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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für die redundante Ausführung eines elektromechanischen Bremssystems, ein elektromechanisches Bremssystem mit einem solchen Aktuator und ein Fahrzeug.
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Heutige Fahrzeuge verfügen über fluidisch betätigte, also pneumatisch oder hydraulisch betätigte, Bremssysteme deren Aktuatoren pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden. Durch die Bestrebung künftig von konventionellen Antrieben, wie Verbrennungsmotoren, auf elektrische Antriebe, insbesondere mit Traktionsbatterie und/oder Brennstoffzelle in Kombination mit einem Elektromotor als Fahrzeugantriebsmaschine, zu wechseln, kann auch eine Elektrifizierung der Bremssysteme erfolgen, so dass künftig elektromechanische Bremssysteme die fluidisch betätigten Bremssysteme ersetzen. Bei elektromechanischen Bremssystemen sind Aktuatoren zur Betätigung der Bremsen vorgesehen, die in Reaktion auf elektrische Eingangssignale die den Aktuatoren zugeordneten Bremsen betätigen.
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Ein Problem stellt hier die Situation dar, wenn keine elektrischen Signale mehr an die Aktuatoren bereitgestellt werden können, da beispielsweise die elektrische Energieversorgung des elektromechanischen Bremssystems, beispielsweise eine Batterie, ausgefallen ist oder ein anderer Defekt vorliegt, der eine elektrische Aktuierung unmöglich macht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie ein elektromechanisches Bremssystem redundant gestaltet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Aktuator für ein elektromechanisches Bremssystem eines Fahrzeugs vorgesehen, der folgendes aufweist:
- - ein Übertragungselement, das in Reaktion auf eine aufgebrachte Aktuatorkraft zur Betätigung mindestens einer Bremse ausgebildet ist,
- - einen ersten Aktuierungsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, zur Betätigung des Aktuators die Aktuatorkraft auf das Übertragungselement in Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal aufzubringen, und
- einen zweiten Aktuierungsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, zur Betätigung des Aktuators die Aktuatorkraft auf das Übertragungselement in Reaktion auf ein fluidisches, insbesondere ein hydraulisches oder pneumatisches, Eingangssignal aufzubringen.
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Das Übertragungselement ist vorzugsweise in Reaktion auf die aufgebrachte Aktuatorkraft verschiebbar ausgebildet, um die mindestens eine Bremse zu betätigen.
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Das Übertragungselement ist vorzugsweise als Stab ausgebildet und besonders bevorzugt in Richtung der Stabachse verschiebbar ausgebildet.
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Vorzugsweise ist der Aktuator integral mit dem Übertragungselement und/oder mit dem ersten Aktuierungsmechanismus und/oder mit dem zweiten Aktuierungsmechanismus ausgebildet. Auf diese Weise wird eine Bauteileinheit geschaffen, die Vorteile bei Montage und Wartung liefert. Ein defekter Aktuator kann beispielsweise als Ganzes ausgebaut und analysiert werden, wobei das Fahrzeug unterdessen mit einem anderen Aktuator wieder betrieben werden kann.
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Vorzugsweise ist der Aktuator dazu ausgebildet, zur Betätigung mittels des zweiten Aktuierungsmechanismus' betätigt zu werden, wenn der erste Aktuierungsmechanismus ausgefallen ist. Auf diese Weise ist eine Möglichkeit geschaffen, den Aktuator redundant betreiben zu können. Da der zweite Aktuierungsmechanismus fluidisch betätigt wird, ist hier auch eine von der Stromversorgung des Fahrzeugs unabhängige Betätigung möglich.
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Die Betätigung durch den zweiten Aktuierungsmechanismus ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieselbe Funktionalität im Vergleich zur Aktuierung durch den ersten Aktuierungsmechanismus möglich ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Funktionalität durch den zweiten Aktuierungsmechanismus gegenüber dem ersten Aktuierungsmechanismus eingeschränkt ist. Insbesondere bei der Darstellung einer Redundanz- oder Rückfallebene des Aktuators durch den zweiten Aktuierungsmechanismus kann eine eingeschränkte Funktionalität ausreichend sein, da durch die Redundanzebene beispielsweise lediglich eine Mindestverzögerung erreicht werden soll, um das Fahrzeug sicher anzuhalten und die Weiterfahrt einzustellen.
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Vorzugsweise weist der zweite Aktuierungsmechanismus einen Kolben auf, der in einem Druckraum geführt ist, wobei ein in dem Druckraum wirkender Druck, der insbesondere pneumatisch oder hydraulisch erzeugt wird, auf den Kolben wirkt, wodurch eine Kraft erzeugt wird, und der zweite Aktuierungsmechanismus dazu ausgebildet ist, aus dieser Kraft die Aktuatorkraft auf das Übertragungselement zu erzeugen. Der Druckraum ist bevorzugt integral mit dem Aktuator und besonders bevorzugt als Teil eines Aktuatorgehäuses ausgebildet. Das Übertragungselement erstreckt sich bevorzugt mit einem Abschnitt durch den Druckraum, wobei der Kolben vorzugsweise koaxial zu dem Übertragungselement angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der Kolben mit dem Übertragungselement verbunden. Alternativ ist zwischen Kolben und Übertragungselement ein, insbesondere als Übersetzung wirkendes, Zwischenelement vorgesehen. Ein solches Zwischenelement kann beispielsweise eine Hebelmechanik sein, die die Aktuatorkraft auf das Übertragungselement aufbringt.
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Allgemein ist vorzugsweise zwischen dem Übertragungselement und dem zweiten Aktuierungsmechanismus und/oder dem ersten Aktuierungsmechanismus ein Zwischenelement vorgesehen. Ein Zwischenelement kann insbesondere so ausgebildet sein, dass eine in das Zwischenelement eingebrachte Kraft in die Aktuatorkraft übersetzt wird.
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Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten Aktuierungsmechanismus und dem Übertragungselement ein Freilauf vorgesehen, der eine Verschiebung des Übertragungselementes aufgrund der Aktuatorkraft, die von dem ersten Aktuierungsmechanismus erzeugt wurde, erlaubt. Alternativ oder zusätzlich ist zwischen dem ersten Aktuierungsmechanismus und dem Übertragungselement ein Freilauf vorgesehen, der eine Verschiebung des Übertragungselementes aufgrund der Aktuatorkraft, die von dem zweiten Aktuierungsmechanismus erzeugt wurde, erlaubt. Ein solcher Freilauf kann beispielsweise durch einen Anschlag auf dem Übertragungselement realisiert sein, an dem der erste und/oder der zweite Aktuierungsmechanismus angreifen können/kann, um die Aktuatorkraft auf das Übertragungselement aufzubringen.
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Vorzugsweise wird die Energie für das fluidische Eingangssignal, das an den zweiten Aktuierungsmechanismus zugeführt wird, einem im Fahrzeug vorhandenen fluidisch betriebenen System, insbesondere einem Druckluftsystem und/oder einem Bremssystem, und/oder einem Verdichter und/oder einem Druckspeicher entnommen. Das Druckluftsystem kann insbesondere ein Luftfedersystem umfassen. Das fluidisch betriebene System kann beispielsweise in einem Anhänger vorgesehen sein, wobei das Fluid dieses Systems dem zweiten Aktuierungsmechanismus zugeführt wird. Der Verdichter und/oder Druckspeicher können/kann Energie vorzugsweise für mehrere Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Gerade bei einer Fahrzeugkonstellation, bei der beispielsweise ein elektrifiziertes Zugfahrzeug einen erfindungsgemäßen Aktuator aufweist und ein angekoppelter Anhänger ein pneumatisches Bremssystem und/oder ein Luftfedersystem aufweist, kann Energie in Form von Druckluft daraus entnommen werden und dem zweiten Aktuierungsmechanismus zugeführt werden.
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Unter einem Verdichter kann in diesem Text auch eine Pumpe verstanden werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine separate Energiequelle zur Bereitstellung dieser Energie vorgesehen ist. Dies können/kann insbesondere ein Verdichter und/oder ein Druckspeicher sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein elektromechanisches Bremssystem vorgesehen, das einen Aktuator wie vorstehend beschrieben aufweist. Somit besteht die Möglichkeit dieses Bremssystem über die fluidische Aktuierung des zweiten Aktuierungsmechanismus' redundant betreiben zu können.
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Ein solches Bremssystem weist vorzugsweise eine Ausbildung auf, die erlaubt, dass eine Fahrereingabe in ein fluidisches Signal für den zweiten Aktuierungsmechanismus umgesetzt wird. Als fluidisches Signal kann insbesondere ein Steuerdruck fungieren, den ein Fahrer mit Druck auf ein Bremspedal erzeugt. Dieser kann direkt dem zweiten Aktuierungsmechanismus zugeführt werden, oder im Bremssystem auslösen, dass dem zweite Aktuierungsmechanismus ein fluidisches Eingangssignal zugeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das folgendes aufweist:
- - ein elektromechanisches Bremssystem wie vorstehend beschrieben oder einen Aktuator wie vorstehend beschrieben, und
- - eine erste Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Eingangssignal an den ersten Aktuierungsmechanismus bereitzustellen, und
- - eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein fluidisches, insbesondere ein hydraulisches oder pneumatisches, Eingangssignal an den zweiten Aktuierungsmechanismus bereitzustellen.
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Vorzugsweise weist die zweite Vorrichtung des Fahrzeugs ein fluidisch betriebenes System, insbesondere ein Druckluftsystem und/oder ein Bremssystem und/oder einen Verdichter und/oder einen Druckspeicher auf. Das Druckluftsystem kann insbesondere ein Luftfedersystem umfassen.
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Die erste Vorrichtung des Fahrzeugs kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät und/oder einen elektrischen Energiespeicher, wie eine Batterie, umfassen.
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Das Fahrzeug ist somit dazu ausgebildet, auch bei Ausfall der ersten Vorrichtung oder einer sonstigen Störung, noch durch die fluidisch ausgeprägte Rückfallebene gebremst werden zu können.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug als PKW, LKW, Zugmaschine, Anhänger oder Verbund aus Zugmaschine und Anhänger ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich ist das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Dieses kann für den elektrischen Antrieb beispielsweise eine Brennstoffzelle und/oder eine Batterie umfassen, die mit einer Traktionsmaschine zusammenwirken/zusammenwirkt. Das Fahrzeug kann alternativ auch konventionell oder hybridisch angetrieben sein.
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Das vorstehend beschriebene Bremssystem und das vorstehend beschriebene Fahrzeug weisen vorzugsweise entsprechende Merkmale auf, die bei der Beschreibung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erwähnt wurden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen
- 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, und
- 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist ein erfindungsgemäßer Aktuator 1 gezeigt, der einen ersten Aktuierungsmechanismus 2 und einen zweiten Aktuierungsmechanismus 3 aufweist. Ferner weist der Aktuator 1 ein Übertragungselement 4 auf, das stabförmig ausgebildet ist, dessen Stabachse sich von links nach rechts erstreckt und das in Reaktion auf eine aufgebrachte Aktuatorkraft FAkt nach rechts verschoben wird, um eine Bremse (nicht gezeigt) zu betätigen.
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Die Aktuatorkraft FAkt kann sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Aktuierungsmechanismus 2, 3 auf das Übertragungselement 4 aufgebracht werden. Der erste Aktuierungsmechanismus 2 ist dazu ausgebildet, die Aktuatorkraft FAkt in Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal auf das Übertragungselement 4 aufzubringen. Der zweite Aktuierungsmechanismus 3 ist dazu ausgebildet, die Aktuatorkraft FAkt in Reaktion auf ein fluidisches, insbesondere ein hydraulisches oder pneumatisches, Eingangssignal aufzubringen.
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Dazu umfasst der zweite Aktuierungsmechanismus 3 ein Gehäuse 5 und einen im Gehäuse 5 zu den Gehäusewänden gleitend und dichtend geführten Kolben 7, der von links nach rechts verschiebbar ausgebildet ist. Der Kolben 7 bildet mit seiner linken Seite sowie dem Gehäuse 5 einen Druckraum 6 aus, in dem ein Druck p fluidisch aufgebaut werden kann, welcher dann auf die linke Kolbenseite wirkt.
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Das Übertragungselement 4 erstreckt sich durch das Gehäuse 5 bzw. durch den Druckraum 6 hindurch, so dass sich ein Abschnitt des Übertragungselementes 4 innerhalb des Gehäuses 5 befindet.
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Der Kolben 7 ist koaxial zu dem Übertragungselement 4 angeordnet und kann eine Aktuatorkraft FAkt, die durch den Druck p im Zusammenwirken mit der linken Kolbenseite erzeugt wird, auf das Übertragungselement 4 aufbringen.
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Die Funktionsweise des Aktuators 1 stellt sich wie folgt dar.
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Im normalen Betrieb wird der Aktuator 1 durch den ersten Aktuierungsmechanismus 2 betätigt, indem dieser die Aktuatorkraft FAkt in Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal auf das Übertragungselement 4 aufbringt.
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Ist dies nicht möglich, beispielsweise weil kein elektrisches Eingangssignal erzeugt werden oder dem ersten Aktuierungsmechanismus 2 zugeführt werden kann, so kann die benötigte Aktuatorkraft FAkt durch Aufbauen eines Drucks p durch Zuführen eines Fluids in den Druckraum 6 erzeugt werden.
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Somit stellt der zweite Aktuierungsmechanismus 3 eine Redundanzebene dar, die eine Betätigung der Bremsen erlaubt, auch wenn dies durch den ersten Aktuierungsmechanismus 2 nicht mehr möglich ist.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist ein erfindungsgemäßer Aktuator 1 gezeigt, der einen ersten Aktuierungsmechanismus 2 und ein Übertragungselement 4 aufweist, die identisch zu denen sind, die in 1 gezeigt sind.
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Der Aktuator 1 weist einen zweiten Aktuierungsmechanismus 3 auf, der prinzipiell identisch zu dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 ausgebildet ist, der in 1 gezeigt ist. Der Unterschied zu 1 besteht darin, dass der Kolben 7 nicht koaxial zu dem Übertragungselement 4 angeordnet ist und sich das Übertragungselement 4 nicht durch das Gehäuse 5 erstreckt. Ferner ist der dargestellte zweite Aktuierungsmechanismus 3 so konfiguriert, dass sich der Druckraum 6 nun rechts des Kolbens 7 befindet und dass der in den Druckraum 6 zugeführte Druck p nun auf die rechte Kolbenseite wirkt, so dass dieser nach links verschoben wird.
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Zur Aufbringung der Aktuatorkraft FAkt auf das Übertragungselement 4 ist hier zwischen dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 und dem Übertragungselement 4 ein Zwischenelement mit einem Hebelmechanismus 8 vorgesehen, der einen Drehpunkt 9 aufweist, um den der Hebelmechanismus 8 drehbar ausgeführt ist.
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Der Kolben 7 versetzt bei Verschiebung nach links den Hebelmechanismus 8 in Drehung um den Drehpunkt 9, wobei dadurch eine Aktuatorkraft FAkt auf das Übertragungselement 4 aufgebracht wird.
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Durch den Hebelmechanismus 8 findet eine Übersetzung der Kraft, die durch den auf die rechte Kolbenseite wirkenden Druck p erzeugt wird, in die Aktuatorkraft FAkt statt. Hier besteht der Vorteil, dass durch eine entsprechende Ausgestaltung des Hebelmechanismus' 8 ein vergleichsweise kleiner zweiter Aktuierungsmechanismus 3 vorgesehen werden muss, um die benötigte Aktuatorkraft FAkt zu erzeugen.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist ein erfindungsgemäßer Aktuator 1 gezeigt, der einen ersten Aktuierungsmechanismus 2 und ein Übertragungselement 4 aufweist, die im Wesentlichen identisch zu denen sind, die in 2 gezeigt sind.
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Auf dem Übertragungselement 4 ist zudem ein Vorsprung als Teil eines Anschlags 10 vorgesehen.
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Der Aktuator 1 weist einen zweiten Aktuierungsmechanismus 3 auf, der prinzipiell identisch zu dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 ausgebildet ist, der in 2 gezeigt ist. Der Unterschied zu 2 besteht darin, dass der dargestellte zweite Aktuierungsmechanismus 3 so konfiguriert ist, dass sich der Druckraum 6 links des Kolbens 7 befindet und dass der in den Druckraum 6 zugeführte Druck p nun auf die linke Kolbenseite wirkt, so dass der Kolben 7 nach rechts verschoben wird.
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Zur Aufbringung der Aktuatorkraft FAkt auf das Übertragungselement 4 ist hier zwischen dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 und dem Übertragungselement 4 ein Zwischenelement mit einem Anschlag 10 vorgesehen. Der Anschlag 10 weist ein erstes Element, das mit dem Kolben 7 verbunden ist, und ein zweites Element, nämlich den oben erwähnten Vorsprung, das mit dem Übertragungselement 4 verbunden ist, auf. Wenn diese Elemente aneinander anliegen, lassen sie eine Übertragung der Kraft, die durch den auf die linke Kolbenseite wirkenden Druck p erzeugt wird, über den Anschlag 10 auf das Übertragungselement 4 als Aktuatorkraft FAkt zu.
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Der Anschlag 10 bildet einen Freilauf zwischen dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 und dem Übertragungselement 4. Eine Verschiebung des Übertragungselementes 4 aufgrund der Aktuatorkraft FAkt, die durch den ersten Aktuierungsmechanismus 2 auf das Übertragungselement 4 aufgebracht wird, wird nicht durch den Anschlag 10 blockiert bzw. beeinflusst.
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Auch die Ausführungsformen, die in den 1 und 2 gezeigt sind, können Freiläufe aufweisen. Insbesondere kann in 1 ein Anschlag zwischen Kolben 7 und Übertragungselement 4 vorgesehen sein. In 2 kann ein Anschlag zwischen dem zweiten Aktuierungsmechanismus 3 und dem Hebelmechanismus 8 und/oder zwischen dem Hebelmechanismus 8 und dem Übertragungselement 4 vorgesehen sein.
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Zudem kann in jeder Ausführungsform ein Freilauf zwischen dem ersten Aktuierungsmechanismus 2 und dem Übertragungselement 4 vorgesehen sein. Auf diese Weise blockiert der erste Aktuierungsmechanismus 2 im Redundanzfall die Verschiebung des Übertragungselementes 4 nicht.
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Jeder der in den 1 bis 3 gezeigten Aktuatoren 1 kann ein Aktuatorgehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse 5 als Bestandteil des Aktuatorgehäuses ausgebildet sein kann.
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Jeder der in den 1 bis 3 gezeigten Aktuatoren 1 kann integral ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- erster Aktuierungsmechanismus
- 3
- zweiter Aktuierungsmechanismus
- 4
- Übertragungselement
- 5
- Gehäuse
- 6
- Druckraum
- 7
- Kolben
- 8
- Hebelmechanismus
- 9
- Drehpunkt
- 10
- Anschlag
- FAkt
- Aktuatorkraft
- p
- Druck
