DE102021121828A1 - Electromechanical brake actuator with pneumatic spring accumulator and braking method - Google Patents
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Abstract
Eine elektromechanische Bremseinrichtung (22) für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung (24) und einen elektromechanischen Aktuator (30) zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung (24), wobei die elektromechanische Bremseinrichtung (22) einen pneumatisch lösbaren Federspeicheraktuator (10) aufweist. Ein elektromechanisches Bremssystem oder ein Nutzfahrzeug können eine derartige Bremseinrichtung aufweisen. In einem Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mittels einer derartigen Bremseinrichtung (22) wird, wenn der elektromechanische Aktuator (30) außer Funktion ist, die Reibungsbremseinrichtung (24) mittels des Federspeicheraktuators (10) betätigt.An electromechanical braking device (22) for a vehicle, having at least one friction braking device (24) and an electromechanical actuator (30) for actuating the friction braking device (24), the electromechanical braking device (22) having a pneumatically releasable spring-loaded actuator (10). An electromechanical braking system or a commercial vehicle can have such a braking device. In a method for braking a vehicle using such a braking device (22), when the electromechanical actuator (30) is inoperative, the friction braking device (24) is actuated by means of the spring-loaded actuator (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung und einen elektromechanischen Aktuator zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug sowie ein Nutzfahrzeug, das eine derartige Bremseinrichtung und/oder ein derartiges Bremssystem aufweist und ein Bremsverfahren.The present invention relates to an electromechanical braking device for a vehicle, having at least one friction braking device and an electromechanical actuator for actuating the friction braking device. In addition, the present invention relates to an electromechanical braking system for a vehicle and a commercial vehicle that has such a braking device and/or such a braking system and a braking method.
Elektromechanische Nutzfahrzeugbremsanlagen umfassen zum Steuern einer Bremskraft, insbesondere der Bremskraft einer Betriebsbremse, einen elektromechanischen Aktuator. Der elektromechanische Aktuator steuert beispielsweise durch Drehen und/oder Verschieben einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise einer Aktuatorachse, eine mechanische Reibungsbremseinrichtung. Eine Bremsregeleinrichtung steuert wiederum den elektromechanischen Aktuator je nach gewünschter Bremswirkung.Electromechanical commercial vehicle brake systems include an electromechanical actuator for controlling a braking force, in particular the braking force of a service brake. The electromechanical actuator controls a mechanical friction brake device, for example by rotating and/or displacing an actuating device, for example an actuator axis. A brake control device in turn controls the electromechanical actuator depending on the desired braking effect.
Die Bremseinrichtung kann auch dafür ausgelegt sein, eine Parkbremsfunktion umzusetzen. Eine Parkbremse eines Nutzfahrzeugs muss allerdings mechanisch fixiert werden, um sicherzustellen, dass das Nutzfahrzeug beim Wegfall der Betriebsenergie, egal ob elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, weiterhin gebremst bleibt und sich nicht unkontrolliert in Bewegung setzt.The braking device can also be designed to implement a parking brake function. However, a parking brake on a commercial vehicle must be fixed mechanically to ensure that the commercial vehicle remains braked and does not start moving in an uncontrolled manner if the operating energy is lost, regardless of whether it is electric, pneumatic or hydraulic.
So gibt es Lösungen, im gebremsten Zustand den elektromechanischen Aktuator über Kupplungen zu fixieren und beispielsweise ein Losdrehen der Spindel zu vermeiden. Die technische Umsetzung eines derartigen elektromechanischen Aktuators mit Parkbremsfunktion ist unter Umständen sehr aufwändig, teuer oder bauraumtechnisch sehr herausfordernd. Dies gilt auch dann, wenn die genannten Ansätze verfolgt werden. There are solutions to fix the electromechanical actuator in the braked state using clutches and, for example, to prevent the spindle from turning loose. The technical implementation of such an electromechanical actuator with a parking brake function is sometimes very complex, expensive or very challenging in terms of installation space. This also applies if the approaches mentioned are pursued.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den Aufbau einer elektromechanischen Bremseinrichtung der eingangs genannten Art zu vereinfachen und deren Betriebssicherheit zu verbessern.Against this background, the task is to simplify the structure of an electromechanical braking device of the type mentioned and to improve its operational reliability.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 1, ein elektromechanisches Bremssystem gemäß Patentanspruch 6, ein Nutzfahrzeug gemäß Patentanspruch 7 und ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.To achieve the object, an electromechanical brake device according to claim 1, an electromechanical brake system according to patent claim 6, a commercial vehicle according to patent claim 7 and a method for braking a vehicle according to claim 8 are proposed. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Die Aufgabe wird durch eine elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug gelöst, die wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung und einen elektromechanischen Aktuator zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung aufweist, wobei die elektromechanische Bremseinrichtung einen pneumatisch lösbaren Federspeicheraktuator aufweist.The object is achieved by an electromechanical brake device for a vehicle, which has at least one friction brake device and an electromechanical actuator for actuating the friction brake device, the electromechanical brake device having a pneumatically releasable spring-loaded actuator.
Pneumatisch lösbare Federspeicheraktuatoren sind bekannt und einfach aufzubauen. Um die Feder des Federspeicheraktuators zu spannen, wird Druckluft beispielsweise in einen Zylinder des Federspeicheraktuators geleitet, der mit der Feder in Wirkverbindung steht. So wird zum Feststellen des Fahrzeuges im Stillstand die Druckluft aus dem Federspeicher entlüftet, wodurch die Feder die Reibbremseinrichtung betätigt und das Fahrzeug mit der erforderlichen Bremswirkung gehalten wird (insbesondere zum Parken).Pneumatically releasable spring-loaded actuators are known and easy to set up. In order to tension the spring of the spring-loaded actuator, compressed air is fed, for example, into a cylinder of the spring-loaded actuator that is operatively connected to the spring. To lock the vehicle at a standstill, the compressed air is vented from the spring accumulator, whereby the spring actuates the friction brake device and the vehicle is held with the required braking effect (in particular for parking).
In einer weiteren Ausführungsform ist der Federspeicheraktuator zusammen mit der Reibungsbremseinrichtung in Wirkverbindung angeordnet.In a further embodiment, the spring-loaded actuator is arranged in an operative connection together with the friction brake device.
Der Federspeicheraktuator kann somit die Reibungsbremseinrichtung feststellen und dadurch eine Parkbremsfunktion gewährleisten.The spring-loaded actuator can thus determine the friction brake device and thereby ensure a parking brake function.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Federspeicheraktuator zur unmittelbaren Kraftausübung auf wenigstens ein Reibungsbremselement angeordnet und/oder eingerichtet sein.In a further embodiment, the spring-loaded actuator can be arranged and/or set up for the direct exertion of force on at least one friction brake element.
Dies entspricht der traditionellen Anordnung, bei der der Federspeicheraktuator in der Reibungsbremseinrichtung angeordnet ist und eine Feder des Federspeicheraktuators unmittelbar auf die Reibungsbremselemente, also beispielsweise Bremsbacken oder Bremsklötze, wirkt.This corresponds to the traditional arrangement in which the spring-loaded actuator is arranged in the friction brake device and a spring of the spring-loaded actuator acts directly on the friction brake elements, for example brake shoes or brake pads.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Federspeicheraktuator zusammen mit dem elektromechanischen Aktuator in Wirkverbindung angeordnet.In a further embodiment, the spring-loaded actuator is arranged in an operative connection together with the electromechanical actuator.
Dies bewirkt, dass das Feststellen der Reibungsbremseinrichtung über denselben Mechanismus erfolgt, wie das Feststellen der Reibungsbremseinrichtung mittels des elektromechanischen Aktuators. Beispielsweise können sowohl der Federspeicheraktuator als auch der elektromechanische Aktuator die Reibungsbremseinrichtung über ein gemeinsames mechanisches Kraftübertragungsglied betätigen.The effect of this is that the friction brake device is fixed via the same mechanism as the friction brake device is fixed by means of the electromechanical actuator. For example, both the spring-loaded actuator and the electromechanical actuator can actuate the friction brake device via a common mechanical force transmission element.
In einer Ausführungsform weist der elektromechanische Aktuator eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung auf, wobei die Reibungsbremseinrichtung zur Steuerung mittels einer Translation der Betätigungseinrichtung angeordnet und/oder eingerichtet ist, und wobei der Federspeicheraktuator zur unmittelbaren Kraftausübung auf die Betätigungseinrichtung angeordnet und/oder eingerichtet ist.In one embodiment, the electromechanical actuator has an actuating device for actuating the friction braking device, the friction braking device for controlling by means of a translation of the actuating device is arranged and/or set up, and wherein the spring-loaded actuator is arranged and/or set up for the direct exertion of force on the actuating device.
Dadurch wird die Reibungsbremseinrichtung möglichst einfach gehalten, da sie von dem Federspeicheraktuator mittels derselben Bewegung ausgelöst wird, wie durch den elektromechanischen Aktuator und in der Reibungsbremseinrichtung kein Platz für den Federspeicheraktuator benötigt wird.As a result, the friction brake device is kept as simple as possible, since it is triggered by the spring-loaded actuator using the same movement as by the electromechanical actuator and no space is required for the spring-loaded actuator in the friction brake device.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug gelöst, das wenigstens eine der oben genannten elektromechanischen Bremseinrichtungen aufweist.The object is also achieved by an electromechanical braking system for a vehicle, which has at least one of the electromechanical braking devices mentioned above.
Durch die Verwendung eines Federspeicheraktuators für die Parkbremsfunktion werden die oben bereits genannten Vorteile realisiert, insbesondere, dass die Parkbremsfunktion auch bei einem Ausfall der Stromversorgung für den elektromechanischen Bremsaktuator realisiert werden kann.By using a spring-loaded actuator for the parking brake function, the advantages already mentioned above are realized, in particular that the parking brake function can be realized even if the power supply for the electromechanical brake actuator fails.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Nutzfahrzeug, das eine der oben genannten elektromechanischen Bremseinrichtungen oder das oben genannte elektromechanische Bremssystem aufweist, gelöst.The object is also achieved by a commercial vehicle that has one of the electromechanical braking devices mentioned above or the electromechanical braking system mentioned above.
Durch die Verwendung eines Federspeicheraktuators für die Parkbremsfunktion werden die oben bereits genannten Vorteile realisiert, insbesondere, dass die Parkbremsfunktion auch bei einem Ausfall der Stromversorgung für den elektromechanischen Bremsaktuator realisiert werden kann. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Nutzfahrzeugs verbessert.By using a spring-loaded actuator for the parking brake function, the advantages already mentioned above are realized, in particular that the parking brake function can be realized even if the power supply for the electromechanical brake actuator fails. This improves the operational safety of the commercial vehicle.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mittels einer elektromagnetischen Bremseinrichtung gemäß einer der hier genannten Ausführungsformen gelöst, das den Schritt aufweist: Wenn der elektromechanische Aktuator außer Funktion ist, Betätigen der Reibungsbremseinrichtung durch den Federspeicheraktuator zum Aufbringen einer sekundären Bremsfunktion.The object is also achieved by a method for braking a vehicle by means of an electromagnetic brake device according to one of the embodiments mentioned here, which has the step: if the electromechanical actuator is inoperable, the friction brake device is actuated by the spring-loaded actuator to apply a secondary braking function.
Auch, wenn der elektromechanische Aktuator die Reibungsbremseinrichtung nicht betätigen kann, sei es durch einen Ausfall des Bordnetzes oder eine Fehlfunktion des Aktuators selbst, kann so eine ausreichende Bremsfunktion sichergestellt werden. Der Federspeicheraktuator ist auch ohne Energiezufuhr in der Lage, die Reibungsbremseinrichtung zu betätigen und das Fahrzeug abzubremsen und/oder zu fixieren.Even if the electromechanical actuator cannot actuate the friction braking device, whether due to a failure of the vehicle electrical system or a malfunction of the actuator itself, an adequate braking function can be ensured in this way. The spring-loaded actuator is able to actuate the friction brake device and to brake and/or fix the vehicle even without supplying energy.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Federspeicheraktuator zur Durchführung des Schritts Betätigen der Reibungsbremseinrichtung schrittweise entlüftet.In a further embodiment, the spring-loaded actuator is vented step by step in order to carry out the actuation step of the friction brake device.
Eine schrittweise Entlüftung bewirkt einen schrittweisen Aufbau der Bremskraft, die durch die Betätigung der Reibungsbremseinrichtung entsteht. Dadurch kann ein Fahrzeug langsam zum Stehen gebracht werden. Bei einer sofortigen, vollständigen Entlüftung wird im Gegensatz dazu abrupt eine Bremskraft erzeugt, die beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeugs zur Folge haben könnte. Somit wird durch das schrittweise Entlüften die Sicherheit der Bremseinrichtung verbessert.A gradual venting causes a gradual build-up of the braking force that is created by the actuation of the friction braking device. This allows a vehicle to be brought to a slow stop. In the case of an immediate, complete venting, on the other hand, a braking force is generated abruptly, which could cause the vehicle to swerve, for example. The safety of the braking device is thus improved by the gradual bleeding.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen lediglich schematisch dargestellt ist. Es zeigen im Einzelnen:
-
1 einen Federspeicheraktuator zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung und -
2 ein Schema einer elektromechanischen Bremseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a stored energy actuator for use in embodiments of the invention and -
2 a schematic of an electromechanical braking device according to an embodiment of the invention.
Ein Federspeicheraktuator 10, wie er in
Um den Federspeicheraktuator 10 zu spannen, also Energie in ihm zu speichern, wird durch den Druckluftzugang 18 Luft in die Druckkammer 12 gegeben. Durch den sich dadurch aufbauenden Druck wird der Kolben 20, an dem die Betätigungseinrichtung 16 befestigt ist, in der Figur nach rechts bewegt, so dass die mechanische Feder 14 gespannt wird. Der Druckluftzugang 18 kann nach dem Spannen, beispielsweise mittels eines Ventils, verschlossen werden, so dass die in der Druckkammer 12 und der mechanischen Feder 14 gespeicherte Energie in dem Federspeicheraktuator 10 verbleibt.In order to tension the spring-loaded
Wird die Energie zur Betätigung einer Einrichtung benötigt, dann wird das Ventil geöffnet, die Luft entweicht aus der Druckkammer 12 und die mechanische Feder 14 entspannt sich, so dass der Kolben 20 und die Betätigungseinrichtung 16 sich so bewegen, dass die die Druckkammer 12 verkleinert wird, also in der Figur nach links. When the energy is required to actuate a device, the valve is opened, air escapes from the
Die in
Die Reibungsbremseinrichtung 24 ist beispielsweise mittels eines elektromechanischen Aktuators 30 betätigbar. Der elektromechanische Aktuator 30 bewirkt beispielsweise mittels eines elektrischen Motors eine Translation der Betätigungseinrichtung 28. Der elektromechanische Aktuator 30 ist also in Wirkverbindung mit der Reibungsbremseinrichtung 24.The
Die elektromechanische Bremseinrichtung 22 weist darüber hinaus einen Federspeicheraktuator 10 auf, der mittels der Betätigungseinrichtung 28 in Wirkverbindung mit der Reibungsbremseinrichtung 24 angeordnet ist. Der Federspeicheraktuator 10 ist im Übrigen dazu angeordnet, unmittelbar mittels der Betätigungseinrichtung 16 Kraft auf das Reibungsbremselement 24 auszuüben.The
Falls der elektromechanische Aktuator 30 außer Funktion ist, beispielsweise weil eine Stromversorgung für den elektromechanischen Aktuator 30 nicht zur Verfügung steht, dann kann mittels des Federspeicheraktuators 10 mit der Reibungsbremseinrichtung 24 eine Parkbremsfunktion aktiviert und somit eine sekundäre Bremsfunktion aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird, wie oben beschrieben, die Luft aus der Druckkammer 12 abgelassen, so dass die Feder 14 die Betätigungseinrichtung 16 und damit auch die Betätigungseinrichtung 28 bewegt und damit die Reibungsbremseinrichtung 24 betätigt.If the
In weiteren Ausführungsformen wird der Federspeicheraktuator 10 schrittweise entlüftet, um einen schrittweisen Aufbau der Bremskraft zu bewirken.In further embodiments, the
Eine derartige elektromechanische Bremseinrichtung 22 kann in einem elektromechanischen Bremssystem eines Fahrzeugs ein- oder mehrmals verwendet werden.Such an
Eine derartige elektromechanische Bremseinrichtung 22 ist insbesondere in Nutzfahrzeugen einsetzbar.Such an
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Federspeicheraktuatorspring actuator
- 1212
- Druckkammerpressure chamber
- 1414
- mechanische Federmechanical spring
- 1616
- Betätigungseinrichtungactuating device
- 1818
- Druckluftzugangcompressed air access
- 2020
- KolbenPistons
- 2222
- elektromechanische Bremseinrichtungelectromechanical braking device
- 2424
- Reibungsbremseinrichtungfriction braking device
- 2626
- Achseaxis
- 2828
- Betätigungseinrichtungactuating device
- 3030
- elektromechanischer Aktuatorelectromechanical actuator
Claims (9)
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