DE19615186C1 - Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die bei Kraftfahrzeugen heutzutage zunehmenden Anforderungen an ein modernes Bremssystem - z. B. Antiblockiereinrichtungen, Fahrstabilitätsregelungen, Antriebsschlupfsteuerungen oder Traktionskontrollen - machen radselektive Bremseneingriffe erforderlich. Dies wird bisher mit konventionellen Bremssy­ stemen realisiert, die um Hydropumpen und Magnetventile er­ weitert sind (DE 29 54 162 C2).

Dabei ergeben sich jedoch Schwingungsprobleme in den Hydraulikleitungen und eine schwierige Ansteuerung der Druckmodulationseinheiten, d. h. der Magnetventile. Bedingt durch die Eigenschaften der Ma­ gnetventile, bei denen es sich um hochgradig nichtlineare Zweipunktglieder handelt, ist auch die Regelgüte bezüglich des Bremsdruckes begrenzt.

Des weiteren erfordern solche Bremsanlagen bei der Montage in dem Kraftfahrzeug einen er­ heblichen Aufwand: Es müssen Bremsleitungen verlegt und ange­ schlossen, die Bremsanlage mit Bremsflüssigkeit gefüllt und entlüftet und die Dichtigkeit der Anlage überprüft werden.

Auch entsteht während des Betriebes ein nicht unerheblicher Wartungsaufwand, insbesondere im Hinblick auf die regelmäßige Erneuerung der Bremsflüssigkeit und deren umweltgerechter Entsorgung.

Zur Zeit rüsten alle bekannten Hersteller ihre Fahrzeuge noch mit konventionellen Bremsanlagen aus. Radselektive Bremsen­ eingriffe werden mittels Hydropumpen und Magnetventilen unter Inkaufnahme der oben angesprochenen Nachteile vorgenommen. Für einen sanften Bremsdruckaufbau - z. B. bei Tempomat- und Abstandsregeleinrichtungen - setzen manche Hersteller elek­ tronisch geregelte Unterdruckbremskraftverstärker ein.

Um die Schwingungsprobleme und die damit verbundene Geräuschentwick­ lung zu unterdrücken, können Proportionalventile und Druck­ speicher eingesetzt werden, insbesondere die Proportionalven­ tile erhöhen aber den Preis der Bremsanlage. Die mit der Hy­ draulikflüssigkeit verbundenen Nachteile werden dadurch nicht beseitigt.

Eine gattungsbildende Bremsanlage (DE 195 11 287 A1) weist eine elektromechanisch betätigte Scheibenbremse mit einem Schwimmsattel und einer an diesem Sattel befestigten Betäti­ gungseinheit (oder Bremsaktor) auf. Der Bremsaktor besteht aus einem Elektromotor, der über ein Untersetzungsgetriebe eine Gewindespindel axial verschiebt und dadurch Bremsbeläge paarweise gegen eine Bremsscheibe drückt. Das Untersetzungs­ getriebe ist als Rollengewindetrieb in Form eines eines Pla­ netengetriebes ausgeführt, der Rotor des Motors ist an einer Gewindemutter befestigt, die das Hohlrad des Planetengetrie­ bes bildet. Die Planetenräder sind als längliche Gewinderol­ len ausgebildet. Ein derartiges Untersetzungsgetriebe ist aufwendig herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage zu schaffen, die für jedes Rad des Kraftfahrzeugs als Fertigteil geliefert und montiert werden kann und die einen geringeren Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß an den als Baueinheit gelieferten Bremsaktor am Radbremssattel nur elektrische Versorgungs- und Steuerleitun­ gen angeschlossen werden müssen. Die Bremsanlage erlaubt eine kontinuierliche Regelung der Bremskraft an jedem Rad des Fahrzeugs, und von der Basisbremsfunktion über Antiblockierein­ richtungen bis hin zu Fahrstabilitätsregelungen und elektro­ nisch geregelter Bremsunterstützung bei Notbremsungen lassen sich alle Anforderungen an eine moderne Bremsanlage ohne zu­ sätzlichen Hardwareaufwand realisieren. Durch das Entfallen der Hydraulikflüssigkeit wird der Wartungsaufwand verringert und die Umweltverträglichkeit verbessert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen niedergelegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Bremsanlage und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines in der Bremsanlage nach Fig. 1 verwendeten Radbremsaktors.

Eine Bremsanlage 1 (Fig. 1) für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern (das hier nicht weiter dargestellt ist) enthält vier Bremsen 2, die je eine Bremsscheibe 3 und einen Radbremsaktor 4 - im folgenden auch als Aktuator oder Aktor bezeichnet -, einschließen. Die Radbremsaktoren 4 sind in je einen zugehö­ rigen Bremssattel 5 integriert, d. h. mit ihm zu einer Bauein­ heit zusammengefaßt. Der Bremssattel 5 ist als Schwimmsattel ausgebildet. Über Bremsbeläge 6 wird bei Betätigung des Rad­ bremsaktors 4 ein Bremsmoment auf die Bremsscheibe 3 ausge­ übt.

Jeder Radbremsaktor 4 verfügt über eine Leistungs- und Steue­ relektronik 8, die von einem zugehörigen Steuergerät 9 mit Steuersignalen, zum Beispiel für das Sollmoment eines noch zu beschreibenden Radbremsaktormotors, versorgt wird und an das Steuergerät 9 Rückmeldegrößen, zum Beispiel über das Istmo­ ment des Aktormotors, übermittelt.

Die Leistung- und Steuerelektronik 8 erhält von dem Rad­ bremsaktor 4 ebenfalls Rückmeldegrößen, zum Beispiel über die Motordrehzahl oder den Motordrehwinkel oder über die Anpreß­ kraft der Bremsbeläge. Die Sollgrößen für jeden Radbremsaktor werden von der Steuereinheit 9 aus Meßgrößen ermittelt, die von verschiedenen Sensoren geliefert werden, zum Beispiel ei­ nem Kraftsensor 10 und einem Wegsensor 12, mit denen ein Pe­ dalkraftsimulator 13 versehen ist, der durch das Bremspedal 14 des Kraftfahrzeugs betätigt wird. Der Pedalkraftsimulator 13 setzt die Bewegung des Bremspedals 14, d. h. die von dem Fahrer wie gewohnt ausgeübte Kraft und den Pedalweg in elek­ trische Signale um, die dem Steuergerät 9 zugeführt werden und Sollwerte für die Bremsen 2, insbesondere für die Fahr­ zeugverzögerung und das auf die Bremsscheiben aufzubringende Dreh- oder Bremsmoment darstellen. Zum Berechnen der Sollwer­ te bei einem Eingriff von Antiblockier- oder Fahrstabilitäts­ regelungen werden von dem Steuergerät 9 weitere Sensorsigna­ le, zum Beispiel der Querbeschleunigung oder der Gierwinkel­ geschwindigkeit und der Raddrehzahlen, ausgewertet.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Bremsanlage 1 weist zwei Brems­ kreise 16 und 17 auf, die auf die Vorderachse und die Hinter­ achse aufgeteilt sind. Eine genau so gut mögliche Diagonal­ bremskreisaufteilung unterscheidet sich hiervon nur durch ei­ ne veränderte Zuordnung der Radbremseinheiten zu den Steuer­ geräten und Energieversorgungen. Jeder Bremskreis 16, 17 ver­ fügt über ein eigenes Steuergerät 9 und eine eigene Energie­ versorgung in Form einer Batterie Bat. 1 bzw. Bat. 2. Die Energieversorgungen und die Steuereinheiten können dabei je­ weils in einem Gehäuse untergebracht werden, müssen dann aber funktionell voneinander getrennt sein.

Versorgungsleitungen sind in der Fig. 1 dick eingezeichnet und nicht mit Pfeilen versehen, Steuerleitungen sind dünn eingezeichnet und mit Pfeilen entsprechend der Signal­ flußrichtung versehen.

Die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Steuergeräte 9 können über eine bidirektionale Signalleitung miteinander kommunizieren und dadurch den Ausfall eines Bremskreises 16 oder 17 in dem jeweils anderen Bremskreis erkennen und ggf. geeignete Notmaßnahmen ergreifen. Die Bremsanlage kann auch um ein drittes - hier nicht dargestelltes - Steuergerät, das als Supervisor die beiden Bremskreissteuergeräte überwacht, ergänzt werden.

Der wie bereits erwähnt direkt am Bremssattel montierte Bremsaktor 4 (Fig. 2) wird durch einen kommutatorlosen Elek­ tromotor 20, der zum Beispiel als Asynchronmaschine, Syn­ chronmaschine oder elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist, angetrieben. In dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Steuerelektronik 8 für den Elektromotor 20 direkt in das Gehäuse des Radbremsaktors 4 integriert, sie kann jedoch auch unter Inkaufnahme zusätzlicher Leitungen in einem separaten Gehäuse untergebracht sein.

Den Läufer des Elektromotors 20 bildet eine Spindelmutter 22 eines Spindelgetriebes, das zum Beispiel als ein Planeten­ rollengetriebe, Kugelspindeltrieb, Trapezgewindetrieb o. a. ausgeführt ist. Solche Spindelgetriebe sind für sich bekannt (zum Beispiel (zum Beispiel eine einteilige Gewindemutter RGTB der INA Lineartechnik oHG) und deshalb nicht in allen Einzelheiten dargestellt. Mehrere Läufermagnete 23 sind auf der Spindelmutter 22 des Spindelgetriebes angebracht. Die Ro­ tationsbewegung des Läufers wird durch das Spindelgetriebe in eine Translationsbewegung einer Spindel 24 umgesetzt.

Die Axialkraft der Spindel 24 wird durch eine mechanische Übersetzung 25 in Gestalt eines Hebelmechanismus vervielfacht und auf einen Radbremszylinderkolben 26 übertragen, der die Bremsbeläge 6 an die Bremsscheibe 3 andrückt und somit ein Bremsmoment an der Bremsscheibe erzeugt.

Mit dem vorstehend erläuterten Radbremsaktor 4 ist es mög­ lich, das Bremsmoment am jeweiligen Rad über das Antriebsmo­ ment des zugehörigen Aktormotors 20 kontinuierlich einzustel­ len. Der Fahrzeughersteller kann die gesamte Bremseinrichtung für ein Rad als Fertigteil beziehen und braucht nur noch Stromversorgungs- und Steuerleitungen anzuschließen. Die zur Steuerung des Radbremsaktors erforderliche Elektronik läßt sich am Aktor selbst unterbringen. Der Aktor verringert mit Hilfe der mechanischen Übersetzung die Leistungsanforderungen an das Motordrehmoment und auch die Baugröße und das Gewicht des Radbremsaktors.

Da keine Hydraulikflüssigkeit mehr benötigt wird, reduziert sich der Wartungsaufwand und verbessert sich die Umweltver­ träglichkeit der Bremsanlage 1. In einer älteren Anmeldung DE 19529664.8 (unser Zeichen GR 95P1763 DE) wird ein analog auf­ gebauter Radbremsaktor dargestellt, der an Stelle einer me­ chanischen Übersetzung eine hydraulische Übersetzung besitzt. Grundsätzlich läßt sich die Aktoreinheit aus Leistungs- und Steuereinheit, Elektromotor und Spindel-Lager-Einheit unab­ hängig von der Art der Übersetzung (hydraulisch oder mecha­ nisch) verwenden, falls nur dafür gesorgt wird, daß gleiche Übersetzungsverhältnisse vorliegen. Die sich daraus ergebende Verringerung der Typenvielfalt verringert die Kosten für die Herstellung und den Aufwand für die Lagerhaltung der Bremsen.

Aufgrund der Reibungsverluste des Spindelgetriebes 22, 24 und der Übersetzungsstufe 25 gelangt die Spindel 24 nach Betäti­ gen des Radbremsaktors nicht selbsttätig in die Ruhelage zu­ rück, sondern muß durch Bestromung des Elektromotors 20 zu­ rückgefahren werden. Diese Eigenschaft läßt sich für eine Handbremsfunktion nutzen: Der Aktor wird durch das Steuerge­ rät betätigt, bis eine vorgegebene Zuspannkraft am Bremssat­ tel erreicht wird, und danach wird das Bremssystem abgeschal­ tet. Aufgrund der Resthemmung verharrt die Bremse in der er­ reichten Stellung, auch wenn der Elektromotor 20 unbestromt ist. Die gesetzlichen Anforderungen an die Haltekraft dieser Handbremsfunktion lassen sich durch geeignete Wahl der Reib­ parameter einhalten.

Claims (4)

1. Bremsanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Betäti­ gungsvorrichtung, die als ein an dem Bremssattel (5) eines Rades montierter elektromechanischer Radbremsaktor (4) ausge­ bildet ist, der eine durch einen Elektromotor (20) in Achs­ richtung angetriebene Spindel (24) enthält, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß der Elektromotor (20) einen Läufer (22) aufweist, der als Spindelmutter (24) eines seine Drehbewegung in eine Line­ arbewegung der Spindel (24) umsetzenden Spindelgetriebes aus­ gebildet ist, und
• - daß die Axialkraft der Spindel (24) durch eine mechanische Übersetzung (25) vervielfacht und auf einen Kolben (26) eines Radbremszylinders übertragen wird, durch den Bremsbeläge (6) an eine Bremsscheibe (3) angedrückt werden, um ein Bremsmoment an der Bremsscheibe zu erzeugen.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spindelmutter (22) Läufermagnete (23) des Elektromo­ tors (20) angebracht sind.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Radbremsaktor (4) mit Spindelgetriebe (22, 24) als Feststellbremse verwendet wird.

4. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Steuerelektronik (8) auf­ weist, die in das Gehäuse des Radbremsaktors (4) integriert ist.