DE19741869A1 - Vorrichtung zur Betätigung einer elektromagnetischen Bremse eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs mit einem ansteuerbaren Betätigungselek­ tromotor und einer Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Rota­ tionsbewegung des Betätigungselektromotors in eine Transla­ tionsbewegung eines oder mehrerer mit der Umsetzeinrichtung in Wirkverbindung stehender Bremselemente.

Durch eine zunehmende Verkehrsdichte im Straßenverkehr sind Systeme, die die Sicherheit erhöhen und zu einer Entlastung des Fahrers beitragen, notwendig. In der Zukunft wird der Fahrer eines Kraftfahrzeugs durch sogenannte "by-wire-Systeme" unter­ stützt und in vielen Fahrsituationen durch intelligente Systeme entlastet werden.

Die überwiegende Anzahl der heutigen Bremsanlagen besteht aus hydraulischen oder pneumatischen Übertragungs- und Verstär­ kungseinrichtungen, durch welche der Fahrer direkt den Bremsen­ eingriff der Radbremse vorgibt. Um fahrerunabhängige Bremsen­ eingriffe, z. B. eine Abstandsregelung, zu steuern, sind neben der hierfür notwendigen Druckversorgung eine Vielzahl von Bauteilen, beispielsweise Ventile, Hydraulikzylinder u. dgl. notwendig.

Es wurden auch bereits elektromechanische und elektrohydrauli­ sche Vorrichtungen zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs vorgeschlagen.

Eine derartige Vorrichtung geht beispielsweise aus der DE 42 29 042 A1 hervor. Bei dieser Vorrichtung ist der Betätigungselek­ tromotor einem Bremselement zugeordnet. Die Umsetzeinrichtung setzt die Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Trans­ lationsbewegung um, welche zu einer Linearverschiebung eines Antriebskolbens führt. Zwischen dem Antriebskolben und einem Bremsbelagandrückkolben, durch welchen die Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe gebracht werden, ist eine Flüssigkeitskammer vorgesehen. In der Flüssigkeitskammer befindet sich Brems­ flüssigkeit.

Aus der DE 42 07 640 A1 geht eine Reibungsbremse, insbesondere eine Scheibenbremse, für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeugs hervor, welche eine elektromagneti­ sche Reibungskupplung aufweist, die in steuerbaren Reibschluß mit einem Reibglied, vorzugsweise der Bremsscheibe bringbar ist.

Die Reibungskupplung steht über einen Zahntrieb in formschlüs­ sigem Dreheingriff mit einem durch einen drehrichtungsunab­ hängigen Keiltrieb axial verstellbaren Kolben einer Zuspann­ einrichtung für der Bremsscheibe zugeordnete Bremsbeläge.

Zum Andrücken der Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe wird dem rotierenden Fahrzeugrad mit der Reibungskupplung Energie entnommen und der Zuspanneinrichtung zugeteilt.

Ein Problem derartiger elektromechanischer Vorrichtungen zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs stellt die Zuverlässig­ keit dar. So werden beispielsweise selbsthemmende Getriebe zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung verwendet, die beispielsweise bei einem Ausfall der Bremse während einer kurzen Vollbremsung zu einer Verharrung der Bremse im betätigten Zustand führen, obwohl der Bremszustand bereits beendet sein müßte. Dies führt zu unbe­ herrschbaren Gefahrensituationen.

Aus diesem Grunde wird bei der DE 42 29 042 A1 die von dem Elektromotor erzeugte Andruckkraft über eine mit Bremsflüssig­ keit gefüllte Flüssigkeitskammer übertragen. Durch Druckabbau in der Bremsflüssigkeit kann die Bremse in Gefahrensituationen, beispielsweise wenn die beschriebene Getriebehemmung auftritt, gelöst werden. Diese Bremsbetätigungsvorrichtung erfordert allerdings trotz elektrischer Ansteuerbarkeit den Einsatz einer Hydraulik und daher auch einer Bremsflüssigkeit. Sie ist deshalb nicht nur aufwendig, sondern insbesondere auch weniger umweltfreundlich als eine sogenannte "trockene" Bremse, die keinerlei Hydraulikflüssigkeit erfordert.

Bei der aus der DE 42 07 640 A1 hervorgehenden Bremse ist zwar eine Selbsthemmung ausgeschlossen. Problematisch und nachteilig bei dieser Bremse ist jedoch, daß die elektromagnetische Reibungskupplung ihrerseits einem Verschleiß unterliegt und insoweit zusätzliche und mit Kosten verbundene Wartungsarbeiten an der Bremse erforderlich macht.

Problematisch bei derartigen Bremsen ist auch, daß zu ihrer Realisierung spezielle Sonderelektromotoren sowie komplizierte Getriebe erforderlich sind, welche die Zuverlässigkeit einer derartigen elektrischen Bremse senken und den Herstellungsauf­ wand erhöhen. Darüber hinaus erfüllen derartige Bremsen nicht oder nur sehr schlecht die für viele Einsatzzwecke, beispiels­ weise für eine ABS-, oder ASR-Regelung geforderte Dynamik. Außerdem erfordern derartige Bremsen einen verhältnismäßig großen Einbauraum, der insbesondere an Hochleistungsfahrwerken nicht zur Verfügung steht.

Schließlich beeinflußt auch das verhältnismäßig hohe Gewicht derartiger Bremsbetätigungsvorrichtungen als ungefederte Masse das dynamische Verhalten der Fahrwerke negativ.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Betätigung einer Bremse der gattungsgemäßen Art zu vermitteln, welche bei kompakter Bauform eine sehr schnelle und zuverlässige, auch intermittierende Betätigung einer "trocke­ nen" Bremse ermöglicht, die rechnergesteuert ansteuerbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs der eingangs beschriebenen Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein weiterer getrennt von dem Betätigungselektromotor ansteuerbarer Elektromotor mit wenigstens einer weiteren Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Rotation des wenigstens einen Elektromotors in eine von der durch den Betätigungsmotor und dessen Umsetzeinrichtung bewirk­ ten Translationsbewegung unabhängigen Translationsbewegung des/der Bremselemente vorgesehen sind.

Durch den zusätzlichen getrennt von dem Betätigungselektromotor ansteuerbaren Elektromotor mit einer weiteren Umsetzeinrich­ tung, welche eine Umsetzung der Rotation dieses Elektromotors in eine Translationsbewegung des oder der Bremselemente hervor­ ruft, die unabhängig von der durch den Betätigungselektromotor bewirkten Translationsbewegung ist, ist nicht nur ein Lösen der Bremse in jeder Stellung, insbesondere bei Ausfall des Betäti­ gungselektromotors möglich. Hierdurch kann auch ein Zustellen der Bremselemente und damit der Bremsbeläge für eine Feststell­ bremsung, ein schnelles Zufahren der Bremselemente und damit der Bremsbeläge zur Überwindung des Lüftspiels sowie ein Nach­ stellen der Bremse bei Bremsbelag-Verschleiß realisiert werden.

Hierdurch wird ein schnelles Ansprechen der Bremse ermöglicht und es wird auf besonders vorteilhafte Weise die obenbeschrie­ bene Gefahrensituation, die durch ein fehlerhaftes Betätigen der Bremse hervorgerufen wird, vermieden.

Um insbesondere die Sicherheit der Bremse zu erhöhen ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Betätigungselektromotor und der wenigstens eine weitere Elektromotor voneinander getrennte Stromkreise aufweisen. Hierdurch wird vermieden, daß beispielsweise bei Ausfall des Stromkreises des Betätigungs­ elektromotors die gesamte Bremse ausfällt, da sowohl ein Zustellen als auch ein Rückstellen der Bremse durch den weite­ ren Elektromotor und die ihm zugeordnete Umsetzeinrichtung möglich ist.

Um insbesondere eine Feststellbremsfunktion zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß durch den wenigstens einen weiteren Elektromotor und dessen Umsetzeinrichtung das/die Bremselemente feststellbar sind. Hierdurch können jegliche weitere zusätzliche Feststellbremseinrichtungen an der Vor­ richtung zur Betätigung der Bremse entfallen.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß durch den wenigstens einen weiteren Elektromotor und dessen Umsetzeinrichtung das/die Bremselemente bei einem Ausfall des Betätigungsmotors rückstellbar sind. Hierdurch werden Gefahrensituationen, die durch Ausfall des Betätigungsmotors entstehen, wirkungsvoll vermieden.

Hinsichtlich des Aufbaus und der Anordnung der Elektromotoren und der Umsetzeinrichtungen wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Umsetzeinrichtungen Teil eines Gehäuses sind, an dem sowohl der Betätigungselektromotor als auch der/die weiteren Elektromoto­ ren befestigt sind. Dies ermöglicht nicht nur eine kompakte und platzsparende Bauform sondern auch eine modulare Bauweise, die insbesondere eine einfache Auswechselbarkeit der Elektromoto­ ren, eine gute Zugänglichkeit der Elektromotoren und insgesamt einen einfachen Aufbau der gesamten Vorrichtung ermöglicht.

Durch die Auswertbarkeit der Elektromotoren ist auch eine Diagnosefähigkeit des Systems, beispielsweise im Rahmen einer On-Board-Diagnose gegeben.

Was die Anordnung des Betätigungselektromotors und der ihm zugeordneten Umsetzeinheit angeht, so sind die unterschiedlich­ sten Ausführungsformen denkbar.

Eine insbesondere einschließlich eines kompakten Aufbaus vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Betätigungs­ elektromotor axial zu dem/den Bremselementen angeordnet ist, und die ihm zugeordnete Umsetzeinheit ein axial angeordnetes Untersetzungsgetriebe umfaßt, durch welches das/die Brems­ elemente über eine Verstelleinrichtung, die eine Axialver­ schiebung eines Zustellkolbens bewirkt, betätigbar sind.

Durch den koaxialen Aufbau von Bremselement, Betätigungselek­ tromotor und Untersetzungsgetriebe wird insbesondere ein einfacher und kompakter Aufbau, der zudem nur wenige Einzel­ teile erfordert, ermöglicht.

Das Untersetzungsgetriebe ist vorteilhafterweise ein Harmonic- Drive-Getriebe.

Was die Anordnung des wenigstens einen weiteren Elektromotors und die Ausbildung der ihm zugeordneten Umsetzungseinheit betrifft, so ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der wenig­ stens eine weitere Elektromotor achsparallel zu dem Betäti­ gungselektromotor angeordnet ist, und die ihm zugeordnete Umsetzungseinrichtung ein Getriebe ist, welches die Verstell­ einrichtung betätigt. Dadurch, daß der wenigstens eine weitere Elektromotor über das ihm zugeordnete Getriebe mit der Ver­ stelleinrichtung in Eingriff steht, das andererseits auch von dem Betätigungselektromotor betätigt werden kann, wird auf besonders einfache Weise ein Betrieb der Vorrichtung durch zwei Elektromotoren, die beide eine Betätigung der Bremselemente hervorrufen, ermöglicht.

Das Getriebe ist hierbei vorzugsweise ein Stirnradgetriebe, welches eine äußerst kompakte Bauweise ermöglicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Figur ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs darge­ stellt, welche von der Erfindung Gebrauch macht.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs, dargestellt in der Figur, umfaßt ein Gehäuse, welches aus zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen 15, 16 zusammengesetzt ist. An einem der beiden Gehäuseteile 15 ist ein Betätigungselektromotor 2 angeflanscht, der ein Untersetzungsgetriebe 3, beispielsweise ein Harmonic-Drive-Getriebe oder Zähnedifferentialgetriebe, antreibt. Ein Teil 3a des Untersetzungsgetriebes 3 ist dabei fest mit dem Gehäuseteil 15 verbunden, während ein anderer Teil 3b des Untersetzungsgetriebes 3 dem Antrieb einer ersten Rampenscheibe 6 dient.

Die axialfeste erste Rampenscheibe 6 stützt sich axial und radial mit Hilfe eines Lagers 5 gegen das Gehäuseteil 15 ab.

Um einen geräusch- und verschleißarmen Lauf mit einer geringen Reibung bei hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten, ist das Lager 5 mit einer an dem einen Gehäuseteil 15 angeordneten entspre­ chend ausgestatteten Lauffläche 4 versehen. Zwischen der ersten Rampenscheibe 6 und der zweiten Rampenscheibe 8 sind in Um­ fangsrichtung Laufkörper 7 angeordnet. Diese Laufkörper 7 bewegen sich auf den rampenförmigen Bahnen der beiden Rampen­ scheiben 6, 8.

Ein nicht dargestellter Käfig sorgt für die Positionierung der einzelnen Laufkörper 7.

Eine Drehung der axialfesten ersten Rampenscheibe 6 führt zu einer Axialbewegung der drehfesten zweiten Rampenscheibe 8. Zur axial und radialen Führung der drehfesten zweiten Rampenscheibe 8 ist ein Ring 14 vorgesehen. Die Axialbewegung der zweiten Rampenscheibe 8 wird über ein Lager 9 und ein Verstellelement 10 auf das Bremselement in Form eines Zustellkolbens 1 über­ tragen, der seinerseits (nicht dargestellte) Bremsbeläge in einen Bremseneingriff versetzt.

Zwischen dem zweiten Gehäuseteil 16 und dem Verstellelement 10 ist ein Federelement 13 angeordnet, welches die Rückstellung des Verstellelements 10 und damit des Zustellkolbens und infolge davon der gesamten Bremse bei einer durch eine Drehung der ersten Rampenscheibe 6 in umgekehrter Richtung hervor­ gerufene umgekehrte Axialbewegung unterstützt, und welches gleichzeitig der Fixierung der obenbeschriebenen Bauteile dient.

Die beiden Rampenscheiben 6,8, das Lager 5, das Verstellelement 10 der Kolben 10 bilden zusammen eine Verstelleinrichtung zur Axialverschiebung des Kolbens 10 und dadurch der durch ihn auf an sich bekannte Weise betätigbaren (nicht dargestellten) Bremsbeläge.

Die Verstelleinrichtung bildet in Verbindung mit dem Unterset­ zungsgetriebe in Form des Harmonic-Drive-Getriebes eine Umset­ zungseinheit zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Betäti­ gungselektromotors 2 in eine Translationsbewegung des Zustell­ kolbens 1 und damit zu einer Bewegung der (nicht dargestellten) Bremsbeläge hin zu einer (nicht dargestellten) Bremsscheibe.

Achsparallel zu dem Betätigungselektromotor 2 ist an der Gehäusehälfte 15 ein weiterer Elektromotor 12 angeflanscht, dessen Drehmoment über ein in den Gehäusehälften 15, 16 gela­ gertes Stirnradgetriebe 11 auf das Verstellelement 10 über­ tragen wird.

Wie in der Figur dargestellt, greift dabei ein Getriebezahnrad des Stirnradgetriebes 11 in eine Außenverzahnung des Verstell­ elements 10 ein. Hierdurch kann das Verstellelement 10 in eine Rotationsbewegung versetzt werden. Die axiale Verschiebung des Zustellkolbens 1 wird dabei durch ein an dem zylindrischen Teil des Verstellelements 10 vorgesehenes Gewinde 10a hervorgerufen, in welches ein auf dieses Gewinde 10a angepaßtes Innengewinde des Zustellkolbens 1 eingreift. Eine Rotationsbewegung des Verstellelements 10 wird so in eine Translationsbewegung des drehfesten Zustellkolbens übersetzt. Auf diese Weise kann durch Betätigen des Verstellelements 10 der drehfeste Zustellkolben 1 in axialer Richtung verfahren werden. Da das Verstellelement 10 axial auf dem Lager 9 läuft und radial durch die zweite Rampen scheibe 8 geführt wird, ist sichergestellt, daß die Verzahnung des Verstellelements 10 in jeder Position der zweiten Rampen­ scheibe 8 mit der Verzahnung eines mit der Motorwelle des weiteren Elektromotors 12 verbundenen Zahnrads des Stirnradge­ triebes 11 in Eingriff ist.

Das Stirnradgetriebe 11 ist so ausgelegt, daß es einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Es versteht sich, daß der Betätigungselektromotor 2 und der weitere Elektromotor 12 sowohl unabhängig voneinander als auch simultan zueinander betätigt werden können. Durch eine simulta­ ne Betätigung beider Elektromotoren 2, 12 ergibt sich eine hohe Dynamik bei einer Zustellung, d. h. bei einer Betätigung des Verstellelements 10 und des Zustellkolbens 1.

Durch eine vom Betrieb des Betätigungselektromotors 2 unabhän­ gige Betätigung des Verstellelements 10 und damit des Zustell­ kolbens 1 durch den Elektromotor 12 kann beispielsweise eine Feststellbremsfunktion erreicht werden. Darüber hinaus wird auf diese Weise ein Nachstellen der Bremsbeläge bei einem Ver­ schleiß möglich.

Des weiteren kann der Zustellkolben 1 jederzeit auch bei einem Ausfall des Betätigungselektromotors 2 mit Hilfe des Elek­ tromotors 12 und des Stirnradgetriebes 11 über das Verstell­ element 10 zurückgestellt werden.

Dies ist insbesondere auch deshalb möglich, weil die Stromver­ sorgung der beiden Elektromotoren 2, 12 durch zwei voneinander unabhängige Stromkreise (nicht dargestellt) erfolgt, so daß beispielsweise beim Ausfall eines der beiden Kreise eine Notfallfunktion durch den anderen Kreis aufrechterhalten werden kann.

Durch diese separate Ansteuerung und Stromversorgung der beiden Elektromotoren 2, 12 wird die Sicherheit der gesamten Brems­ betätigungsvorrichtung wesentlich erhöht.

Diese Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse ist dabei auf­ grund ihrer obenbeschriebenen konstruktiven Ausbildung weitest gehend unempfindlich gegenüber Querkräften.

Durch die elektrische Betätigung, die beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Steuereinheit erfolgt, ist darüber hinaus eine Diagnose, insbesondere auch eine On-Board-Diagnose, möglich.

Die Verwendung der beiden Elektromotoren 2, 12 ermöglicht darüber hinaus bei kompakter Bauform auch eine sehr schnelle und zuverlässige, auch intermittierende Betätigung der Bremse, so daß eine derartige Bremse ohne den Einsatz eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids auch bei Antiblockiersystemen und Antischlupfregelungssystemen zum Einsatz kommen kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse eines Fahrzeugs mit einem ansteuerbaren Betätigungselektromotor (2) und einer Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Rotationsbewegung des Betätigungselektromotors (2) in eine Translationsbewegung eines oder mehrerer mit der Umsetzeinrichtung in Wirkverbindung stehender Bremselemente, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer getrennt von dem Betätigungselektromotor (2) ansteuerbarer Elektromotor (12) mit wenigstens einer weiteren Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Rotation des wenigstens einen weiteren Elektromotors (12) in eine von der durch den Betätigungsmotor (2) und dessen Umsetzeinrichtung bewirkten Translationsbewegung unabhängigen Translationsbewegung des/der Bremselemente vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungselektromotor (2) und der wenigstens eine weitere Elektromotor (12) voneinander getrennte Stromkreise aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungselektromotor (2) und der wenigstens eine weitere Elektromotor (12) sowohl simultan als auch unabhängig voneinander betätigbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den wenigstens einen weiteren Elek­ tromotor (2) und dessen Umsetzeinrichtung das/die Bremselemente feststellbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungseinrichtungen Teil eines Gehäuses (15, 16) sind, an dem sowohl der Betätigungselek­ tromotor (2) als auch der/die weiteren Elektromotoren (12) befestigt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmotor (2) axial zu dem/den Bremselementen angeordnet ist und die ihm zugeordnete Umsetz­ einheit ein axial angeordnetes Untersetzungsgetriebe (3) ist, durch welches das/die Bremselemente über ein Verstelleinrich­ tung das eine Axialbewegung eines Zustellkolbens (1) bewirkt, betätigbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (3) ein Harmonic-Drive-Getriebe ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine weitere Elektromotor (12) achsparallel zu dem Betätigungselektromotor (2) angeordnet ist und die ihm zugeordnete Umsetzungseinrichtung ein Getriebe umfaßt, welches die Verstelleinrichtung betätigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Stirnradgetriebe (11) ist.