DE102020212666A1

DE102020212666A1 - Elektromagnetische bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020212666A1
Application number: DE102020212666.6A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Isono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2021-04-08
Also published as: JP7136058B2; JP2021060092A; US20210102587A1; CN112628322B; US11525491B2; CN112628322A

Abstract

Eine elektromagnetische Bremsvorrichtung drückt durch die elektromagnetische Kraft eines elektromagnetischen Aktuators über ein Reibmaterial eine Druckplatte entlang einer Achse gegen einen Bremsrotor. Die elektromagnetische Bremsvorrichtung umfasst ein Stützelement, das auf der dem Bremsrotor gegenüberliegenden Seite der Druckplatte angeordnet ist und das von einem Gehäuse so gestützt wird, dass es entlang der Achse verschiebbar und um die Achse nicht drehbar ist, und ein Wellenelement, das eine Kraft in der Richtung entlang der Achse zwischen der Druckplatte und dem Stützelement überträgt. Eine elektromagnetische Spule und ein Anker des elektromagnetischen Aktuators sind zwischen der Druckplatte und dem Stützelement von der Druckplatte beabstandet, die elektromagnetische Spule ist durch das Gehäuse gestützt, und der Anker ist durch das Stützelement gestützt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische B rem svorrichtu ng.
Beschreibung des Stands der Technik
Die elektromagnetische Bremsvorrichtung drückt ein Reibelement durch eine elektromagnetische Kraft anstelle eines hydraulischen Drucks gegen ein Drehelement und erzeugt durch eine Reibkraft zwischen dem Drehelement und dem Reibelement eine Bremskraft. Beispielsweise beschreibt die japanische Patentanmeldung Nr. 2019-108916 ( JP 2019 - 108916 A ) eine Brems-/Antriebsvorrichtung, die für ein Fahrzeug wie ein Elektrofahrzeug geeignet ist, in der eine elektromagnetische Bremsvorrichtung, die eine Bremskraft erzeugt, und eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft erzeugt, integral konfiguriert sind.
Eine herkömmliche elektromagnetische Bremsvorrichtung umfasst einen Bremsrotor, der sich zusammen mit einem Drehelement, z.B. einem abzubremsenden Rad, um eine Achse dreht, ein Reibelement und einen elektromagnetischen Aktuator, der das Reibelement durch eine elektromagnetische Kraft gegen den Bremsrotor drückt. Das Reibelement wird von einem Gehäuse so gestützt, dass es sich entlang der Achse hin- und herbewegen kann, aber an einer Drehung um die Achse gehindert wird, und wird durch eine Rückstellfeder in eine Richtung weg vom Bremsrotor gedrückt.
Insbesondere die in 4 der oben genannten Veröffentlichung gezeigte elektromagnetische Bremsvorrichtung umfasst ein Drehmomentaufnahmeelement, einen Umwandlungsmechanismus und eine Schraubenwelle, wobei ein elektromagnetischer Aktuator als Reibelement fungiert, und wobei der elektromagnetische Aktuator einen Anker, der als Reibelement fungiert, und eine elektromagnetische Spule umfasst, die den Anker durch eine elektromagnetische Kraft gegen einen Bremsrotor drückt. Der Umwandlungsmechanismus ist zwischen dem Anker und dem Drehmomentaufnahmeelement angeordnet und wandelt ein vom Bremsrotor erhaltenes Drehmoment in eine Axialkraft um, wenn der Anker gegen den Bremsrotor gedrückt wird.
Das Drehmomentaufnahmeelement wird durch das Gehäuse so gestützt, dass es sich entlang einer Achse hin- und herbewegen kann, aber nicht um die Achse drehbar ist, und wird durch ein am Innenumfangsabschnitt vorgesehenes Innengewinde auf ein Außengewinde einer Schraubenwelle geschraubt. Ein Steigungswinkel des am Innenumfangsabschnitt vorgesehenen Innengewindes und des Außengewindes der Schraubenwelle ist klein, und die Drehbewegung der Schraubenwelle wird in die Linearbewegung entlang der Achse des Drehmomentaufnahmeelements umgewandelt, wobei die umgekehrte Umwandlung nicht durchgeführt wird. Die Schraubenwelle hat einen Flansch, und zwischen dem Flansch und einem Gehäuse, das die Schraubenwelle drehbar lagert, sind ein Drucklager und ein Lastdetektor angeordnet.
Ein Elektromotor ist am Gehäuse befestigt, und eine Abtriebswelle des Elektromotors ist über eine Keilnut mit der Schraubenwelle verbunden. Wenn die Schraubenwelle durch Antreiben des Elektromotors gedreht wird, wird das Drehmomentaufnahmeelement entlang der Achse bewegt, und des Weiteren wird der Anker bewegt. Daher fungieren der Elektromotor und die Schraubenwelle als Einstellvorrichtung, die die Position des Ankers in Bezug auf den Bremsrotor einstellt und des Weiteren den Anker während einer Feststellbremsung gegen den Bremsrotor drückt, um sie reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Beim Bremsen (während der Betriebsbremsung) wird der Anker gegen den Bremsrotor gedrückt, und ein durch den Anker vom Bremsrotor erhaltenes Drehmoment wird durch den Umwandlungsmechanismus in eine Axialkraft umgewandelt und auf das Drehmomentaufnahmeelement übertragen. Die Axialkraft wird vom Drehmomentaufnahmeelement auf die Schraubenwelle übertragen und über den Flansch, das Drucklager und den Lastdetektor auf das Gehäuse übertragen. Die wie oben beschrieben übertragene Axialkraft ist ein Indexwert der Bremskraft, die durch den Reibschluss zwischen dem Anker und dem Bremsrotor erzeugt wird, wobei der Lastdetektor diese Axialkraft erfasst.
Ein Signal, das die ermittelte Axialkraft anzeigt, wird in eine elektronische Steuereinheit eingegeben, und ein Signal, das einen Betrag der Bremsbetätigung anzeigt, z.B. eine Druckkraft auf ein Bremspedal durch einen Fahrer, wird ebenfalls in die elektronische Steuereinheit eingegeben. Die elektronische Steuereinheit berechnet eine Zielbremskraft jedes Rades auf der Grundlage des Bremsbetätigungsbetrags und steuert jeden elektromagnetischen Aktuator so, dass die vom Lastdetektor erfasste Axialkraft die der Zielbremskraft entsprechende Axialkraft wird, wodurch eine elektromagnetische Kraft gesteuert wird, die das Reibelement gegen den Bremsrotor drückt.
Bei der in 4 der oben genannten Veröffentlichung gezeigten elektromagnetischen Bremsvorrichtung umfasst der Umwandlungsmechanismus des Weiteren Nuten, die auf den einander zugewandten Oberflächen des Ankers und des Drehmomentaufnahmeelements vorgesehen sind und Rollelemente wie Kugeln, die zwischen den Nuten angeordnet sind. Jede Nut hat eine Tiefe, die so eingestellt ist, dass sie vom Mittelabschnitt in Umfangsrichtung allmählich abnimmt, und wenn der Anker durch ein vom Bremsrotor erhaltenes Drehmoment in Bezug auf das Drehmomentaufnahmeelement gedreht wird, neigt ein Spalt zwischen den Bodenflächen der einander zugewandten Nuten dazu, sich zu verkleinern. Da jedoch Rollelemente verhindern, dass sich der Spalt zwischen den Bodenflächen der Nuten verkleinert, wird das Drehmoment in eine Axialkraft in Trennrichtung des Ankers und des Drehmomentaufnahmeelements umgewandelt.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei der herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung sind der Anker und der Bremsrotor beim Bremsen reibschlüssig miteinander im Eingriff und werden durch Reibungswärme erwärmt. Da die elektromagnetische Spule in der Nähe des Ankers und des Bremsrotors angeordnet ist, wird auch die elektromagnetische Spule erwärmt. Daher wird z.B. in einer Situation, in der wiederholt unter schweren Bedingungen gebremst wird, die Temperatur der elektromagnetischen Spule übermäßig hoch und der elektrische Widerstand des Leitungsdrahts wird hoch. Im Ergebnis wird im Vergleich zu einer Situation, in der die Temperatur der elektromagnetischen Spule nicht übermäßig hoch ist, ein Stromwert des Steuerstroms, der der elektromagnetischen Spule zugeführt wird, reduziert, und eine von der elektromagnetischen Spule erzeugte elektromagnetische Kraft wird ebenfalls reduziert. Daher kann die von der elektromagnetischen Bremsvorrichtung erzeugte Bremskraft im Vergleich zu einer erforderlichen Bremskraft unzureichend sein.
Bei der in 4 der obigen Veröffentlichung gezeigten elektromagnetischen Bremsvorrichtung ist der Umwandlungsmechanismus insbesondere zwischen dem Anker und dem Drehmomentaufnahmeelement angeordnet, und der Anker und das Drehmomentaufnahmeelement sind durch den Umwandlungsmechanismus getrennt. Daher ist es schwierig, die Wärme des Ankers zum Drehmomentaufnahmeelement zu leiten, und der Anker wird sich wahrscheinlich übermäßig aufwärmen, so dass die obige Situation wahrscheinlich auftritt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine elektromagnetische Bremsvorrichtung bereit, die so verbessert ist, dass die Temperatur der elektromagnetischen Spule weniger wahrscheinlich ansteigt und das Risiko einer unzureichenden Bremskraft im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur, bei der der Anker durch die Erregung der elektromagnetischen Spule als Reibelement gegen den Bremsrotor gedrückt wird, reduziert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Bremsvorrichtung mit einem Bremsrotor, der so konfiguriert ist, dass er sich zusammen mit einem zu bremsenden Drehelement um eine Achse dreht, einer Druckplatte, die so gestützt ist, dass sie in Bezug auf den Bremsrotor entlang der Achse verschiebbar und in Bezug auf ein Gehäuse um die Achse nicht drehbar ist, einem elektromagnetischen Aktuator, der eine elektromagnetische Kraft erzeugt und die Druckplatte über ein Reibmaterial gegen den Bremsrotor drückt, und einer Rückstellfeder vorgesehen, die die Druckplatte in eine Richtung weg vom Bremsrotor vorspannt.
Die elektromagnetische Bremsvorrichtung umfasst eine Druckkraftübertragungsvorrichtung, die eine von dem elektromagnetischen Aktuator erzeugte elektromagnetische Kraft als eine Druckkraft entlang der Achse auf die Druckplatte überträgt, und die Druckkraftübertragungsvorrichtung umfasst ein Stützelement, das auf der dem Bremsrotor gegenüberliegenden Seite der Druckplatte angeordnet ist und von dem Gehäuse so gestützt wird, dass es entlang der Achse verschiebbar und um die Achse nicht drehbar ist, und ein Wellenelement, das zwischen der Druckplatte und dem Stützelement eine Kraft in einer Richtung entlang der Achse überträgt.
Die elektromagnetische Bremsvorrichtung umfasst des Weiteren eine Lasterfassungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine zwischen der Druckplatte und dem Stützelement über das Wellenelement übertragene Last erfasst.
Der elektromagnetische Aktuator umfasst eine elektromagnetische Spule und einen Anker, die zwischen der Druckplatte und dem Stützelement von der Druckplatte beabstandet sind; die elektromagnetische Spule wird durch das Gehäuse gestützt; der Anker wird durch das Stützelement gestützt; und der Anker, das Stützelement, das Wellenelement und die Druckplatte sind so angeordnet, dass sie sich integral in Richtung des Bremsrotors bewegen, wenn durch den elektromagnetischen Aktuator eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird.
Gemäß der obigen Konfiguration sind die elektromagnetische Spule und der Anker auf der dem Bremsrotor gegenüberliegenden Seite der Druckplatte angeordnet und von der Druckplatte beabstandet und werden durch das Gehäuse bzw. das Stützelement gestützt. Daher kann die Reibungswärme, die dadurch entsteht, dass die Druckplatte über das Reibmaterial gegen den Bremsrotor gedrückt wird, nur schwer durch Wärmeleitung auf die elektromagnetische Spule und den Anker übertragen werden, so dass der Temperaturanstieg der elektromagnetischen Spule und des Ankers verglichen mit der herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung reduziert werden kann.
Dementsprechend steigt die Temperatur der elektromagnetischen Spule auch bei wiederholtem Bremsen unter erschwerten Bedingungen nicht übermäßig an. Daher ist es möglich, das Risiko zu verringern, dass eine von der elektromagnetischen Spule erzeugte elektromagnetische Kraft reduziert wird und eine erzeugte Bremskraft verglichen mit der erforderlichen Bremskraft unzureichend ist, da der elektrische Widerstand des Leiters der elektromagnetischen Spule ansteigt und ein Stromwert des Steuerstroms verglichen zum Normalfall abnimmt.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse einen Anschlagabschnitt auf und ist die Rückstellfeder so konfiguriert, dass sie das Stützelement in Richtung des Anschlagabschnitts in einer Richtung weg vom Bremsrotor vorspannt.
Gemäß dem obigen Aspekt wird das Stützelement durch die Rückstellfeder in Richtung des Anschlagabschnitts in einer Richtung weg vom Bremsrotor vorgespannt. Da das Stützelement an der Position positioniert ist, an der es am Anschlagabschnitt anliegt, wenn die elektromagnetische Spule nicht mit dem Steuerstrom erregt wird, kann die Druckplatte daher über das Wellenelement in Bezug auf den Anschlagabschnitt positioniert werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die elektromagnetische Bremsvorrichtung des Weiteren eine Einstellvorrichtung mit einem Elektromotor, der durch ein Gehäuse an dem Stützelement befestigt und so konfiguriert ist, dass er das Wellenelement so antreibt, dass es sich nach Bedarf um die Achse dreht, und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Position der Druckplatte in Bezug auf das Stützelement ändert, indem er die Drehbewegung des Wellenelements in eine Linearbewegung der Druckplatte entlang der Achse umwandelt.
Gemäß dem obigen Aspekt wird die Position der Druckplatte in Bezug auf das Stützelement verändert, indem die Drehbewegung des Wellenelements durch den Bewegungsumwandlungsmechanismus in eine Linearbewegung entlang der Achse der Druckplatte umgewandelt wird. Daher kann die Position der Druckplatte in Bezug auf den Bremsrotor während des Nichtbremsens durch Drehen des Wellenelements um die Achse durch den Elektromotor und Änderung der Position der Druckplatte in Bezug auf das Stützelement eingestellt werden. Selbst wenn das Reibmaterial mit der Zeit verschleißt, kann somit die Positionsbeziehung des Reibmaterials in Bezug auf den Bremsrotor in einer geeigneten Beziehung beibehalten werden.
Des Weiteren kann in einer Situation, in der der elektromagnetischen Spule kein Steuerstrom zugeführt wird, durch Drehen des Wellenelements um die Achse durch den Elektromotor die Druckplatte bewegt und gegen den Bremsrotor gedrückt werden. Daher kann die elektromagnetische Bremsvorrichtung durch die Steuerung des Elektromotors als Feststellbremsvorrichtung eingesetzt werden.
Des Weiteren umfasst die Lasterfassungsvorrichtung in einem anderen Aspekt der Erfindung ein Lastübertragungselement, das an dem Stützelement befestigt und so konfiguriert ist, dass es eine Last zwischen dem Wellenelement und dem Stützelement überträgt, und einen Lastsensor, der so konfiguriert ist, dass er eine von dem Lastübertragungselement übertragene Last durch Erfassen einer Belastung bzw. Dehnung des Lastübertragungselements erfasst.
Gemäß dem obigen Aspekt wird eine Last zwischen dem Wellenelement und dem Stützelement über das Lastübertragungselement übertragen, und eine Dehnung des Lastübertragungselements, die entsprechend der übertragenen Last erzeugt wird, wird vom Lastsensor als die über das Lastübertragungselement übertragene Last erfasst. Daher kann die Lasterfassungsvorrichtung im Fall der Betriebsbremsung, bei der der elektromagnetischen Spule der Steuerstrom zugeführt wird, und im Fall der Feststellbremsung, bei der der Elektromotor angetrieben wird, die Last erfassen, die der Anpresskraft der Druckplatte gegen den Bremsrotor entspricht.
Des Weiteren ist der Lastübertragungsweg zwischen der Druckplatte und dem Stützelement nicht mit dem Umwandlungsmechanismus versehen, der in der in 4 der oben beschriebenen Veröffentlichung gezeigten herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung enthalten ist. Daher kann die Lasterfassungsvorrichtung eine Last erfassen, ohne durch den Umwandlungsmechanismus, der in der herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung enthalten ist, negativ beeinflusst zu werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wellenelement einen Flanschabschnitt auf, der auf der Seite der Druckplatte in Bezug auf das Lastübertragungselement vorgesehen ist, und ein Drucklager ist zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lastübertragungselement angeordnet.
Gemäß dem obigen Aspekt reduziert das Drucklager gemäß der Ausführungsform den Reibungswiderstand, wenn sich der Flanschabschnitt und das Lastübertragungselement relativ zueinander drehen. Daher ist es verglichen mit einem Fall, in dem das Drucklager nicht angeordnet ist, möglich, eine Last zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lastübertragungselement zu übertragen und gleichzeitig eine Situation zu gewährleisten, in der sich das Wellenelement in Bezug auf das Stützelement leichtgängig dreht.
Andere Aufgaben, andere Merkmale und zugehörige Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben werden, leicht verständlich.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Brems-/Antriebsvorrichtung mit einer Ausführungsform einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die die in 1 gezeigte elektromagnetische Bremsvorrichtung zeigt.
3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die eine in 1 und 2 gezeigte Einstellvorrichtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die gezeigte elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 ist als Teil einer Brems-/Antriebsvorrichtung 12 konfiguriert, die eine Antriebskraft und eine Bremskraft in einem (nicht gezeigten) Fahrzeug erzeugt, und ist in einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 14 integriert. Die Brems-/Antriebsvorrichtung 12 ist für jedes Antriebsrad des Fahrzeugs vorgesehen, und wenn das Fahrzeug angetriebene Räder aufweist, ist an den angetriebenen Rädern nur die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 vorgesehen. Die Brems-/Antriebsvorrichtung 12 umfasst eine Drehwelle 20, die mit einem Rad 18 verbunden ist, das ein zu bremsendes Element ist und über einen Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 angetrieben wird, wobei sich die Drehwelle 20 um eine Achse 22 dreht, die mit dem Rad 18 ineinandergreift. Daher ist die Brems-/Antriebsvorrichtung 12, wie später im Detail beschrieben wird, so konfiguriert, dass sie das Rad 18 antreibt und bremst, indem sie über die Drehwelle 20 und den Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 eine Antriebskraft und eine Bremskraft auf das Rad ausübt.
In der gezeigten Ausführungsform ist die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 14 ein Wechselstrom-Synchron-Elektromotor vom Permanentmagnettyp, der einen ringförmigen Rotor 24, der integral mit der Drehwelle 20 verbunden ist, und einen Stator 28 umfasst, der sich ringförmig um eine Achse 22 radial außerhalb des Rotors 24 erstreckt und an einem Gehäuse 26 befestigt ist. Bei der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 14 kann es sich um einen Elektromotor mit jeder aus dem Stand der Technik bekannten Konfiguration handeln.
Wenn dem Stator 28 ein Antriebsstrom zugeführt wird, treibt die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 14 durch eine elektromagnetische Kraft die Drehwelle 20 und den Rotor 24 drehend an und treibt dadurch die Räder 18 drehend an. Die Drehwelle 20 ist durch das Gehäuse 26 auf beiden Seiten des Rotors 24 über Traglager 30 und 32 drehbar gelagert. Zwischen der Drehwelle 20 und dem Gehäuse 26 auf der den Traglagern 30 und 32 gegenüberliegenden Seiten des Rotors 24 sind Dichtungselemente 34 und 36 vorgesehen.
Obwohl in der Figur nicht gezeigt, wird die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 14 durch eine elektronische Steuereinheit zur Antriebssteuerung gemäß einem Betrag der Absenkung eines Gaspedals durch einen Fahrer gesteuert. Des Weiteren kann die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 14 durch die elektronische Steuereinheit zur Antriebssteuerung gemäß einer Fahrzeugzielgeschwindigkeit oder einer Zielbeschleunigung, z.B. einer automatischen Geschwindigkeitsregelung und Fahrunterstützungssteuerung, gesteuert werden.
Die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 ist auf der dem Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 gegenüberliegenden Seite der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 14 angeordnet und umfasst einen Bremsrotor 40, eine Druckplatte 42, einen elektromagnetischen Aktuator 44 und Rückstellfedern 46. Ein ringförmiges Nabenelement 47 ist durch Presspassung am in der Zeichnung rechten Endabschnitt (dem Endabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Drehzahlreduzierungsmechanismus 16) der Drehwelle 20 befestigt. Der Bremsrotor 40 ist mit dem Nabenelement 47 entlang der Achse 22 durch eine Keilverzahnung verbunden, so dass er entlang der Achse 22 verschiebbar und um die Achse 22 am Innenumfangsabschnitt nicht drehbar ist. Daher dreht sich der Bremsrotor 40 zusammen mit der Drehwelle 20 und dem Nabenelement 47 als Reaktion auf die Drehung des Rades 18 um die Achse 22.
Wie später im Detail beschrieben wird, ist die Druckplatte 42 so gestützt, dass sie in Bezug auf den Bremsrotor 40 entlang der Achse 22 verschiebbar und in Bezug auf das Gehäuse 48 um die Achse 22 nicht drehbar ist. Auf der dem Bremsrotor 40 zugewandten Fläche der Druckplatte 42 ist ein Reibmaterial 50 durch Schweißen befestigt. Wie später im Detail beschrieben wird, ist der elektromagnetische Aktuator 44 so konfiguriert, dass er die Druckplatte 42 über das Reibmaterial 50 durch eine elektromagnetische Kraft nach Bedarf gegen den Bremsrotor 40 drückt.
Die Rückstellfedern 46 in der Ausführungsform sind Druckschraubenfedern und drängen bzw. drücken die Druckplatte 42 in eine Richtung weg vom Bremsrotor 40 (in der Zeichnung nach rechts). Die Druckplatte 42 kann insbesondere durch eine Rückstellfeder gedrückt werden.
Des Weiteren enthält die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 eine Druckkraftübertragungsvorrichtung 52, die eine vom elektromagnetischen Aktuator 44 erzeugte elektromagnetische Kraft als eine entlang der Achse 22 wirkende Druckkraft auf die Druckplatte 42 überträgt, und eine Einstellvorrichtung 54, die die Position der Druckplatte 42 in Bezug auf den Bremsrotor 40 einstellt. Wie später beschrieben wird, enthalten die Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 und die Einstellvorrichtung 54 geimeinsame Elemente.
Die Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 enthält ein im Wesentlichen scheibenförmiges Stützelement 56, das sich senkrecht zur Achse 22 erstreckt, und ein Wellenelement 58, das sich in Ausrichtung mit der Achse 22 erstreckt. Das Stützelement 56 ist auf der dem Bremsrotor 40 gegenüberliegenden Seite der Druckplatte 42 angeordnet und wird vom Gehäuse 48 so gestützt, dass es entlang der Achse 22 verschiebbar und um die Achse nicht drehbar ist. Das Wellenelement 58 überträgt die Kraft in der Richtung entlang der Achse 22 zwischen der Druckplatte 42 und dem Stützelement 56.
Die Einstellvorrichtung 54 umfasst einen Elektromotor 60 und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus 62. Der Elektromotor 60 ist durch ein Gehäuse 64 an einem Vorsprungsabschnitt 56A des Stützelements 56 befestigt und treibt ein Wellenelement 58 an, um es nach Bedarf um die Achse 22 zu drehen. Der Elektromotor 60 kann jede aus dem Stand der Technik bekannte Art von Wechselstrom- oder Gleichstrommotor sein, solange der Drehwinkel genau gesteuert werden kann. Der Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 ändert die Position der Druckplatte 42 in Bezug auf das Stützelement 56, indem er die Drehbewegung des Wellenelements 58 in eine Linearbewegung der Druckplatte entlang der Achse 22 umwandelt.
In der gezeigten Ausführungsform ist ein sich ringförmig um die Achse 22 erstreckendes Joch 66 zwischen der Druckplatte 42 und dem von der Druckplatte 42 beabstandeten Stützelement 56 angeordnet. Das Joch 66 ist durch radial erstreckende Stellschrauben 68 an mehreren um die Achse 22 beabstandeten Positionen am Gehäuse 48 befestigt. Die Druckplatte 42 hat einen Stufenabschnitt 42A. Auf der zylindrischen Außenumfangsfläche des Stufenabschnitts 42A und der zylindrischen Innenumfangsfläche des Jochs 66, die dem Stufenabschnitt 42A zugewandt ist, sind mehrere Paare von Keilnuten ausgebildet, die einander an mehreren um die Achse 22 herum beabstandeten Positionen zugewandt sind und sich entlang der Achse 22 erstrecken. Ein Keil 70, der sich entlang der Achse 22 erstreckt, ist in jedes Paar von Keilnuten eingepasst.
Somit ermöglichen das Joch 66 und die Keile 70 eine Verschiebung der Druckplatte 42 entlang der Achse 22 in Bezug auf das Gehäuse 48 und dergleichen, verhindern aber eine Drehung der Druckplatte 42 um die Achse 22 in Bezug auf das Gehäuse 48 und dergleichen. Ein Dichtungselement 72, das sich ringförmig um die Achse 22 erstreckt, ist zwischen dem Außenumfang der Druckplatte 42 und dem Gehäuse 48 angeordnet. Das Dichtungselement 72 ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Festigkeit und Elastizität, z.B. Federstahl, gebildet und hat im Wesentlichen eine Kegelstumpfform. Das Dichtungselement 72 ist am Außenumfangsabschnitt der Druckplatte 42 an einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser befestigt, und der Abschnitt mit großem Durchmesser wird durch seine Elastizität gegen die Innenumfangsfläche des Gehäuses 48 gedrückt, wodurch verhindert wird, dass sich Abriebpulver des Reibmaterials 50 und dergleichen in Bezug auf die Druckplatte 42 zum Joch 66 hin bewegt.
Das Joch 66 hat eine klammerförmige Querschnittsform mit einer Öffnung, die sich zu der der Druckplatte 42 gegenüberliegenden Seite hin öffnet. Eine elektromagnetische Spule 74 ist in der Öffnung des Jochs 66 angeordnet, und der Leitungsdraht der elektromagnetischen Spule ist ringförmig um die Achse 22 gewickelt. Daher ist wie das Joch 66 auch die elektromagnetische Spule 74 von der Druckplatte 42 getrennt. Ein Anker 76, der sich ringförmig um die Achse 22 erstreckt, ist auf der dem Joch 66 zugewandten Fläche des Stützelements 56 befestigt, wobei der Anker 76 aus einem magnetischen Material besteht.
Wenn die elektromagnetische Spule 74 durch Energiezufuhr erregt wird, wirken das Joch 66, die elektromagnetische Spule 74 und der Anker 76 zusammen, um eine elektromagnetische Anziehungskraft zu erzeugen, die das Stützelement 56 gegen die Federkräfte der Rückstellfedern 46 in Richtung des Jochs 66 zieht. Daher umfasst der elektromagnetische Aktuator 44 das Joch 66, die elektromagnetische Spule 74 und den Anker 76 und ist zwischen der Druckplatte 42 und dem Stützelement 56 angeordnet.
An der Außenumfangskante des Stützelements 56, einem Teil der Außenumfangskante des Ankers 76 und der diesen zugewandten Innenfläche des Gehäuses 48 sind mehrere Keilnuten ausgebildet, die einander an mehreren um die Achse 22 herum beabstandeten Positionen zugewandt sind und sich entlang der Achse 22 erstrecken. In jedes Paar Keilnuten ist ein entlang der Achse 22 verlaufender Keil 78 eingepasst. Somit ermöglichen das Gehäuse 48 und der Keil 78 die Verschiebung des Stützelements 56 und des Ankers 76 relativ zum Gehäuse 48 und dergleichen entlang der Achse 22, verhindern aber deren Drehung um die Achse 22 in Bezug auf das Gehäuse 48 und dergleichen.
Das Joch 66 und der Anker 76 sind mit einer Vielzahl von Bohrungspaaren ausgebildet, die einander an einer Vielzahl von um die Achse 22 herum beabstandeten Positionen gegenüberliegen und sich entlang der Achse 22 erstrecken. Eine Rückstellfeder 46, die sich entlang der Achse 22 erstreckt, ist in jedem Bohrungspaar in einem zusammengedrückten verformten Zustand eingesetzt. Das Gehäuse 48 hat einen Anschlagabschnitt 80, der sich ringförmig um die Achse 22 auf der dem Joch 66 gegenüberliegenden Seite des Ankers 76 erstreckt. Der Anschlagabschnitt 80 hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Stützelements 56, und die Rückstellfedern 46 drücken das Stützelement 56 in Richtung des Anschlagabschnitts 80 in eine Richtung weg vom Bremsrotor 40 (auf die in der Zeichnung rechte Seite).
Das Wellenelement 58 der Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 hat ein Außengewinde 82 auf der Seite der Druckplatte 42 und ist mit der Druckplatte verbunden, indem das Außengewinde 82 in ein Innengewinde 84 eingeschraubt ist, das in einem Vorsprungsabschnitt der Druckplatte 42 vorgesehen ist. Der Steigungswinkel des Außengewindes 82 und des Innengewindes 84 sind auf einen kleinen Wert eingestellt, und das Außengewinde 82 und das Innengewinde 84 fungieren als Bewegungsumwandlungsmechanismus 62, der die Drehbewegung des Wellenelements 58 in eine Linearbewegung entlang der Achse 22 der Druckplatte 42 umwandelt, aber nicht die Umkehrbewegungsumwandlung durchführt.
Ein dem Außengewinde 82 gegenüberliegender Endabschnitt des Schaftelements 58, d.h. ein Außenendabschnitt, wird durch den Vorsprungsabschnitt 56A des Stützelements 56 so gestützt, dass er relativ um die Achse 22 drehbar und relativ entlang der Achse 22 verschiebbar ist, und durch eine Kerbverzahnung mit einer Abtriebswelle 86 des Elektromotors 60 verbunden ist. Daher ist das Wellenelement 58 in Bezug auf das Stützelement 56 um die Achse 22 relativ drehbar und entlang der Achse relativ verschiebbar. Ein O-Ring 88, der zwischen dem Vorsprungsabschnitt 56A und dem Außengewinde 82 abdichtet, ist vorgesehen.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, bewirkt die Einstellvorrichtung 54 durch die Abtriebswelle 86 des Elektromotors 60 eine Drehung des Wellenelements 58 um die Achse 22 und wandelt die Drehbewegung durch den Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 in die Linearbewegung der Druckplatte 42 entlang der Achse 22 um. Daher ändert die Einstellvorrichtung 54 die Position entlang der Achse 22 der Druckplatte 42 in Bezug auf den Bremsrotor 40, wenn der Elektromotor 60 durch eine elektronische Steuereinheit 90 zur Bremssteuerung gesteuert wird. Der Elektromotor 60 enthält einen Drehgeber 92 zur Erfassung eines Drehwinkels eines Rotors, der in der Figur nicht dargestellt ist, und damit des Drehwinkels φm der Abtriebswelle 86. Ein Signal, das den durch den Drehgeber 92 erfassten Drehwinkel φm anzeigt, wird in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben.
Ein Flansch 94 ist in Längsrichtung in der Mitte des Wellenelements 58 vorgesehen, und ein Lastübertragungselement 96 ist am Vorsprungsabschnitt 56A des Stützelements 56 befestigt. Das Lastübertragungselement 96 ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Festigkeit und Elastizität hergestellt und hat einen zylindrischen Abschnitt, der durch Presspassung an einer zylindrischen Innenfläche des Vorsprungsabschnitts 56A befestigt ist, und einen ringplattenförmigen Abschnitt, der sich vom zylindrischen Abschnitt radial nach innen erstreckt. Eine Scheibe 98 ist auf das Wellenelement 58 zwischen dem Flansch 94 und dem ringplattenförmigen Abschnitt des Lastübertragungselements 96 aufgesteckt. Die Dicken des ringplattenförmigen Abschnitts und der Scheibe 98 sind so eingestellt, dass sie zur radial inneren Seite bzw. zur radial äußeren Seite hin allmählich abnehmen. Ein Drucklager 100 ist zwischen dem Flansch 94 und der Scheibe 98 angeordnet.
Obwohl in der Figur nicht dargestellt, hat die dem Drucklager 100 gegenüberliegende Seitenfläche der Scheibe 98 eine gekrümmte Form, die leicht in Richtung des Ringplattenabschnitts des Lastübertragungselements 96 hervorsteht, wodurch die Scheibe 98 eine Vorspannung auf die Spitze des ringplattenförmigen Abschnitts in die Richtung weg vom Axiallager ausübt. Lastsensoren 102, von denen jeder ein Erfassungselement wie einen Dehnungsmessstreifen enthält, sind an einer Seitenfläche des ringplattenförmigen Abschnitts gegenüber der Scheibe 98 befestigt. Die Lastsensoren 102 können an einer Vielzahl von Positionen vorgesehen sein, die gleichmäßig um die Achse 22 verteilt sind.
Eine Kraft, die entlang der Achse 22 zwischen der Druckplatte 42 und dem Stützelement 56 wirkt, wird über den Bewegungsumwandlungsmechanismus 62, das Wellenelement 58, das Drucklager 100, die Scheibe 98 und das Lastübertragungselement 96 übertragen. Ein elastischer Verformungsbetrag des ringplattenförmigen Abschnitts des Lastübertragungselements 96 durch die Scheibe 98 ändert sich in Abhängigkeit von der Größe der übertragenen Kraft, und die Änderung wird von den Lastsensoren 102 erfasst. Somit arbeiten die Lastsensoren 102 mit der Scheibe 98 und dem Lastübertragungselement 96 zusammen, um als eine Erfassungsvorrichtung 104 zu fungieren, die eine zwischen der Druckplatte 42 und dem Stützelement 56 entlang der Achse 22 über das Wellenelement 58 übertragene Last Pa erfasst. Ein Signal, das die von den Lastsensoren 102 erfasste Last Pa anzeigt, wird zur Bremssteuerung in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist ein befestigtes Reibelement 108 zwischen dem Bremsrotor 40 und einer Endwand 26A des Gehäuses 26 der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 14 auf der Seite der elektromagnetischen Bremsvorrichtung 10 angeordnet. Das befestigte Reibelement 108 hat eine Ringplattenform, die sich um die Achse 22 erstreckt und mit der Endwand 26A auf der dem Bremsrotor 40 gegenüberliegenden Seitenfläche in Kontakt ist. Das befestigte Reibelement 108 ist zwischen dem Gehäuse 26 und dem Gehäuse 48 am Außenumfangskantenabschnitt in radialer Richtung angeordnet und z.B. mit mehreren (nicht gezeigten) Schrauben an den Gehäusen 26 und 48 befestigt. Ein Reibmaterial 110 ist durch Schweißen an der dem Bremsrotor 40 zugewandten Seitenfläche des befestigten Reibelements 108 befestigt.
Wenn daher eine durch den elektromagnetischen Aktuator 44 erzeugte elektromagnetische Anziehungskraft durch die Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 als Druckkraft entlang der Achse 22 auf die Druckplatte 42 übertragen wird, wird der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 gegen das befestigte Reibelement 108 gedrückt. Im Ergebnis wird der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 und das befestigte Reibelement 108 gedrückt, wobei durch Reibschluss der Reibmaterialien 50 und 110, die an die Druckplatte 42 bzw. das befestigte Reibelement 108 geschweißt sind, eine Bremskraft erzeugt wird.
Die erzeugte Bremskraft ändert sich entsprechend der von der Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 übertragenen Druckkraft und damit entsprechend der vom elektromagnetischen Aktuator 44 erzeugten elektromagnetischen Anziehungskraft. Des Weiteren wird die Bremskraft über die Drehwelle 20 und den Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 auf die Räder 18 ausgeübt. Durch Änderung der elektromagnetischen Anziehungskraft, die durch den elektromagnetischen Aktuator 44 erzeugt wird, ändert sich also die Bremskraft, die auf die Räder 18 ausgeübt wird.
Wenn der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 gegen das befestigte Reibelement 108 gedrückt wird, wird über das Wellenelement 58, das Drucklager 100, die Scheibe 98 und das Lastübertragungselement 96 eine Reaktionskraft auf das Stützelement 56 übertragen, die dann vom Gehäuse 48 aufgenommen wird. Daher ist die vom Lastsensor 102 erfasste Last Pa ein Indexwert der Bremskraft, die dadurch erzeugt wird, dass der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 und das befestigte Reibelement 108 gedrückt wird, und die auf das Rad 18 aufgebracht wird.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Pedalkraftssensor 114 zur Erfassung einer Pedalkraft Fp, die durch eine Tretbetätigung eines Fahrers auf ein Bremspedal 112 ausgeübt wird, vorgesehen, und ein Signal, das eine vom Pedalkraftssensor 114 erfasste Pedalkraft Fp anzeigt, wird in die Steuereinheit 90 eingegeben. Wie später detailliert beschrieben wird, steuert die elektronische Steuereinheit 90, wenn ein Signal, das die Pedalkraft Fp anzeigt, vom Pedalkraftssensor 114 eingegeben wird, einen Stromwert eines Steuerstroms, der der elektromagnetischen Spule 74 zugeführt wird, so dass eine auf das Rad 18 ausgeübte Bremskraft zu einem Wert wird, der der Pedalkraft Fp entspricht.
Ein Signal, das eine Raddrehzahl Vwi des entsprechenden Rades anzeigt, wird von einem Raddrehzahlsensor 116i (i = fl, fr, rl und rr), der für jedes Rad vorgesehen ist, in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben. Das Fahrzeug der Ausführungsform ist ein allradgetriebenes Fahrzeug, wobei fl, fr, rl und rr entsprechend das linke Vorderrad, das rechte Vorderrad, das linke Hinterrad und das rechte Hinterrad bezeichnen. Des Weiteren wird der elektronischen Steuereinheit 90 ein Signal zugeführt, das Informationen um das Fahrzeug herum von einem anderen Sensor 118 anzeigt, wie z.B. einer CCD-Kamera zur Aufnahme des Bereichs vor dem Fahrzeug, die Informationen um das Fahrzeug herum erfasst, die für die Fahrzeugsteuerung wie der automatischen Geschwindigkeitsregelung und Fahrunterstützungssteuerung erforderlich sind. Des Weiteren wird ein Signal, das eine Schaltposition SP anzeigt, von einem Schaltpositionssensor 120, der sich auf einem (nicht gezeigten) Schalthebel befindet, in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben.
Obwohl in 2 nicht im Detail dargestellt, enthält die elektronische Steuereinheit 90 einen Mikrocomputer 90A und eine Steuerschaltung 90B. Der Mikrocomputer 90A hat eine CPU, ein ROM, ein RAM, ein Backup-RAM und eine Ein-/Ausgabe-Anschlussvorrichtung, die durch einen bidirektionalen gemeinsamen Bus miteinander verbunden sind. Die elektronische Steuereinheit für die Antriebssteuerung kann ähnlich wie die elektronische Steuereinheit 90 konfiguriert sein, und die elektronische Steuereinheit 90 und die elektronische Steuereinheit für die Antriebssteuerung tauschen nach Bedarf durch Kommunikation Informationen miteinander aus.
Als nächstes wird der Betrieb der elektromagnetischen Bremsvorrichtung 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, für eine Betriebsbremsung, eine Feststellbremsung und eine automatische Bremsung beschrieben.
<Betriebsbremsung>
Wenn durch Niederdrücken des Bremspedals 112 durch den Fahrer eine Pedalkraft ausgeübt wird, erkennt der Pedalkraftssensor 114 die Pedalkraft Fp. Die elektronische Steuereinheit 90 berechnet auf der Basis der Pedalkraft Fp eine Ziellast Pat, so dass die über die Druckkraftübertragungsvorrichtung 52 auf die Druckplatte 42 übertragene Ziellast Pat umso grösser ist, je grösser die Pedalkraft Fp ist. Des Weiteren steuert die elektronische Steuereinheit 90 einen Stromwert des Steuerstroms, der der elektromagnetischen Spule 74 des elektromagnetischen Aktuators 44 zugeführt wird, so dass eine vom Lastsensor 102 erfasste Last Pa zur Ziellast Pat wird.
Daher wird eine durch den elektromagnetischen Aktuator 44 erzeugte elektromagnetische Anziehungskraft als Druckkraft auf die Druckplatte 42 übertragen, und der Bremsrotor 40 wird durch die Druckplatte 42 gegen das befestigte Reibelement 108 gedrückt. Im Ergebnis wird der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 und das befestigte Reibelement 108 gedrückt, und eine der Pedalkraft Fp entsprechende Bremskraft wird erzeugt und über die Drehwelle 20 und den Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 auf die Räder 18 aufgebracht.
Wenn die Pedalkraft des Fahrers auf das Bremspedal 112 reduziert und aufgehoben wird, sinkt die vom Pedalkraftssensor 114 erfasste Pedalkraft Fp auf Null, und die Ziellast Pat sinkt ebenfalls auf Null. Daher wird die elektromagnetische Anziehungskraft des elektromagnetischen Aktuators 44 aufgehoben, und die Druckplatte 42, das Wellenelement 58, das Stützelement 56 und dergleichen werden durch die Rückstellfedern 46 in ihre Standard-Nichtbremsposition zurückgestellt. In der Standard-Nichtbremsposition wird das Drücken der Druckplatte 42 gegen den Bremsrotor 40 aufgehoben, so dass der Bremsrotor 40 nicht durch die Druckplatte 42 und das befestigte Reibelement 108 gedrückt wird und die Bremskraft nicht erzeugt wird. Die Standard-Nichtbremsposition wird später beschrieben.
Die Bremskraft wird durch eine Antirutschsteuerung von der elektronischen Steuereinheit 90 nach Bedarf gesteuert. Das heißt, die elektronische Steuereinheit 90 berechnet auf der Grundlage der von den Raddrehzahlsensoren 116i erfassten Radgeschwindigkeiten Vwi in bekannter Weise die Fahrzeugkörpergeschwindigkeit und die Bremsschlupfverhältnisse der Räder. Wenn das Bremsschlupfverhältnis eines der Räder zu groß ist, steuert die elektronische Steuereinheit 90 die Bremskraft des Rades so, dass das Bremsschlupfverhältnis des Rades abnimmt.
<Feststellbremsung>
Wenn ein Signal, das anzeigt, dass die Schaltposition SP die Parkposition ist, vom Schaltpositionssensor 120 in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben wird, steuert die Einheit die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 im Feststellbremsungsmodus.
Im Feststellbremsungsmodus wird dem Elektromotor 60 der Einstellvorrichtung 54 für jedes Rad durch die elektronische Steuereinheit 90 ein Steuerstrom zugeführt und der Stromwert des Steuerstroms wird allmählich erhöht. Das Wellenelement 58 wird durch die Abtriebswelle 86 jedes Elektromotors 60 um die Achse 22 drehangetrieben, und die Drehbewegung wird durch den Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 in die Linearbewegung der Druckplatte 42 umgewandelt, und die Druckplatte wird gegen den Bremsrotor 40 gedrückt. Daher wird der Bremsrotor 40 durch die Druckplatte 42 und das befestigte Reibelement 108 zur Erzeugung einer Bremskraft gedrückt, wobei die Bremskraft allmählich erhöht wird.
Eine Reaktionskraft der Bremskraft wird als Drucklast von der Druckplatte 42 über das Wellenelement 58, den Flansch 94, das Drucklager 100, die Scheibe 98, das Lastübertragungselement 96 und das Stützelement 56 auf den Anschlagabschnitt 80 des Gehäuses 48 übertragen, und die Drucklast wird durch den Lastsensor 102 erfasst. Die elektronische Steuereinheit 90 beendet die Zufuhr des Steuerstroms zum Elektromotor 60, wenn die erfasste Last Pa einen voreingestellten Referenzwert Pap (eine positive Konstante) überschreitet. Der Referenzwert Pap wird im Voraus so eingestellt, dass eine Gesamtsumme der Bremskräfte, die auf die vier Räder 18 ausgeübt werden, wenn die Last Pa dem Referenzwert Pap entspricht, ein Wert ist, der ausreicht, um das (nicht gezeigte) Fahrzeug in einem Stoppzustand zu halten.
Wie oben beschrieben, wandelt der Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 die Drehbewegung des Wellenelements 58 in die Linearbewegung der Druckplatte 42 entlang der Achse 22 um, führt aber die Umkehrbewegungsumwandlung nicht durch. Daher dreht sich das Wellenelement 58 selbst dann nicht um die Achse 22, wenn eine Reaktionskraft der Bremskraft als Drucklast vom Bremsrotor 40 auf die Druckplatte 42 wirkt, so dass die Druckplatte 42 gegen den Bremsrotor 40 gedrückt gehalten wird. Daher wird die Bremskraft der Feststellbremsung auch dann aufrechterhalten, wenn dem Elektromotor 60 kein Steuerstrom zugeführt wird.
Wenn ein Signal, das anzeigt, dass die Schaltposition SP in eine andere Position als die Parkposition gewechselt hat, vom Schaltpositionssensor 120 in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben wird, steuert die elektronische Steuereinheit die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 im Feststellbremsungslösemodus. Daher wird die Feststellbremsung gelöst.
Im Feststellbremsungslösemodus wird der Elektromotor 60 der Einstellvorrichtung 54 für jedes Rad durch die elektronische Steuereinheit 90 so gesteuert, dass sich der Elektromotor 60 in der entgegengesetzten Richtung wie im Feststellbremsungsmodus dreht. Die Abtriebswelle 86 des Elektromotors 60 treibt das Wellenelement 58 in der zum im Feststellbremsungsmodus entgegengesetzten Richtung um die Achse 22 an, und die Drehbewegung wird durch den Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 in eine Linearbewegung der Druckplatte 42 umgewandelt, so dass die Druckplatte in einer Richtung weg von dem befestigten Reibelement 108 bewegt wird. Daher wird der Druck des von der Druckplatte 42 und dem befestigten Reibelements 108 auf den Bremsrotor 40 ausgeübten Anpressdrucks auf Null reduziert, wodurch die Bremskraft allmählich reduziert und gelöst wird.
Wenn die Bremskraft allmählich reduziert und gelöst wird, nimmt die vom Lastsensor 102 erfasste Last Pa allmählich ab und wird schließlich Null. Wenn die erfasste Last Pa 0 wird, unterbricht die elektronische Steuereinheit 90 die Zufuhr des Steuerstroms zum Elektromotor 60 und beendet damit das Lösen der Feststellbremsung. Des Weiteren speichert die elektronische Steuereinheit 90 den vom Drehgeber 92 erfassten Drehwinkel φm der Abtriebswelle 86 des Elektromotors 60 im Sicherungs-RAM des Mikrocomputers 90A als Standarddrehwinkel φm0, wenn die erfasste Last Pa 0 wird.
Der Standarddrehwinkel φm0 ist ein Drehwinkel für die Positionierung der Druckplatte 42 und dergleichen in einer Standard-Nichtbremsposition. Wenn sich die Druckplatte 42 und dergleichen in der Standard-Nichtbremsposition befindet, wird der Bremsrotor 40 von der Druckplatte 42 und dem befestigten Reibelement 108 nicht gedrückt, und die Reibmaterialien 50 und 110 haben im Wesentlichen keinen Reibkontakt mit dem Bremsrotor 40. Außerdem entsteht kein übermäßiger Spalt zwischen den Reibmaterialien und dem Bremsrotor.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, fungiert die Einstellvorrichtung 54 als Positionseinstellvorrichtung, die die Druckplatte 42 und dergleichen beim Nichtbremsen auch dann in der Standard-Nichtbremsposition positioniert, wenn die Reibmaterialien 50 und 110 mit der Zeit verschlissen sind. Des Weiteren fungiert die Einstellvorrichtung 54 als Feststellbremsungsaktuator, der die Druckplatte 42 und dergleichen in die Bremsposition antreibt, ohne dass der elektromagnetische Aktuator 44 während der Feststellbremsung erregt werden muss.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebene Betätigung der Einstelleinrichtung 54 im Feststellbremsungsmodus und im Feststellbremsungslösemodus in ähnlicher Weise erfolgt, wenn der Fahrer eine Fußbremse oder einen in der Zeichnung nicht gezeigten Feststellbremsschalter betätigt.
<Automatische Bremsung>
Wenn eine Fahrsteuerung des Fahrzeugs, z.B. eine automatische Geschwindigkeitsregelung und Fahrassistenzsteuerung, durchgeführt wird, wird die elektronische Bremsvorrichtung 10 nach Bedarf von der elektronischen Steuereinheit 90 gesteuert, wobei eine automatische Bremsung durchgeführt wird und auf jedes Rad eine Bremskraft ausgeübt wird. Eine elektronische Steuereinheit, die das Fahren des Fahrzeugs steuert, berechnet eine Fahrzeugzielgeschwindigkeit oder eine Fahrzeugzielbeschleunigung/-verzögerung, und ein Signal, das die Fahrzeugzielgeschwindigkeit oder die Fahrzeugzielbeschleunigung/- verzögerung anzeigt, wird in die elektronische Steuereinheit 90 eingegeben.
Wenn die elektronische Steuereinheit 90 von der (nicht gezeigten) elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des Fahrens des Fahrzeugs ein Signal erhält, das die Fahrzeugzielgeschwindigkeit anzeigt, berechnet die elektronische Steuereinheit 90 eine Fahrzeugzielbeschleunigung/- verzögerung auf der Grundlage der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugzielgeschwindigkeit. Wenn die Zielbeschleunigung/- verzögerung eine Zielverzögerung ist, berechnet die elektronische Steuereinheit 90 auf der Grundlage der Zielverzögerung eine Zielbremskraft für jedes Rad. Des Weiteren steuert die elektronische Steuereinheit 90 einen Stromwert des Steuerstroms, der der elektromagnetischen Spule 74 des elektromagnetischen Aktuators 44 jedes Rades zugeführt wird, so dass eine Bremskraft jedes Rades wie bei der Betriebsbremsung zur entsprechenden Zielbremskraft wird. Daher wird die Fahrzeuggeschwindigkeit so gesteuert, dass sie zur Fahrzeugzielgeschwindigkeit wird, oder die Fahrzeugverzögerung wird so gesteuert, dass sie zur Zielverzögerung wird.
<Effekte der Ausführungsform>
Gemäß der Ausführungsform sind die elektromagnetische Spule 74 und der Anker 76 auf der dem Bremsrotor 40 gegenüberliegenden Seite der Druckplatte 42 von der Druckplatte beabstandet angeordnet und sind vom Gehäuse 48 bzw. dem Tragteil 56 gestützt. Daher wird Reibungswärme, die durch das Drücken der Druckplatte 42 über das Reibmaterial 50 gegen den Bremsrotor 40 erzeugt wird, weniger wahrscheinlich durch Wärmeleitung auf die elektromagnetische Spule 74 und den Anker 76 übertragen, so dass im Vergleich zu einer herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung ein Temperaturanstieg der elektromagnetischen Spule und des Ankers reduziert werden kann.
Daher steigt die Temperatur der elektromagnetischen Spule 74 auch bei wiederholtem Bremsen unter erschwerten Bedingungen nicht übermäßig an. Daher ist es möglich, das Risiko zu verringern, dass aufgrund des Anstiegs des elektrischen Widerstands des Leiters der elektromagnetischen Spule und der Abnahme des Stromwerts des Steuerstroms eine von der elektromagnetischen Spule erzeugte elektromagnetische Kraft verglichen mit einem Normalzustand reduziert wird und eine erzeugte Bremskraft verglichen mit einer erforderlichen Bremskraft nicht ausreicht.
Gemäß der Ausführungsform wird das Stützelement 56 durch die Rückstellfedern 46 in Richtung des Anschlagabschnitts 80 vom Bremsrotor 40 weg vorgespannt. Da das Stützelement in einer Position positioniert ist, in der es am Anschlagabschnitt anliegt, wenn die elektromagnetische Spule 74 nicht mit einem Steuerstrom erregt wird, kann die Druckplatte 42 über das Wellenelement 58 in Bezug auf den Anschlagabschnitt positioniert werden.
Gemäß der Ausführungsform wandelt der Bewegungsumwandlungsmechanismus 62 die Drehbewegung des Wellenelements 58 in eine Linearbewegung der Druckplatte 42 entlang der Achse 22 um, um die Position der Druckplatte 42 in Bezug auf das Stützelement 56 zu verändern. Daher kann durch Drehen des Wellenelements 58 um die Achse 22 durch den Elektromotor 60 und Änderung der Position der Druckplatte 42 in Bezug auf das Stützelement die Position (Standard-Nichtbremsposition) der Druckplatte in Bezug auf den Bremsrotor 40 während des Nichtbremsens eingestellt werden. Selbst wenn das Reibmaterial mit der Zeit verschleißt, kann die Positionsbeziehung des Reibmaterials in Bezug auf den Bremsrotor in einer geeigneten Beziehung beibehalten werden.
Des Weiteren kann durch Drehen des Wellenelements 58 um die Achse 22 durch den Elektromotor 60 in der Situation, in der der elektromagnetischen Spule 74 kein Steuerstrom zugeführt wird, die Druckplatte 42 bewegt und gegen den Bremsrotor 40 gedrückt werden. Daher kann die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 durch die Steuerung des Elektromotors 60 als Feststellbremsvorrichtung fungieren.
Des Weiteren wird gemäß der Ausführungsform eine Last zwischen dem Wellenelement 58 und dem Stützelement 56 über das Lastübertragungselement 96 übertragen, und eine Dehnung des Lastübertragungselements, die entsprechend der übertragenen Last erzeugt wird, wird durch den Lastsensor 102 der Lasterfassungsvorrichtung 104 als eine durch das Lastübertragungselement übertragene Last erfasst. Daher kann die Lasterfassungsvorrichtung 104 im Fall der Betriebsbremsung, bei der der elektromagnetischen Spule 74 der Steuerstrom zugeführt wird, und im Fall der Feststellbremsung, bei der der Elektromotor 60 angetrieben wird, die Last erfassen, die der Anpresskraft der Druckplatte 42 gegen den Bremsrotor 40 entspricht.
Der Lastübertragungsweg zwischen der Druckplatte 42 und dem Stützelement 56 ist nicht mit dem Umwandlungsmechanismus versehen, der in der herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung enthalten ist, die in 4 der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-108916 ( JP 2019-108916 A ) gezeigt ist. Daher kann die Lasterfassungsvorrichtung 104 die Last erfassen, ohne durch den Umwandlungsmechanismus, der in der herkömmlichen elektromagnetischen Bremsvorrichtung enthalten ist, negativ beeinflusst zu werden.
Des Weiteren reduziert das Drucklager 100 gemäß der Ausführungsform den Reibungswiderstand, wenn sich der Flanschabschnitt 94 und das Lastübertragungselement 96 relativ zueinander drehen. Daher ist es verglichen mit einem Fall, in dem das Drucklager nicht angeordnet ist, möglich, eine Last zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lastübertragungselement zu übertragen und gleichzeitig eine Situation zu gewährleisten, in der sich das Wellenelement 58 in Bezug auf das Stützelement 56 leichtgängig dreht.
Insbesondere ist gemäß der Ausführungsform das Joch 66, das die elektromagnetische Spule 74 stützt, von der Druckplatte 42 beabstandet, die über das Reibmaterial 50 gegen den Bremsrotor 40 gedrückt wird. Daher ist es verglichen mit einem Fall, in dem das Joch 66 mit der Druckplatte 42 in Kontakt ist, möglich, das Risiko einer übermäßigen Erwärmung der elektromagnetischen Spule 74 zu verringern.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer bestimmten Ausführungsform detailliert beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene andere Ausführungsformen innerhalb des Grundgedanken der vorliegenden Erfindung möglich sind.
Beispielsweise ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 so konfiguriert, dass sie über die Drehwelle 20 und den Drehzahlreduzierungsmechanismus 16 eine Bremskraft auf das Rad 18 ausübt, um das Rad abzubremsen. Die elektromagnetische Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch zum Bremsen eines abzubremsenden Drehelements außer dem Rad verwendet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die elektromagnetische Bremsvorrichtung 10 als Teil einer Brems-/Antriebsvorrichtung 12 konfiguriert, die in einem Fahrzeug eine Antriebskraft und eine Bremskraft erzeugt und in einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 14 integriert ist. Die elektromagnetische Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch so konfiguriert sein, dass sie unabhängig von einer Antriebsvorrichtung eine Bremskraft erzeugt.
Des Weiteren hat der elektromagnetische Aktuator 44 in der oben beschriebenen Ausführungsform die elektromagnetische Spule 74 und den Anker 76, die zusammenwirken, um eine elektromagnetische Anziehungskraft zu erzeugen, die die Druckplatte 42 gegen den Bremsrotor 40 drückt. Der elektromagnetische Aktuator kann jedoch eine elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugen und die Druckplatte 42 durch die elektromagnetische Abstoßungskraft gegen den Bremsrotor 40 drücken.
Des Weiteren drängen in der oben beschriebenen Ausführung die Rückstellfedern 46 die Druckplatte 42 durch eine Drucklast in eine Richtung weg vom Bremsrotor 40. Die Rückstellfeder kann jedoch so konfiguriert sein, dass sie die Druckplatte 42 durch eine Zuglast, z.B. eine Schraubenzugfeder, in eine Richtung weg vom Bremsrotor 40 drückt.
Des Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Lasterfassungsvorrichtung 104 so konfiguriert, dass sie eine Dehnung durch den Lastsensor 102 erfasst, indem sie eine Dehnung des Lastübertragungselements 96 erfasst, das an dem Stützelement 56 befestigt und so konfiguriert ist, dass es eine Last zwischen dem Wellenelement 58 und dem Stützelement 56 überträgt. Die Lasterfassungsvorrichtung kann jedoch so konfiguriert sein, dass sie eine Drucklast zwischen dem Wellenelement 58 und dem Stützelement 56 erfasst. Des Weiteren kann die Lasterfassungsvorrichtung so konfiguriert sein, dass das Lastübertragungselement 96 weggelassen wird und eine Dehnung eines Elements, das eine Last überträgt, z.B. die Druckplatte 42, erfasst wird.
Des Weiteren dreht in der oben beschriebenen Ausführungsform die Einstellvorrichtung 54 das Wellenelement 58 durch den Elektromotor 60 um die Achse 22, um während des Nichtbremsens die Position der Druckplatte 42 in Bezug auf den Bremsrotor 40 einzustellen und fungiert auch als Aktuator für die Feststellbremsung. Ein Aktuator für die Feststellbremsung kann jedoch eine andere Vorrichtung als die Einstellvorrichtung 54 sein.
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

JP 2019108916 [0002, 0083]
JP 2019 [0002]
JP 108916 A [0002]
JP 2019108916 A [0083]

Claims

Elektromagnetische Bremsvorrichtung (10) mit einem Bremsrotor (40), der so konfiguriert ist, dass er sich zusammen mit einem zu bremsenden Drehelement (18) um eine Achse (22) dreht, einer Druckplatte (42), die so gestützt ist, dass sie in Bezug auf den Bremsrotor entlang der Achse verschiebbar und in Bezug auf ein Gehäuse (48) um die Achse nicht drehbar ist, einem elektromagnetischen Aktuator (44), der eine elektromagnetische Kraft erzeugt und die Druckplatte über ein Reibmaterial (50) gegen den Bremsrotor drückt, und einer Rückstellfeder (46), die die Druckplatte in eine Richtung weg vom Bremsrotor vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Bremsvorrichtung (10) eine Druckkraftübertragungsvorrichtung (52) umfasst, die eine von dem elektromagnetischen Aktuator (44) erzeugte elektromagnetische Kraft als eine Druckkraft entlang der Achse (22) auf die Druckplatte (42) überträgt, und die Druckkraftübertragungsvorrichtung ein Stützelement (5), das auf der dem Bremsrotor (40) gegenüberliegenden Seite der Druckplatte angeordnet ist und von dem Gehäuse (48) so gestützt wird, dass es entlang der Achse verschiebbar und um die Achse nicht drehbar ist, und ein Wellenelement (58) umfasst, das zwischen der Druckplatte und dem Stützelement eine Kraft in einer Richtung entlang der Achse überträgt, die elektromagnetische Bremsvorrichtung (10) des Weiteren eine Lasterfassungsvorrichtung (104) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine zwischen der Druckplatte (42) und dem Stützelement (56) über das Wellenelement (58) übertragene Last erfasst, und der elektromagnetische Aktuator (44) eine elektromagnetische Spule (74) und einen Anker (76) umfasst, die zwischen der Druckplatte und dem Stützelement (56) von der Druckplatte (42) beabstandet sind; die elektromagnetische Spule durch das Gehäuse (48) gestützt wird; der Anker durch das Stützelement (56) gestützt wird; und der Anker, das Stützelement, das Wellenelement und die Druckplatte so angeordnet sind, dass sie sich integral in Richtung des Bremsrotors (40) bewegen, wenn durch den elektromagnetischen Aktuator eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (48) einen Anschlagabschnitt (80) aufweist und die Rückstellfeder (46) so konfiguriert ist, dass sie das Stützelement (5) in Richtung des Anschlagabschnitts in einer Richtung weg vom Bremsrotor (40) vorspannt.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Bremsvorrichtung (10) des Weiteren eine Einstellvorrichtung (54) mit einem Elektromotor (60), der durch ein Gehäuse (64) an dem Stützelement (56) befestigt und so konfiguriert ist, dass er das Wellenelement (58) so antreibt, dass es sich nach Bedarf um die Achse (22) dreht, und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus (62) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die Position der Druckplatte (42) in Bezug auf das Stützelement (56) ändert, indem er die Drehbewegung des Wellenelements in eine Linearbewegung der Druckplatte entlang der Achse umwandelt.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasterfassungsvorrichtung (104) ein Lastübertragungselement (96), das an dem Stützelement (56) befestigt und so konfiguriert ist, dass es eine Last zwischen dem Wellenelement (58) und dem Stützelement überträgt, und einen Lastsensor (102) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine von dem Lastübertragungselement übertragene Last durch Erfassen einer Dehnung des Lastübertragungselements erfasst.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenelement (58) einen Flanschabschnitt (94) aufweist, der auf der Seite der Druckplatte (4) in Bezug auf das Lastübertragungselement (96) vorgesehen ist, und ein Drucklager (100) zwischen dem Flanschabschnitt und dem Lastübertragungselement (96) angeordnet ist.