DE102021201344A1 - Electromechanical wheel brake for a wheel unit of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Radbremse (100) für eine Radeinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei die Radbremse (100) eine Steuerelektronik (116), eine mit der Steuerelektronik (116) funktional verbundene Antriebseinheit (102) mit einem der Antriebseinheit (102) nachgeschalteten Getriebe (104) und ein Feststellbremsmodul (124) aufweist, wobei das Getriebe (104) dazu ausgebildet ist, ein durch die Antriebseinheit (102) auf eine Antriebswelle (118) bewirktes Drehmoment in eine Zuspannkraft (120) der Radbremse (100) umzuwandeln und wobei das Feststellbremsmodul (124) dazu ausgebildet ist, eine Rotation der Antriebswelle (118) durch die Steuerelektronik (116) steuerbar in wenigstens einer Drehrichtung (160) zu blockieren. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Feststellbremsmodul (124) einen Betätigungsstößel (128) aufweist, wobei der Betätigungsstößel (128) mittels eines durch die Steuerelektronik (116) steuerbaren bistabilen Umkehrhubmagneten (130) zwischen einer Freigabeposition, in der die Antriebswelle (118) frei drehen kann und einer Sperrposition, in der eine Rotation der Antriebswelle (118) in wenigstens einer Drehrichtung (160) durch das Feststellbremsmodul (124) blockiert wird, verschiebbar ist.The invention relates to an electromechanical wheel brake (100) for a wheel unit of a motor vehicle, the wheel brake (100) having control electronics (116), a drive unit (102) functionally connected to the control electronics (116) with a gear unit (102) connected downstream of the drive unit (102). 104) and a parking brake module (124), the transmission (104) being designed to convert a torque caused by the drive unit (102) on a drive shaft (118) into a clamping force (120) of the wheel brake (100) and wherein the The parking brake module (124) is designed to block a rotation of the drive shaft (118) controllably by the control electronics (116) in at least one direction of rotation (160). According to the invention it is provided that the parking brake module (124) has an actuating tappet (128), the actuating tappet (128) between a release position in which the drive shaft (118) is free by means of a bistable reversing lifting magnet (130) controllable by the control electronics (116) can rotate and a locking position, in which a rotation of the drive shaft (118) in at least one direction of rotation (160) is blocked by the parking brake module (124), is displaceable.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Radbremse für eine Radeinheit eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromechanical wheel brake for a wheel unit of a motor vehicle according to the preamble of
Derartige Radbremsen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Radbremse mit einem Feststellbremsmodul zu schaffen, das mit einfachen Mitteln eine sichere Verriegelung der Radbremse in einer Parkbremsposition ermöglicht, während gleichzeitig das Risiko eines Ausfalls der Parkbremsfunktion, beispielsweise infolge eines elektrischen Defekts, reduziert ist.The present invention is based on the object of creating a wheel brake with a parking brake module that enables the wheel brake to be safely locked in a parking brake position using simple means, while at the same time reducing the risk of the parking brake function failing, for example as a result of an electrical defect.
Diese Aufgabe wird mit einer Radbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a wheel brake with the features of
Bei einer elektromechanische Radbremse für eine Radeinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei die Radbremse eine Steuerelektronik, eine mit der Steuerelektronik funktional verbundene Antriebseinheit mit einem der Antriebseinheit nachgeschalteten Getriebe und ein Feststellbremsmodul aufweist, wobei das Getriebe dazu ausgebildet ist, ein durch die Antriebseinheit auf eine Antriebswelle bewirktes Drehmoment in eine Zuspannkraft der Radbremse umzuwandeln und wobei das Feststellbremsmodul dazu ausgebildet ist, eine Rotation der Antriebswelle durch die Steuerelektronik steuerbar in wenigstens einer Drehrichtung zu blockieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Feststellbremsmodul einen Betätigungsstößel aufweist, wobei der Betätigungsstößel mittels eines durch die Steuerelektronik steuerbaren bistabilen Umkehrhubmagneten zwischen einer Freigabeposition, in der die Antriebswelle frei drehen kann und einer Sperrposition, in der eine Rotation der Antriebswelle in wenigstens einer Drehrichtung durch das Feststellbremsmodul blockiert wird, verschiebbar ist. Bei der Drehrichtung, welche von dem Feststellbremsmodul in der Sperrposition blockiert wird, handelt es sich dabei bevorzugt um jene Drehrichtung der Antriebswelle, die zu einem Öffnen der Radbremse führt. Diese Drehrichtung wird im Folgenden auch als „Zuspannrichtung“ bezeichnetIn the case of an electromechanical wheel brake for a wheel unit of a motor vehicle, the wheel brake having control electronics, a drive unit functionally connected to the control electronics with a transmission connected downstream of the drive unit, and a parking brake module, the transmission being designed to apply a torque produced by the drive unit to a drive shaft To convert into an application force of the wheel brake and wherein the parking brake module is designed to block a rotation of the drive shaft controllably by the control electronics in at least one direction of rotation, it is provided according to the invention that the parking brake module has an actuating tappet, the actuating tappet by means of a bistable controllable by the control electronics Reversing lifting magnets between a release position in which the drive shaft can rotate freely and a blocking position in which the drive shaft can rotate in at least one direction of rotation rch the parking brake module is blocked, can be moved. The direction of rotation that is blocked by the parking brake module in the locking position is preferably that direction of rotation of the drive shaft that leads to the wheel brake being opened. This direction of rotation is also referred to below as the “application direction”
Unter einem „bistabilen Umkehrhubmagneten“ ist dabei eine magnetische Anordnung zu verstehen, die wenigstens zwei klar definierbare Endlagen aufweist, die durch entsprechende Bestromung oder Ansteuerung der magnetischen Anordnung eingestellt werden können. Die Verwendung einer solchen Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass mit einfachen Mitteln eine sichere Ansteuerung der Feststellmechanik des Feststellbremsmoduls möglich ist. Der Betätigungsstößel kann dabei sowohl direkt als auch indirekt eine Rotation der Antriebswelle blockieren. So kann sowohl vorgesehen sein, dass die Blockade direkt auf die Antriebswelle wirkt, als auch dass die Blockade auf ein rotatorisch mit der Antriebswelle verbundenes Element wirkt, beispielsweise auf das Getriebe der Radbremse.A “bistable reversing lifting magnet” is to be understood as a magnetic arrangement that has at least two clearly definable end positions that can be set by a corresponding energization or activation of the magnetic arrangement. The use of such an arrangement is characterized in that the locking mechanism of the parking brake module can be safely controlled with simple means. The actuating tappet can block a rotation of the drive shaft both directly and indirectly. It can thus be provided that the blockage acts directly on the drive shaft and that the blockage acts on an element that is rotationally connected to the drive shaft, for example on the gearbox of the wheel brake.
Dabei ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Umkehrhubmagnet einen entlang einer Betätigungsrichtung beweglich gelagerten Anker und eine Magnetspule aufweist, wobei der Anker innerhalb der Spule angeordnet ist und wobei der Betätigungsstößel zumindest abschnittsweise innerhalb des Ankers gelagert ist. Durch eine Umpolung der Bestromung des Umkehrhubmagneten kann dabei zwischen den unterschiedlichen Betätigungszuständen des feststellen Bremsmoduls umgeschaltet werden, da sich die Lage des Ankers innerhalb der Magnetspule entsprechend ändert.According to a preferred embodiment, the reversing solenoid has an armature mounted movably along an actuating direction and a magnetic coil, the armature being arranged within the coil and the actuating plunger being mounted at least in sections within the armature. By reversing the polarity of the current supply to the reversing lifting magnet, it is possible to switch between the different operating states of the fixed brake module, since the position of the armature within the magnet coil changes accordingly.
Um den Verschleiß des Betätigungsstößels bei Verriegelungsvorgängen zu reduzieren, ist nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen, dass eine Federanordnung innerhalb des Ankers angeordnet ist, wobei die Federanordnung den Betätigungsstößel bei Auslenkung des Betätigungsstößels relativ zu dem Anker aus einer Neutralstellung mit einer Kraft in Richtung der Neutralstellung beaufschlagt. Folglich folgt der Betätigungsstößel nicht zwingend jeder Bewegung des Ankers, sondern kann vielmehr gegenüber dem Anker verschoben werden, beispielsweise wenn der Betätigungsstößel auf ein Hindernis trifft, das eine weitere Verschiebung blockiert. Bei der Federanordnung handelt es sich dabei bevorzugt um ein vorgespannt des Federpaket, das aus wenigstens zwei Federn besteht, die symmetrisch um einen Anlenkpunkt der Federn an den Betätigungsstößel angeordnet sind.In order to reduce the wear of the actuating plunger during locking processes, a further embodiment provides that a spring arrangement is arranged within the armature, the spring arrangement pushing the actuating plunger out of a neutral position with a force in the direction of the neutral position when the actuating plunger is deflected relative to the armature applied. Consequently, the actuating tappet does not necessarily follow every movement of the armature, but can rather be displaced with respect to the armature, for example when the actuating tappet encounters an obstacle that blocks further displacement. The spring arrangement is preferably a pretensioned spring assembly, which consists of at least two springs, which are arranged symmetrically around a point of articulation of the springs on the actuating plunger.
Ein definierter Bewegungsbereich, innerhalb dessen sich der Anker und mithin der Betätigungsstößel bewegen können, wird nach einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Anker an seinen Endflächen Auskragungen aufweist, die sich senkrecht zur Betätigungsrichtung erstrecken und eine Bewegung des Ankers relativ zur Magnetspule durch einen Anschlag an der Magnetspule begrenzen. Die Auskragungen sind dabei bevorzugt einteilig mit dem Anker ausgeführt. Ferner erstrecken sich die Auskragungen bevorzugt um den kompletten Umfang des Ankers. Die Bewegung des Ankers wird dabei bevorzugt dadurch begrenzt, dass ab einer bestimmten Verschiebung des Ankers relativ zur Magnetspule die Auskragungen des Ankers auf entsprechende Elemente der Magnetspule treffen, sodass eine weitere Verschiebung des Ankers blockiert wird.A defined range of motion within which the armature and therefore the actuating plunger can move is achieved according to a further embodiment in that the armature has projections on its end faces which extend perpendicular to the actuating direction and limit movement of the armature relative to the magnet coil by means of a stop on the magnet coil. The projections are preferably made in one piece with the anchor. Furthermore, the projections preferably extend around the entire circumference of the anchor. The movement of the armature is preferably limited in that from a certain displacement of the armature relative to the magnet coil, the armature projections hit corresponding elements of the magnet coil, so that further displacement of the armature is blocked.
Um auch bei einem Ausfall des bistabilen Hubmagneten, beispielsweise infolge eines elektrischen Defekts, sicherzustellen, dass die Betätigungsposition des Feststellbremsmoduls sich nicht versehentlich verändert, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass zwischen den Auskragungen und der Magnetspule beidseitig Dauermagnete und entsprechend magnetisierbare Elemente angeordnet sind, sodass der Anker durch die Anordnung aus Dauermagneten und magnetisierbaren Elementen mit einer Kraft in Richtung des jeweiligen Anschlags beaufschlagt wird.In order to ensure that the actuation position of the parking brake module does not accidentally change even in the event of a failure of the bistable lifting magnet, for example as a result of an electrical defect, a further embodiment provides that permanent magnets and correspondingly magnetizable elements are arranged on both sides between the projections and the magnet coil, so that the armature is acted upon by the arrangement of permanent magnets and magnetizable elements with a force in the direction of the respective stop.
Dabei sind die Dauermagnete und/oder die magnetisierbaren Elemente bevorzugt ringförmig ausgebildet. Die Anordnung aus Dauermagneten kann dabei am Anker angeordnet sein, während die magnetisierbaren Elemente an der Magnetspule angeordnet sein können. Gleichermaßen ist auch die umgekehrte Anordnung möglich, sodass die Dauermagneten an der Magnetspule angeordnet sind, während die magnetisierbaren Elemente am Anker angeordnet sind. Durch die Verbindung einer derartigen Anordnung wird sichergestellt, dass auch bei einem Ausfall der Elektronik der Anker und mithin der Betätigungsstößel in einer einmal eingestellten Position verbleibt.The permanent magnets and / or the magnetizable elements are preferably designed in a ring shape. The arrangement of permanent magnets can be arranged on the armature, while the magnetizable elements can be arranged on the magnetic coil. Likewise, the reverse arrangement is also possible, so that the permanent magnets are arranged on the magnet coil, while the magnetizable elements are arranged on the armature. The connection of such an arrangement ensures that even in the event of a failure of the electronics, the armature and consequently the actuating tappet remain in a position that has once been set.
Um trotz der Sicherung des Ankers in den Endlagen der Betätigungspositionen durch die Dauermagnete weiterhin eine sichere Betätigung des Feststellbremsmoduls zu ermöglichen, ist dabei nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die durch die Magnetspule erzeugbare Kraft größer als die durch die Dauermagnete erzeugte Kraft ist.In order to continue to enable safe actuation of the parking brake module despite the armature being secured in the end positions of the actuation positions by the permanent magnets, a further embodiment provides that the force generated by the magnetic coil is greater than the force generated by the permanent magnets.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass auf der Antriebswelle ein Klinkenrad angeordnet ist, das formschlüssig und/oder kraftschlüssig gegen eine Rotation um die Längsachse der Antriebswelle relativ zur Antriebswelle gesichert ist, wobei die Blockade der Rotation der Antriebswelle durch eine Blockade einer Rotation des Klinkenrads erreicht wird.According to a further embodiment it is further provided that a ratchet wheel is arranged on the drive shaft, which is positively and / or non-positively secured against rotation about the longitudinal axis of the drive shaft relative to the drive shaft, the blocking of the rotation of the drive shaft by blocking a rotation of the Ratchet wheel is reached.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Feststellbremsmodul eine Sperrklinke aufweist, wobei die Sperrklinke durch den Betätigungsstößel zwischen der Sperrposition und der Freigabeposition umschaltbar ist, wobei die Sperrklinke in der Sperrposition in das Klinkenrad eingreift und eine Rotation des Klinkenrads in wenigstens einer Richtung, insbesondere entgegen der Zuspannrichtung, blockiert.It is preferably provided that the parking brake module has a locking pawl, the locking pawl being switchable between the locking position and the release position by the actuating plunger, the locking pawl engaging the ratchet wheel in the locking position and a rotation of the ratchet wheel in at least one direction, in particular against the Application direction, blocked.
Ein einfacher Aufbau des Feststellbremsmoduls wird dabei nach einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Sperrklinke um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, wobei die Schwenkachse parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist.A simple construction of the parking brake module is achieved according to a further embodiment in that the pawl is pivotably mounted about a pivot axis, the pivot axis being aligned parallel to the axis of rotation of the drive shaft.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass das Klinkenrad eine Zahnung mit einer Hinterschneidungsgeometrie aufweist, sodass, sobald sich die Sperrklinke in der Sperrposition befindet, eine Rotation des Klinkenrads durch einen Formschluss zwischen Zahnung und Sperrklinke in einer Drehrichtung verhindert wird. Dabei ist die Hinterschneidungsgeometrie bevorzugt so ausgebildet, dass bei einer Rotation der Antriebswelle entgegen der blockierten Richtung, also in Zuspannrichtung, die Sperrklinke an der Hinterschneidungsgeometrie abgleiten kann, sodass bei einer kleinen Auslenkung der Sperrklinke aus der Sperrposition eine Rotation des Klinkenrads gegen die gesperrte Richtung möglich ist. Auf diese Weise kann die Radbremse im Bedarfsfall nachgespannt werden, ohne dass das Feststellbremsmodul in die Freigabeposition schalten muss. Ein solches Nachspann kann beispielsweise notwendig werden, wenn das Fahrzeug mit warmen Bremsen abgestellt wird, woraufhin anschließend die Bremsen abkühlen und sich die eingestellte Zuspannkraft reduziert.According to a preferred embodiment it is further provided that the ratchet wheel has teeth with an undercut geometry so that as soon as the pawl is in the locking position, rotation of the ratchet wheel is prevented by a positive fit between the teeth and the pawl in one direction of rotation. The undercut geometry is preferably designed in such a way that when the drive shaft rotates against the blocked direction, i.e. in the application direction, the pawl can slide off the undercut geometry, so that if the pawl is deflected slightly from the blocking position, the ratchet wheel can rotate against the blocked direction is. In this way, the wheel brake can be re-tensioned if necessary without the parking brake module having to switch to the release position. Such a trailer may be necessary, for example, if the vehicle is parked with the brakes warm, whereupon the brakes subsequently cool down and the set application force is reduced.
Um eine sichere Verriegelung der Radbremse durch das Feststellbremsmodul zu detektieren, ist nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen, dass das Feststellbremsmodul Mittel zur Feststellung einer Position des Betätigungsstößels aufweist.In order to detect a secure locking of the wheel brake by the parking brake module, it is further provided according to a further embodiment that the parking brake module has means for determining a position of the actuating tappet.
Dabei ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Mittel magnetische Sensoren aufweisen, wobei die magnetischen Sensoren dazu ausgebildet sind, die Lage eines Teilbereichs des Betätigungsstößels relativ zu den magnetischen Sensoren zu erfassen.According to a further embodiment it is provided that the means have magnetic sensors, the magnetic sensors being designed to detect the position of a sub-area of the actuating plunger relative to the magnetic sensors.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Radbremse für eine Radeinheit eines Kraftfahrzeugs, -
2 verschiedene Ansichten einer beispielhaften elektromechanischen Radbremse, -
3 eine schematische Darstellung des funktionalen Aufbaus einer solchen elektromechanischen Radbremse, -
4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Feststellbremsmoduls, -
5 eine schematische Darstellung eines bistabilen Umkehrmagneten, und -
6 ein Diagramm von in dem Feststellbrems Modul wirkenden Kräften.
-
1 a perspective view of a wheel brake for a wheel unit of a motor vehicle, -
2 various views of an exemplary electromechanical wheel brake, -
3 a schematic representation of the functional structure of such an electromechanical wheel brake, -
4th a schematic representation of an exemplary parking brake module, -
5 a schematic representation of a bistable reversing magnet, and -
6th a diagram of forces acting in the parking brake module.
Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.In the following, features that are similar or identical to one another are identified by the same reference symbols.
Die
Der Bremsaktuator
Beispielhaft ist nachfolgend eine EPB-Aktuatorik in Ausgestaltung bzw. Kooperation mit einer innenumgriffenen EMB-Faustsattelscheibenbremse ausgeführt sowie erläutert, wobei genauso gut eine
EMB-Festsattelkonfektionierung und/oder ein anderes außenumgriffenes EMB-Scheibenbremskonzept bzw. weiterhin alternativ ein
EMB-Trommelbremssystem denkbar ist, ohne die Erfindung zu verlassen.By way of example, an EPB actuator system is implemented and explained below in a configuration or cooperation with an EMB floating caliper disc brake encompassed on the inside, with one just as well
EMB fixed caliper assembly and / or another externally encompassed EMB disc brake concept or, alternatively, one
EMB drum brake system is conceivable without departing from the invention.
Die
Die beispielhaft dargestellte Radbremse
Diese Translationsbewegung wird dann auf Reibbeläge
Die
Die
Das Feststellbremsmodul
In der
Im Folgenden wird nun der Aufbau eines solchen Feststellbremsmoduls beispielhaft mit Bezug auf die
Die
Das Feststellbremsmodul weist dabei einen Betätigungsstößel
Dabei weist der Anker
Durch die beschriebene Anordnung aus Dauermagneten
Neben der beschriebenen Anordnung aus Dauermagneten
Der Betätigungsstößel
An dem Betätigungsstößel
Die Hinterschneidungsgeometrie
Das Feststellbremsmodul
Die
In dem Kraft-Wegdiagramm (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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