändert. Durch den Knick 14 ist die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Bürsten 11 in Richtung der Flächennormale 12 weiter gesteigert, was über den bereits beschriebenen Zusammenhang die Bremskraft erhöht. Daneben greift die Bremskraft durch den Knick 14 nicht parallel, sondern quer zur Längsrichtung am fahrzeugnahen Teil der Bürste 11c an. Hierdurch wird dieser Teil verstärkt in der Bürstenaufnahme 10 verkippt. Daraus resultiert über die Dämpfung ein, im Vergleich zu einer Bürste 11 ohne Knick, erhöhter Energieabbau. Durch den Knick 14 wird folglich auch die Bremswirkung der einzelnen Bürste 11 verstärkt. 1 shows schematically a side view of a vehicle 1 on a roadway 2 . The vehicle 1 , which is designed as a road vehicle, has a braking system 3rd on. The braking system 3rd is located with the roadway 2 in contact with the system and thus in the braking position. The connection between the vehicle 1 and the braking device 3rd is via a lowering element 4th manufactured, which a vertical raising and lowering of the braking device 3rd allowed. The lowering element is an example 4th shown as a swivel arm.
The contact pressure of the braking device 3rd onto the roadway 2 is via a pressure element 5 reinforced, which for this purpose is an example between vehicle 1 and braking device 3rd is arranged. The only schematically drawn pressure element 5 can only include the dead weight of the braking device and / or a spring element and / or a pressure cylinder.
The braking device is triggered 3rd with the help of a trip unit 6th , which via a signal line 7th with a control unit 8th connected is. The release unit, which is also only shown schematically 6th includes a lock and / or a pump actuator, which are not shown separately. The lock fixes the braking device 3rd in the rest position, not shown, the braking device being raised in this position and not in contact with the roadway. The lock can be operated from the trip unit 6th be opened in response to a trigger signal, whereupon the braking device is no longer fixed in the rest position. In the embodiment with a pressure cylinder, the triggering can also be realized with the pump actuators, which the pressure cylinder in the pressure element 5 pressurized. The control signal for the pressure to be set in the pressure cylinder is also sent to the pump actuators via the signal line 7th from the control unit 8th .
The control unit 8th stands for all control and assistance systems of the vehicle 1 . In particular, it has access to data that enable an assessment of the driving situation with regard to emergency braking.
It is thus possible to use the braking device as an automatic emergency brake. Detects the control unit 8th a critical driving situation in which the vehicle trajectory would lead to an accident using only the standard brakes, it sends a trigger signal via the signal line 7th to the trip unit 6th . The trip unit 6th then unlocks the braking device 3rd which as a result changes from the rest to the braking position by lowering. The braking device is in the braking position 3rd in contact with the roadway 2 . The contact pressure on the roadway 2 is through the pressure unit 5 increased to increase braking performance.
2 . shows a more detailed representation of the braking device 3rd as a sectional view in side view. The main direction of movement is indicated by an arrow 13th , which in the direction of the front of the vehicle 1a indicates indicated. The brake plate 9 is the load-bearing element and supports the entire construction. On a surface of the brake plate facing the road 9 the brush holder closes directly 10 at. The brush holder 10 is the carrier system in which the brushes 11 are anchored. The brush holder provides a flexible holder for the brushes 11 and allows a dampened movement of the brushes 11 when a force acts on it. Thanks to the flexible and dampening properties of the brush holder 10 energy is absorbed and this creates a braking effect. It also prevents the brush from moving 11 breaking off the brushes if possible 11 .
The roadside ends of the brushes 11a are formed a form fit with the microscopic roughness of the roadway 2 enter when they are in system contact with it. The positive fit prevents the ends of the brushes on the roadway side from each other 11a at least not in the direction of the front of the vehicle 13th can move as they face a bump in the roadway in this direction 2 stands in the way. In this way, the form fit between the brushes 11 and roadway 2 a braking effect provided.
The geometry of the contact is determined with the help of the surface normals 12th described. The surface normal 12th stands by definition perpendicular to a plane which passes through the surface of the roadway 2 is formed. The roadside ends of the brushes 11a point towards the front of the vehicle 13th and close with the surface normal 12th an angle a a. As long as there is no force on the brushes 11 is the angle a an acute angle. The orientation of the brushes 11 has the consequence that this has an increased flexibility in the direction of the surface normal 12th exhibit. The increased flexibility makes it possible to use any brush 11 individually to the surface of the roadway 2 is pressed, whereby more brushes a form fit with the surface of the roadway 2 enter, whereby the braking force is increased.
In addition, the brushes can have a kink 14th have, which these in a roadway-side part 11b and a vehicle-side part 11c separates. The road-side part 11b is with the roadway 2 in contact while the vehicle-side part 11c in the brush holder 10 is anchored. The kink 14th is oriented so that the resulting tip points towards the rear of the vehicle 1b shows. The previously described geometry of the system contact between the road-side end of the brush 11a and the roadway 2 remains unchanged. Through the kink 14th is the flexibility and adaptability of the brushes 11 in the direction of the surface normal 12th further increased, which increases the braking force via the relationship already described. In addition, the braking force takes effect through the kink 14th not parallel, but transversely to the longitudinal direction on the part of the brush near the vehicle 11c at. As a result, this part is reinforced in the brush holder 10 tilted. This results in a dampening effect compared to a brush 11 without kink, increased energy dissipation. Through the kink 14th consequently also the braking effect of the individual brush 11 reinforced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Fahrzeugvehicle
1a1a: FahrzeugfrontVehicle front
1b1b: FahrzeugheckVehicle rear
22: Fahrbahnroadway
33: BremsvorrichtungBraking device
44th: AbsenkelementLowering element
55: AnpresseinheitPressing unit
66th: AuslöseeinheitTrip unit
77th: SignalleitungSignal line
88th: SteuereinheitControl unit
99: BremsplatteBrake plate
1010: BürstenaufnahmeBrush holder
1111: Bürstebrush
11a11a: Fahrbahnseitiges Ende einer BürsteRoadside end of a brush
11b11b: Fahrbahnseitiger Teil einer BürsteRoadside part of a brush
11c11c: Fahrzeugseitiger Teil einer BürstePart of a brush on the vehicle side
1212th: Flächennormale der FahrbahnSurface normals of the roadway
1313th: Pfeil in Richtung FahrzeugfrontArrow pointing towards the front of the vehicle
1414th: BürstenknickBrush kink
aa: Winkel zwischen Bürste und Flächennormale der FahrbahnAngle between the brush and the surface normal of the roadway

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102009034582 A1 [0003]

Claims

Braking device (3) for a vehicle (1) moving on a roadway (2), comprising: • a brake plate (9) arranged on the underside of the vehicle, • where the brake plate (9) is covered with brushes (11) on its side facing away from the vehicle, • where the brake plate (9) is designed to be lowered onto a roadway, • whereby the brushes (11) are designed to come into positive contact with the roadway (2), • wherein the ends of the brushes (11a) are inclined in the direction of the front of the vehicle (1a) and, in the resting state, have an acute angle (a) with the surface normal (12) of the roadway (2).

Braking device (3) after Claim 1 , characterized in that the braking device (3) has a lowering element (4), whereby the brake plate (8) can be lowered vertically and a mechanical connection is established between the brake plate (9) and the vehicle (1) which transmits the braking force.

Braking device (3) after Claim 1 or 2 , characterized in that the brake plate (9) has a rigid and / or a flexible element.

Braking device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the braking device (3) has a pressing unit (5) which is designed to apply a pressing force to the brake plate (9) away from the vehicle (1).

Braking device (3) after Claim 4 , characterized in that the pressing unit (5) is designed to use its own weight and / or a spring element and / or a hydraulic and / or pneumatic pressure cylinder as the pressing means.

Braking device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the braking device (3) has a release unit (6) which is designed, for example, as a locking element and / or pump actuator system.

Braking device (3) after Claim 6 , characterized in that the pump actuator controls the pressure cylinder hydraulically or pneumatically.

Braking device (3) after Claim 6 or 7th , characterized in that the trigger unit (6) is connected to a control device (8) via a signal line (7), the control device (8) being designed to automatically trigger the braking device (3).

Braking device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that an elastic brush holder (10), for example made of rubber, in which the brushes (11) are movably anchored, is arranged on the side of the brake plate (9) facing away from the vehicle.

Braking device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the brushes (11) have a kink (14), the tip of the kink pointing in the direction of the rear of the vehicle.