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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bremsunterstützungssystem, das in der Lage ist, autonom zu arbeiten, von einer Steuerungseinheit gesteuert wird und von einem Elektromotor angetrieben wird, der mit einem Hauptzylinder zusammenwirkt und entlang der Betätigungsachse xx aufweist: einen Unterstützungskolben, der mit dem Antriebsmotor verbunden ist, einen Tauchkolben, dessen eines Ende parallel zum Unterstützungskolben auf den Hauptzylinder einwirken kann, wobei sein anderes Ende mit der Steuerstange verbunden ist, die wiederum mit dem Bremspedal verbunden ist, wobei der Tauchkolben vom Unterstützungskolben geschoben wird, um die Steuerstange zu ziehen.
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Das Bremsunterstützungssystem kommt bei einem Hauptzylinder zum Einsatz, der entweder durch eine Betätigung des Bremspedals gesteuert wird, unterstützt oder direkt ohne Unterstützung, oder durch eine autonome Betätigung, die von der Steuerungseinheit des Bremssystems in Abhängigkeit von detektierten Parametern oder Ereignissen, die im Allgemeinen sicherheitsbezogen sind, angefordert wird.
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Stand der Technik
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Nach dem Stand der Technik stützt sich der Unterstützungskolben in der Unterstützungsphase während des Bremsens so am Tauchkolben ab, dass der Tauchkolben die Steuerstange und das Bremspedal zieht. Die Vorwärtsbewegung des Tauchkolbens löst die Unterstützung aus, so dass er sich nicht mehr an der Reaktionsscheibe abstützt.
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Unter normalen Bedingungen wird diese Vorwärtsbewegung vom Fahrer nicht bemerkt, weil er die Bremsung durch sein Betätigen des Bremspedals anfordert. Wenn sein Drücken nachlässt, kehrt das Pedal in seine Ruhestellung zurück. Wenn sich unter dem Bremspedal ein Hindernis befindet, beispielsweise ein heruntergefallener Gegenstand, der zufällig unter das Pedal gerät, bemerkt der Fahrer diesen Widerstand und stellt diese Störung ab.
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Im Fall des autonomen Bremsens wird die Bremsung durch die Unterstützung von der Steuerungseinheit des Bremssystems ausgelöst, ohne dass der Fahrer auf das Bremspedal drückt, das während der Dauer der Betätigung vom Tauchkolben gezogen wird. Dies stellt ein haptisches Signal für den Fahrer dar, wenn sein Fuß auf dem Bremspedal ruht. Wenn jedoch der Fuß des Fahrers oder ein Hindernis unter das Bremspedal gerät, könnte der Fuß gequetscht oder verletzt werden. Wenn das Hindernis Widerstand leistet, könnte dies bei andauernder Bremsunterstützung die Komponenten des Bremssystems beschädigen, beispielsweise den Elektromotor, der trotz Spannungsversorgung drehblockiert wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Sicherheit der elektromechanischen Bremsunterstützungssysteme, die von einem Elektromotor angetrieben werden und in der Lage sind, autonom zu arbeiten, zu verbessern.
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Darlegung und Vorteile der Erfindung
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Zu diesem Zweck betrifft diese Erfindung ein elektromechanisches Bremsunterstützungssystem der oben genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Zwischenfeder umfasst, die mit einem Druckanschlag kombiniert ist, der das Zusammendrücken der Feder auf eine vorgegebene Druckkraft begrenzt, die größer als die Gegenkraft des Bremspedals unter normalen Betriebsbedingungen der Bremsunterstützung ist, wobei die Zwischenfeder und ihr Druckanschlag zwischen den Tauchkolben und den Unterstützungskolben gesetzt sind, wobei die Zwischenfeder den Schub des Unterstützungskolbens auf den Tauchkolben überträgt, der das Pedal unter normalen Bremsbedingungen zieht, wobei der Unterstützungskoben den Tauchkolben mit dem Druckanschlag schiebt, wenn die Gegenkraft des Tauchkolbens die vorgegebene Druckkraft übersteigt, wobei ein Berührungsdetektor die Berührung zwischen dem Unterstützungskolben, dem Anschlag und dem Tauchkolben detektiert, wobei dieser Sensor mit der Steuerungseinheit des Bremssystems verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Unterstützungssystem weist den Vorteil auf, dass es im Fall des autonomen Betriebs und des Blockierens des Bremspedals durch ein Hindernis geschützt ist. Die Situation wird von der Zentraleinheit detektiert, die die Situation verarbeitet, um Abhilfe zu schaffen, ohne - zumindest vorübergehend - den auf den Zwischenkolben ausgeübten Schub und das entsprechende Ziehen der Steuerstange und des Bremspedals fortzusetzen. Dadurch wird eine Störung und insbesondere ein Unfall vermieden, falls sich zum Zeitpunkt der autonomen Betätigung des Bremssystems ein Fuß unter dem Bremspedal befinden sollte, oder aber die Zerstörung einer oder mehrerer Komponenten des Bremssystems im Fall eines nicht zusammendrückbaren Hindernisses, auf welches das Bremspedal trifft, und der Fortsetzung der Zugbewegung, d.h. bei Druck durch das Unterstützungssystem.
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Gemäß einem besonders interessanten Merkmal hat der Unterstützungskolben die Form einer axialen Hülse, die einteilig mit einem Verdrehsicherungsbügel zu ihrer translatorischen Führung ist, wobei die Hülse eine mit einem Gewinde versehene Außenoberfläche hat, um mit einer translatorisch feststehenden, aber drehbeweglichen Mutter zusammenzuwirken, die innen ein Gewinde hat, das komplementär zu dem des Unterstützungskolbens ist, den sie aufnimmt, und außen ein Zahnrad trägt, das mit dem Antriebsmotor verbunden ist, wobei das vordere Ende des Tauchkolbens eine Antriebsbasis hat, um vom Unterstützungskolben geschoben zu werden, der Druckanschlag von der Antriebsbasis in einem bestimmten Abstand von der Achse getragen wird, um einen ringförmigen Zwischenraum um den Körper des Tauchkolbens herum vor dem Unterstützungskolben zu bilden, die Zwischenfeder die Form einer Belleville-Feder hat, die in dem ringförmigen Zwischenraum gelagert ist und den Druckanschlag axial überragt, um den Unterstützungskolben aufzunehmen und seinen Schub auf den Tauchkolben zu übertragen, bevor der Unterstützungskolben den Druckanschlag berührt, wenn die Gegenkraft des Tauchkolbens die vorgegebene Druckkraft der Zwischenfeder übersteigt.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere aufgrund ihrer Einfachheit vorteilhaft, denn der Druckanschlag ist in die Führungselemente integriert, die wiederum ein Teilsystem des Tauchkolbens bilden, da sie aus separaten Elementen bestehen, die in den Öffnungen der Finger der Antriebsbasis des Tauchkolbens gelagert sind.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist der Berührungsdetektor ein Differentialwegdetektor, der den Differentialweg des Tauchkolbens und des Unterstützungskolbens detektiert.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal überträgt der Unterstützungskolben den Unterstützungsschub an den Hauptzylinder mit einem Zwischenkolben, der an die Reaktionsscheibe der Schubstange des Hauptzylinders angelegt wird, wobei dieser Zwischenkolben einen zylindrischen axialen Mantel aufweist, der die Antriebsbasis des Tauchkolbens und die Führungselemente des Tauchkolbens lagert, die in Führungslagern des Bügels des Unterstützungskolbens gelagert sind, wobei der Zwischenkolben den Differentialwegdetektor trägt, der den Weg zwischen dem Unterstützungskolben und dem Tauchkolben detektiert.
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Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal besteht der Druckanschlag aus einem Reliefelement jedes Führungselements der Antriebsbasis.
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Figurenliste
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Diese Erfindung wird nachstehend ausführlicher anhand eines Beispiels für ein elektromechanisches Bremsunterstützungssystem beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- - 1 eine Axialschnittansicht des Hauptteils eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsunterstützungssystems,
- - 2 in ihren Teilen 2A, 2B, 2C drei Axialschnitte ähnlich denen der 1, aber vereinfacht, für drei charakteristische Zustände:
- • 2A das Unterstützungssystem im Ruhezustand,
- • 2B das Unterstützungssystem im normalen Unterstützungsbetrieb,
- • 2C das Bremsunterstützungssystem im autonomen Betrieb im Fall des Blockierens des Bremspedals,
- - 3 in ihren Teilen 3A, 3B, 3C Vergrößerungen der 2A, 2B bzw. 2C im Halbaxialschnitt des Zwischenraums zwischen dem Bügel des Unterstützungskolbens und der Basis des Tauchkolbens mit der Zwischenfeder in den verschiedenen Stellungen.
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Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
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Konventionshalber sind die dargestellten Teile in den verschiedenen Figuren in Bezug auf die Achse xx des Unterstützungssystems ausgerichtet, wobei der vordere Teil (AV) links und der hintere Teil (AR) rechts ist.
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Die in der Beschreibung verwendeten Bezeichnungen „vorn“ und „hinten“ beruhen auf dieser Ausrichtungskonvention.
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Gemäß 1 wirkt die Bremsunterstützungsvorrichtung, von der nur die zur Beschreibung der Erfindung wichtigsten Teile dargestellt sind, gesteuert durch das Bremspedal auf den Hauptzylinder ein, und zwar mit Unterstützung oder direkt, falls die Unterstützung ausgefallen ist, oder aber autonom, falls die Steuerungseinheit des Bremssystems dies aus Sicherheitsgründen oder aus anderen Gründen in Abhängigkeit von Daten, die von Detektoren erfasst werden, oder von externen Randbedingungen vorgibt.
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Das Unterstützungssystem besteht aus einer Steuerstange 1, die mit dem Bremspedal und mit einem Tauchkolben 2 verbunden ist, der auf die Schubstange 3 über die Reaktionsscheibe 31 einwirkt, die somit die direkte kinematische Kette zwischen dem Bremspedal und dem Hauptzylinder bilden.
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Das Unterstützungssystem, das die Hilfe beim Bremsen oder das autonome Bremsen unabhängig von einer Betätigung des Bremspedals gewährleistet, wirkt auf die Schubstange 3 mit einem Zwischenkolben 4 zusätzlich oder parallel zur Betätigung des Bremspedals ein, treibt jedoch das Bremspedal bei seiner Vorwärtsbewegung durch die Schubstange 3 an.
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Die Mittel des Unterstützungssystems bestehen aus dem Tauchkolben 2, dessen vorderes Ende 23 mit einer Antriebsbasis 21 versehen ist, die aus kreuzförmigen Schenkeln gebildet wird, die Führungselemente 22 tragen. Der Tauchkolben 2 wird von einem Unterstützungskolben 5 geschoben, der aus einer axialen Hülse 51 gebildet wird, die frei vom Körper des Tauchkolbens 2 entlang der Achse xx durchquert wird und deren Außenoberfläche mit einem Gewinde 511 versehen ist, um mit einer translatorisch feststehenden, auf dieses Gewinde 511 geschraubten Mutter 6 zusammenzuwirken, die drehfest ein Zahnrad 61 trägt, das mit dem Elektromotor verbunden ist, der die Unterstützung bereitstellt, wenn er aktiviert wird.
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Das Zahnrad 61 der Mutter 6 wird von einem Kugellager 62 getragen, das in der axialen Öffnung 71 des Gehäuses 7 des Systems angebracht ist und die Faltenbalgmanschette 72 aufnimmt.
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Die translatorisch (entlang der Achse xx) feststehende Mutter 6 bewirkt durch Schraubverbindung die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Unterstützungskolbens 5, dessen vorderes Ende mit einem Bügel 52 zur translatorischen Führung und Verdrehsicherung über zwei Lager an zwei symmetrischen (vor und hinter der Ebene der 1), parallel zur Achse xx verlaufenden Führungsstangen versehen ist.
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Dieser Bügel 52 hat Öffnungen 521, die Führungslager bilden, die jeweils ein Führungselement 22 aufnehmen, das von der Basis 21 des Tauchkolbens getragen wird. Die relative, begrenzte Bewegung des Tauchkolbens 2 in Bezug auf den Unterstützungskolben 5 erfolgt mit den Führungselementen 22, die in die Führungslager 521 des Bügels eingesetzt sind.
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Der Bügel 52 liegt am Zwischenkolben 4 an, der sich wiederum an der Reaktionsscheibe 31 anliegt. Der Zwischenkolben 4 hat die Form eines Kranzes 41, der in der Achse xx vom Vorderteil 23 des Tauchkolbens 2 durchquert wird, der sich an der Reaktionsscheibe 31 abstützen kann. Der Kranz 41 des Zwischenkolbens 4 stützt sich an der Reaktionsscheibe ab, um die Unterstützungskraft normal zu übertragen. Der Kranz 41 des Zwischenkolbens 4 trägt einen zylindrischen Mantel 42, an dessen Rand sich der Bügel 52 abstützt, um seinen Schub zu übertragen.
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Unter normalen Unterstützungsbedingungen berührt der Tauchkolben 2 die Reaktionsscheibe 31 nur zu Beginn eines Bremsvorgangs, und sobald die Unterstützung aktiviert ist, trennt sich der Tauchkolben 2 von der Reaktionsscheibe 31, während er die Bewegung fortsetzt, wie dies nach dem Funktionsprinzip der Bremsunterstützungssysteme bekannt ist.
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Gemäß der Erfindung ist eine Zwischenfeder 8, die mit einem Druckanschlag 81 kombiniert ist, zwischen den Unterstützungskolben 5 und den Tauchkolben 2 gesetzt.
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Die Zwischenfeder 8 überträgt den Schub des Unterstützungskolbens 5 auf den Tauchkolben 2 parallel zur Übertragung des Unterstützungsschubs auf den Hauptzylinder mit dem Zwischenkolben 4, der Reaktionsscheibe 31 und der Schubstange 3. Der Tauchkolben 2 kann ebenfalls parallel oder allein, wenn das Unterstützungssystem ausgefallen ist, auf die Reaktionsscheibe 31 drücken.
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Die Zwischenfeder 8 und ihr Druckanschlag 81 legen einen Schwellenwert einer Druckkraft fest, die größer als die Gegenkraft ist, die das Bremspedal normalerweise der Vorwärtsbewegung des Tauchkolbens 2 entgegensetzt. Wenn diese Gegenkraft, die durch ein Hindernis erzeugt wird, auf welches das Pedal beim Niederdrücken durch das Ziehen des Tauchkolbens 2 trifft, diesen Schwellenwert übersteigt, stützt sich der Unterstützungskolben 5 über den Druckanschlag 81 am Tauchkolben 2 ab.
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Falls sich das Hindernis nicht zusammendrücken lässt, zieht das Unterstützungssystem weiter mit zunehmender Kraft am Tauchkolben 2 und am Pedal. Diese Situation wird jedoch von einem Berührungsdetektor 9 detektiert. Der Detektor 9 umfasst einen Chip 91, beispielsweise einen Hall-Sensor-Chip, der am Unterstützungskolben 5 angebracht ist und die Bewegung eines Magneten 92 detektiert, der in Richtung der Achse xx ausgerichtet ist und von der Antriebsbasis 21 des Tauchkolbens 2 getragen wird. Der Sensor 9, der wie ein Differentialwegdetektor arbeitet, stellt die Berührung fest, beispielsweise zwischen dem Unterstützungskolben 5 und dem Tauchkolben 2, um ein Sicherungsverfahren einzuleiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Magnet 92 ein Kunststoff mit Magnetiteinschluss, der an die Basis 21 angeformt ist.
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Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der Druckanschlag 81 in die Führungselemente 22 integriert, die mit einem den Anschlag 81 bildenden Keil versehen sind, der die Annäherung der Antriebsbasis 21 an den Bügel 52 auf einen Zwischenraum mit einer bestimmten axialen Länge und somit das Zusammendrücken der Feder 8 auf die Druckkraft des Schwellenwerts begrenzt.
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Die Zwischenfeder 8 in Form einer Belleville-Feder mit bestimmten Federeigenschaften ist in dem ringförmigen Raum zwischen dem durch die Keile gebildeten Anschlag 81 und dem Tauchkolben 2 gelagert. Diese Feder 8 hat eine axiale Länge, die größer als das axiale Maß des ringförmigen Raums des Druckanschlags 81 ist, so dass sie in Bezug auf den Anschlag 81 auf der dem Bügel 52 zugewandten Seite vorspringt.
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In dieser Ausführungsform ist die Zwischenfeder am Tauchkolben 2 gegen eine Umfangsschulter 232 befestigt, die durch eine Durchmesserverringerung 231 des vorderen Endes 23 des Tauchkolbens gebildet wird. Die Feder 8 wird von der Antriebsbasis 21 eingespannt, die wiederum auf das vordere Ende 23 mit verringertem Querschnitt des Tauchkolbens 2 gequetscht 233 ist
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Im Prinzip könnte der Druckanschlag 81 anders ausgeführt sein oder vom Bügel 52 getragen werden, da seine Funktion darin besteht, einen Druckgrenzwert für die Zwischenfeder 8 festzulegen, bei dessen Überschreitung der Unterstützungskolben 5 direkt am Tauchkolben 2 anliegt und ihn somit antreibt.
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Zusammenfassend erfolgt bei diesen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Übertragung des Schubs des Unterstützungskolbens 5 auf den Tauchkolben 2 über den Bügel 52 und die Antriebsbasis 21, die per definitionem Teile des Unterstützungskolbens 5 bzw. des Tauchkolbens 2 sind.
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1 zeigt das Unterstützungssystem im Ruhezustand. In dieser Stellung liegt der Bügel 52 am Flansch 63 der Mutter 6 an, und die Führungselemente 22 liegen ebenfalls an diesem Flansch 63 an, so dass der Bügel 52 und die Antriebsbasis 21 maximal beabstandet sind. Die Zwischenfeder 8 liegt nicht an.
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Diese Ruhestellung ist auch in 2A und in deren Vergrößerung in 3A als eine der Bezugsstellungen für die Beschreibung der Umsetzung der Sicherheitsvorrichtung, die durch die Zwischenfeder gebildet wird, dargestellt. 3A verdeutlicht insbesondere die axiale Länge ΔR0 der Zwischenfeder 8 in der Ruhestellung und die axiale Länge ΔB des Druckanschlags und zeigt die Differenz der Längen ΔR0>ΔB.
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Die 2B, 3B zeigen den Zustand der Zwischenfeder 8, der Kolben 2 und 5 im normalen Unterstützungsbetrieb, wobei der Bügel 52 die Zwischenfeder 8 berührt, um den Tauchkolben 2 mit seiner Basis 21 zu schieben und das Bremspedal zu ziehen. In dieser Betriebsphase berührt der Bügel den Anschlag 81 nicht.
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Die 2C, 3C zeigen den kritischen Zustand des Unterstützungssystems im autonomen Betrieb, wenn ein Hindernis das Bremspedal und somit die Vorwärtsbewegung des Tauchkolbens 2 blockiert, so dass der Unterstützungskolben 5 sich weiter vorwärtsbewegt oder weiter schiebt und die Zwischenfeder 8 über den Druckschwellenwert hinaus zusammendrückt; er kommt am Anschlag 81 zur Anlage und überträgt so den Unterstützungsschub, um das Hindernis unter dem Bremspedal zusammenzudrücken. Diese Kraft wird nicht auf den Hauptzylinder übertragen. Der Berührungsdetektor 9 detektiert diesen Zustand und überträgt die Information an die Zentraleinheit des Bremssystems, um den auf den Tauchkolben 2 ausgeübten Schub zu stoppen und die Störung zu verarbeiten.
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Die Erfindung vermeidet somit jede an der kinematischen Kette zwischen dem Unterstützungskolben und dem Bremspedal angreifende Überlast und somit jeden Unfall, der mit dem Fortsetzen des Drucks mit Zug an der Steuerstange und zwangsläufigem Niederdrücken des Bremspedals zusammenhängt.
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Bezugszeichenliste
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| 1 |
|
|
Steuerstange |
| 2 |
|
|
Tauchkolben |
| |
21 |
|
Antriebsbasis |
| |
22 |
|
Führungselement |
| |
23 |
|
Vorderes Ende |
| |
|
231 |
Durchmesserverringerung |
| |
|
232 |
Umfangsschulter |
| 3 |
|
|
Schubstange |
| |
31 |
|
Reaktionsstange |
| 4 |
|
|
Zwischenkolben |
| |
41 |
|
Kranz |
| |
42 |
|
Mantel |
| 5 |
|
|
Unterstützungskolben |
| |
51 |
|
Axiale Hülse |
| |
|
511 |
Gewinde |
| |
52 |
|
Bügel |
| |
|
521 |
Öffnung, die ein Führungslager bildet |
| 6 |
|
|
Mutter |
| |
61 |
|
Zahnrad |
| |
62 |
|
Kugellager |
| |
63 |
|
Flansch |
| 7 |
|
|
Gehäuse |
| |
71 |
|
Axiale Öffnung |
| |
72 |
|
Faltenbalgmanschette |
| 8 |
|
|
Zwischenfeder |
| |
81 |
|
Anschlag |
| 9 |
|
|
Detektor |
| |
91 |
|
Hall-Sensor |
| |
92 |
|
Magnet |
