EP1817217A1 - Elektromechanische bremsanlage - Google Patents

Elektromechanische bremsanlage

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Publication number
EP1817217A1
EP1817217A1 EP05811154A EP05811154A EP1817217A1 EP 1817217 A1 EP1817217 A1 EP 1817217A1 EP 05811154 A EP05811154 A EP 05811154A EP 05811154 A EP05811154 A EP 05811154A EP 1817217 A1 EP1817217 A1 EP 1817217A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electromechanical brake
brake system
brake
energy source
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05811154A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1817217A1 publication Critical patent/EP1817217A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical brake system, an electromechanical brake system, as well as a motor vehicle with an electromechanical brake system, wherein the electromechanical brake system or the electromechanical Bremssys- tem are particularly suitable for a 12V / 14V electrical system of a motor vehicle.
  • an electromechanical brake system can be completely dispensed with hydraulic devices, the command transmission from the brake pedal to the brake is replaced by electronic signals.
  • the electromechanical brake has for applying the braking force on an electric motor-operated brake calipers, wherein in safety-related facilities, facilities or devices such.
  • two autonomous circuits to power the brakes are necessary so that in case of failure of one of the two systems by means of the other still enough braking power can be provided.
  • Brake disc replaces the hydraulic cylinder by a powerful electric motor, the functions of a hydraulic brake such.
  • ABS ESP or ASR
  • ABS ESP
  • ASR ASR
  • the signals of these devices no longer need to be converted into hydraulic raulische pressures to achieve a corresponding braking performance.
  • the electrical energy required for braking is provided exclusively by the on-board network of the vehicle in the case of the electromechanical brake system (vehicle batteries or vehicle batteries).
  • the braking force generated by an electric motor requires a maximum electrical power per brake actuator unit, ie per wheel of a vehicle, of more than 1 kW, but only for a very short time (about 30 ms) must be provided. Therefore, the power demand of the electromechanical brake system is very high for a short time. It is therefore believed that such a power can be reasonably provided only when operating with a 42V electrical system, as in this way a current load (maximum current flow, current gradient) of the electrical leads for the brakes remains in a real area.
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control system
  • ESP driving stability control
  • z. B. in distance control systems, and automatically initiated full braking - can take over.
  • the object of the invention is achieved by means of an electromechanical brake whose Bremsaktuatorü is supplied with electrical energy, which comes from an additionally provided second electrical energy storage, which is preferably a capacitive energy storage.
  • the peak power requirement of the electromechanical brake arises in a rapid acceleration of a rotor of the electric motor either at the beginning of braking or in vehicles with ABS, if wheel slip between the wheel and the road is detected by an ABS control device, and the electric motor very quickly from an application of the Brake pads is switched to a release of the brake pads.
  • second electrical energy storage device it is still possible in line networks whose voltage supply and / or their line cross sections are not actually suitable for electromechanical brake systems, as is the case with a 12V / 14V vehicle electrical system of a motor vehicle To realize such a fast and reliable tightening or clamping the brake pads by means of electric motors.
  • the inventively provided second energy storage device By means of the inventively provided second energy storage device, it is therefore possible to buffer the necessary electrical energy at peak power requirements of an electromechanical brake (ie to make it available at short notice by an "interim storage") and thus to provide a functional brake system even with a low-voltage network.
  • an electromechanical brake ie to make it available at short notice by an "interim storage”
  • an electronic brake pedal simulator is necessary, which can be arranged ergonomically in the footwell of a vehicle and whose lower actuating forces during braking realize a time saving of half a second (TÜV Rheinland) compared to hydraulic brakes; which according to TÜV shortened the stopping distance from a driving speed of 100km / h by 14m to 66m, which corresponds to a shortening of the stopping distance by nearly 20% (based on the stopping distance by means of a conventional brake actuation system).
  • the second energy storage is located directly on the Bremsaktuato- purity or as close as possible to this turn.
  • the second Energy storage in which the second Energyspei- is rather housed very close to the place where its electrical energy is needed, it is possible to keep the power loss in a 12V / 14V electrical system low, since the energy storage in the periods can be charged with low currents, in which no electrical energy for braking must be provided.
  • increased Zuönsqueritese to Bremsaktuatorü unnecessary to compensate for the above-mentioned power loss.
  • Possible One such concept is that much more time is available to charge the second electrical energy store than it must, at worst, provide power for peak load requirements.
  • the second energy source is a backup capacitor connected in parallel to the first energy source of the electromechanical brake system.
  • Capacitors are ideal for buffering peak load requirements because they are fast to charge and can be quickly recharged. In addition, they have a virtually unlimited lifespan, as in contrast to batteries no electrochemical reactions take place in them, but only charges are separated. Particularly in the case of vehicle brakes, in which the condenser is accommodated directly on the brake actuator unit, it is very well suited because of its low weight, since the brake actuator unit and thus also the capacitor belong to the unsprung masses on the wheel, which are as small as possible in motor vehicles should. In addition, small line cross-sections to the capacitor are possible on the basis of a comparatively long charging duration (in contrast to its 30 ms (see below) discharge duration).
  • the capacitor has a capacity of 20OmF to 65OmF, in particular 45OmF.
  • the situations in which the brake actuator unit has to perform its peak performance (braking begins or, in the ABS case, when wheel slip between the wheel and the road is recognized) take up to 30 ms ( ⁇ t). So z.
  • These supercapacitors are capacitors with very high capacities (in the range up to several thousand Farad) and can be used as energy storage, whereby they can replace batteries. They are characterized by small dimensions and a low mass.
  • the high capacitance is possible because the side surfaces of the capacitor, in which the charges are in the charged state, are provided by means of microscopic carbon particles with a very finely structured three-dimensional surface, so that very high surface contents and therefore very high capacities are possible ,
  • the outer shape of such a capacitor is not subject to any special requirements, so that almost any shapes are possible. All of these are suitable for supercapacitors, in particular for electromechanical brake actuator units in vehicle brakes.
  • supercapacitors are temperature sensitive, they are preferably in or at a cool region of the brake actuator unit. The temperatures at this location should not exceed 7O 0 C to 125 0 C.
  • a brake system for a motor vehicle is equipped with electromechanical brakes or brake systems.
  • the brake pedal has low actuation forces and, for.
  • ABS for example, it does not pulsate and thus can not tempt the driver, who is irritated by a pulsating brake pedal, to take his foot off the brake.
  • the response of the brake is individually adjustable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electromechanical brake system for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement for a brake actuator unit according to the invention.
  • the electromechanical brake system has a plurality of electromechanically actuated brake systems which can each brake a brake disk 16 by means of brake pads provided in a brake caliper 14, the brake pads being actuated by means of an electromechanical brake actuator unit 10.
  • an electric motor 12 and preferably additionally a transmission form the brake actuator unit 10, which generates the application forces in the brake caliper 14.
  • Such Bremsaktuatoratti 10 is able to provide the necessary braking forces within a few milliseconds, which can be up to several tons.
  • a controller 40 processes signals received from a brake pedal simulator 50, optionally linking them with data from other sensors and control systems, and calculated for each wheel individually required force with which the brake actuator 10 is to press the brake pads 14 of the brake caliper 14 to the brake disc 16.
  • a brake pedal 52 of the brake pedal simulator 50 is connected to a pedal travel sensor 54, the pedal travel sensor 54 relaying to the controller 40 a detected pedal travel and a pedal actuation force.
  • the control device 40 forwards the braking deceleration desired by the driver to the brake actuator units 10.
  • the brake pedal ending in a feel-stimulator can no longer vibrate as in conventional hydraulic brakes and therefore reduces the risk of an inexperienced driver taking his foot off the brake in a dangerous situation.
  • the main energy source of the brake actuator units 10 are two accumulators 20, which receive their electrical charging energy from a generator (alternator). In order to avoid a total failure of the brake system z. B. to avoid failure of a battery 20, two independent electrical systems are necessary.
  • an accumulator 20 is associated with the brakes of a front axle and the other accumulator 20 with the brakes of a rear axle of the vehicle (other combinations are also possible). This ensures that at least the brakes of the other is still completely intact in case of failure of the power supply for the brakes of one of the two axes.
  • the respectively other one can be connected to the electromechanical brakes affected by the failure of the accumulator 20.
  • the brake actuator unit 10 for housing within the rim should be compact and also light.
  • FIG. 1 The supplied by an accumulator 20 electric motor 12 of the e- lektromechanischen brake is a second energy source 30, preferably a capacitor 30, connected in parallel.
  • the capacitor 30 is as close as possible to the electric motor 12, so that the power loss when discharging the capacitor 30 is as low as possible and beyond the lines between the capacitor 30 and the electric motor 12 due to a corresponding dimensioning not too long , It should be ensured that the temperatures of the capacitor 30 does not go beyond a certain temperature range between 70 0 C and 125 0 C len sol. This may require not providing the capacitor directly to the electric motor 12.
  • the circuit according to the invention allows the operation of an electromechanical brake system with a 12V electrical system instead of the previously considered necessary 42V electrical system. This allows for a separate 42V power supply, which would cause a loss of additional costs for a vehicle.
  • Preferred capacitors for the arrangement according to the invention are so-called gold cap, supercap, or ultracapacitors.
  • Capacitors These capacitors are characterized by a very high capacity with low weight and small volume.
  • capacitors 30 it is also possible to combine the above two ideas and multiple blocks of series connected capacitors 30 in parallel with the power supply to switch as backup capacitor arrangements. For such a capacitor block turn four to eight, in particular five to seven, capacitors 30 offer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Braking Systems And Boosters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromechanische Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem 12V/14V- Bordnetz, mit einer Bremsaktuatoreinheit (10), die einen Elektromotor (12) zum Bereitstellen einer Bremskraft aufweist, und einer Stromversorgung für den Elektromotor (12), die eine erste elektrischen Energiequelle (20), insbesondere einen Akkumulator eines Bordnetzes (60), aufweist, wobei die Strom- versorgung des Elektromotors (12) zusätzlich wenigstens eine kapazitive Energiequelle (30) aufweist, die parallel zur ersten Energiequelle (20) geschaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Brems-system sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personen- kraftwagen, mit einem elektromechanischen Bremssystem.

Description

Beschreibung
Elektromechanische Bremsanlage
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsanlage, ein elektromechanisches Bremssystem, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem elektromechanischem Bremssystem, wobei die elektromechanische Bremsanlage bzw. das elektromechanische Bremssys- tem insbesondere für ein 12V/14V-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs geeignet sind.
Bei einer elektromechanischen Bremsanlage kann vollständig auf hydraulische Einrichtungen verzichtet werden, wobei die Befehlsübertragung vom Bremspedal zur Bremse durch elektronische Signale ersetzt ist. Die elektromechanische Bremse weist zum Aufbringen der Bremskraft elektromotorisch betätigte Bremszangen auf, wobei bei sicherheitsrelevanten Anlagen, Einrichtungen oder Vorrichtungen, wie z. B. bei Fahrzeugen, zwei autonome Stromkreise zur Energieversorgung der Bremsen notwendig sind, damit im Falle eines Ausfalls von einem der beiden Systeme mittels des anderen noch genügend Bremskraft zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei elektromechanischen Fahrzeugbremsen werden an jeder
Bremsscheibe die Hydraulikzylinder durch einen leistungsfähigen Elektromotor ersetzt, wobei die Funktionen einer hydraulischen Bremse, wie z. B. ABS, ESP oder ASR, übernommen werden und die Signale dieser Einrichtungen nicht mehr in hyd- raulische Drücke umgewandelt werden müssen, um eine entsprechende Bremsleistung zu erzielen.
Die zum Bremsen erforderliche elektrische Energie wird bei der elektromechanischen Bremsanlage ausschließlich vom Bord- netz des Fahrzeugs bereit gestellt (Fahrzeugbatterien bzw.
Akkumulatoren, die von einem Generator im Betrieb des Kraftfahrzeugs geladen werden) . Sollte eine Bremse einmal ausfal- len, so funktionieren die anderen immer noch. Elektrische Leitungen dienen der Signal- und Energieübertragung für die elektromechanische Bremse.
Heute bekannte elektromechanische Bremsanlagen, die die
Bremskraft durch einen Elektromotor, optional zusätzlich mittels einer Getriebestufe und einer Spindel, erzeugen, benötigen je nach Auslegung und Design der elektromechanischen Bremsanlage eine maximale elektrische Leistung je Bremsaktua- toreinheit, also je Rad eines Fahrzeugs, von bis über 1 KW, die allerdings nur für eine sehr kurze Zeit (ca. 30 ms) zur Verfügung gestellt werden muss. Daher ist der Strombedarf der elektromechanischen Bremsanlage kurzzeitig sehr hoch. Man ist daher der Meinung, dass eine solche Leistung nur bei einem Betrieb mit einem 42V-Bordnetz vernünftig zur Verfügung gestellt werden kann, da auf diese Weise eine Strombelastung (maximaler Stromfluss, Stromgradient) der elektrischen Zuleitungen für die Bremsen in einem reellen Bereich bleibt. Bei einem Betrieb in einem Bordnetz mit 12V/14V-Spannung steigt einerseits die Verlustleistung durch Wärme in den Leitungen aufgrund geringer Leitungsquerschnitte und hoher Stromstärken auf ein nicht akzeptables Maß an. Andererseits würden entsprechend vergrößerte Leitungsquerschnitte das Gewicht der zu verwendenden Kabelbäume um mehrere Kilogramm ansteigen las- sen.
Ferner erfordert die Auslegung eines Fahrzeugs mit einem (e- ventuell sogar zusätzlichen) 42V-Bordnetz tief greifende konstruktive Änderungen in das Fahrzeug selbst, sodass Neufahr- zeuge mit einem 42V-Bordnetz im Vergleich zu Fahrzeugen mit einem 12V-Bordnetz ungleich teuerer sind, was einen signifikanten Verkaufsnachteil eines solchen Fahrzeugs mit 42V- Bordnetz darstellt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine elektromechanische Bremsanlage bzw. ein elektromechanisches Bremssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Verfügung zu stellen, wobei die elektromechanische Bremsanlage sicher mit einem 12V/14V-Bordnetz betreibbar ist und dabei sämtliche Funktionen einer herkömmlichen hydraulischen Bremse - z. B. die eines Anti-Blockier-Systems (ABS) , einer Traktionshilfe, einer Antriebsschlupfregelung (ASR) , einer Fahrstabilitätsregelung (ESP) sowie eines automatischen Bremseneingriffs, z. B. bei Abstandsregelsystemen, und automatisch eingeleitete Vollbremsungen - übernehmen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer elektromechani- schen Bremse gelöst, deren Bremsaktuatoreinheit mit elektrischer Energie versorgt wird, die aus einem zusätzlich vorgesehenen zweiten elektrischen Energiespeicher stammt, der bevorzugt ein kapazitiver Energiespeicher ist.
Die Spitzenleistungsanforderung der elektromechanischen Bremse entsteht bei einer schnellen Beschleunigung eines Rotors des Elektromotors entweder am Beginn einer Bremsung oder bei Fahrzeugen mit ABS, wenn durch eine ABS-Steuereinrichtung Radschlupf zwischen Rad und Straße erkannt wird, und der E- lektromotor sehr schnell von einem Zuspannen der Bremsbeläge auf ein Lösen der Bremsbeläge umgeschaltet wird. Mittels des erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen, zweiten elektrischen Energiespeichers ist es nun in Leitungsnetzen, deren Span- nungsversorgung und/oder deren Leitungsquerschnitte eigentlich nicht für elektromechanische Bremsanlagen geeignet sind, - wie dies bei einem 12V/14V-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs der Fall ist - trotzdem möglich, ein solchermaßen schnelles und zuverlässiges Zu- bzw. Aufspannen der Bremsbeläge mittels Elektromotoren zu realisieren. Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen zweiten Energiespeichers ist es daher möglich, die notwendige elektrische Energie bei Spitzenleistungsanforderungen einer elektromechanischen Bremse zu puffern (also durch ein „Zwischenlager" kurzfristig verfügbar zu machen) und so eine funktionstüchtige Bremsanlage auch bei einem Niedrigspannungsnetz zur Verfügung zu stellen. Mittels der Erfindung ist es nun insbesondere möglich, Kraftfahrzeuge mit 12V/14V-Bordnetzen mit elektromechanischen Bremsanlagen auszurüsten und die Vorteile eines solchen Bremssystems dem Fahrer im Bezug auf seine Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Mittels eines solchen Brake-By-Wire-
Systems ist es möglich, jedem einzelnen Rad eine individuelle Bremskraftmodulation zur Verfügung zu stellen, was kurze Bremswege bei gleichzeitig hoher Fahrstabilität ermöglicht. Darüber hinaus ist ein elektromechanisches Bremssystem mit bereits bekannten Systemen (ABS, ASR, ESP etc.) problemlos kompatibel und eröffnet darüber hinaus weitere Möglichkeiten für Zusatzfunktionen, wie eine so genannte Adaptive Cruise Control (ACC) bis hin zu autonomen Verkehrsführungssystemen.
Für eine elektromechanische Bremsanlage ist ein elektronischer Bremspedalsimulator notwendig, der ergonomisch günstig im Fußraum eines Fahrzeugs angeordnet werden kann und dessen geringere Betätigungskräfte beim Bremsen einen Zeitgewinn von einer halben Sekunde (TÜV-Rheinland) im Vergleich zu hydrau- lischen Bremsen realisiert; was laut TÜV den Anhalteweg aus einer Fahrgeschwindigkeit von 100km/h um 14m auf 66m verkürzt, was einer Verkürzung des Anhaltewegs um nahezu 20% entspricht (bezogen auf den Anhalteweg mittels eines herkömmlichen Bremsenbetätigungssystems) .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der zweite Energiespeicher direkt an der Bremsaktuato- reinheit bzw. so nah wie möglich an dieser dran. Bei einer solchen Ausführungsform, bei welcher der zweite Energiespei- eher ganz in der Nähe des Orts untergebracht wird, an dem dessen elektrische Energie benötigt wird, ist es möglich, die Verlustleistung bei einem 12V/14V-Bordnetz gering zu halten, da der Energiespeicher in den Zeitspannen mit geringen Stromstärken aufladbar ist, in denen keine elektrische Energie zum Bremsen zur Verfügung gestellt werden muss. Dadurch erübrigen sich erhöhte Zuleitungsquerschnitte zur Bremsaktuatoreinheit zum Kompensieren der oben genannten Verlustleistung. Möglich wird ein solches Konzept dadurch, dass zum Laden des zweiten elektrischen Energiespeichers viel mehr Zeit zur Verfügung steht, als er schlimmstenfalls für Spitzenlastanforderungen Strom liefern muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Energiequelle ein parallel zur ersten Energiequelle der elektromechanischen Bremsanlage geschalteter Stützkondensator. Kondensatoren sind ideal dazu geeignet, Spitzenlastan- forderungen abzupuffern, da sie schnell ladbar und auch schnell wieder entladbar sind. Darüber hinaus weisen sie eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer auf, da in ihnen im Gegensatz zu Akkumulatoren keine elektrochemischen Reaktionen ablaufen, sondern nur Ladungen getrennt werden. Insbesondere bei Fahrzeugbremsen, bei welchen der Kondensator direkt an der Bremsaktuatoreinheit untergebracht ist, eignet sich dieser auf Grunde seines geringen Gewichts sehr gut, da die Bremsaktuatoreinheit und somit auch der Kondensator zu den ungefederten Massen am Rad gehören, welche bei Kraftfahrzeu- gen möglichst klein sein sollten. Darüber hinaus sind kleine Leitungsquerschnitte zum Kondensator hin auf Grunde einer vergleichsweise langen Aufladungsdauer (im Gegensatz zu seiner 30ms (s. u.) währenden Entladungsdauer), möglich.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt der Kondensator eine Kapazität von 20OmF bis 65OmF, insbesondere 45OmF. Die Situationen, in welchen die Bremsaktuatoreinheit seine Spitzenleistung erbringen muss (Beginn einer Bremsung bzw. im ABS-FaIl, wenn Radschlupf zwischen Rad und Straße er- kannt ist) dauern bis etwa 30ms (Δt) . Damit reicht z. B. für eine Aktautoreinheit mit einer Spitzenleistung von ca. 700W (ca. 12V*60A) und einem maximalen Strom I in der Zuleitung von 30A sowie einem Spannungsabfall ΔU von 2V am Kondensator eine Kapazität von C=I*Δt/ΔU=450mF.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stützkondensator ein so genannter Supercap-Kondensator (Su- percap=Supercapacitor) . Diese Supercap-Kondensatoren sind Kondensatoren mit sehr hohen Kapazitäten (im Bereich bis mehrere tausend Farad) und lassen sich als Energiespeicher einsetzen, wobei sie Akkus ersetzen können. Sie zeichnen sich durch geringe Abmessungen und eine geringe Masse aus. Die hohe Kapazität ist dadurch möglich, dass die Seitenflächen des Kondensators, an welchen sich die Ladungen im aufgeladenen Zustand aufhalten, mittels mikroskopischer Kohlenstoffpartikel mit einer sehr fein strukturierten dreidimensionalen O- berfläche versehen sind, sodass damit sehr hohe Oberflächeninhalte und daher sehr hohe Kapazitäten möglich sind. Ferner unterliegt man bei der äußeren Formgebung eines solchen Kondensators keinen speziellen Anforderungen, sodass nahezu beliebige Formen möglich sind. All dies eignet die Supercap- Kondensatoren insbesondere für elektromechanische Bremsaktua- toreinheiten bei Fahrzeugbremsen.
Da Supercap-Kondensatoren temperaturempfindlich sind, befinden sich diese bevorzugt in oder an einem kühlen Bereich der Bremsaktuatoreinheit. Die Temperaturen an diesem Ort sollten 7O0C bis 1250C nicht übersteigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit elektromechanischen Bremsen bzw. Bremsanlagen ausgerüstet. Neben den obigen Vorteilen eines Fahrzeugs mit elektromechanischen Bremsen ist es insbesondere von Vorteil, dass das Bremspedal geringe Betätigungskräfte aufweist und, z. B. im ABS-FaIl, nicht pulsiert und so den Fahrer nicht dazu verleiten kann, der aufgrund ei- nes pulsierenden Bremspedals irritiert ist, den Fuß von der Bremse zu nehmen. Ferner ist die Ansprechcharakteristik der Bremse individuell einstellbar.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektromechani- schen Bremssystems für ein Kraftfahrzeug, und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für eine erfindungsgemäße Bremsaktuatoreinheit.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf eine elektrome- chanische Bremse oder Bremsanlage bzw. ein elektromechani- sches Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit einem 12V/14V- Bordnetz . Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern vielmehr jegliche elektromechanische Bremsen umfassen soll, die mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden können und bei denen es von Vorteil sein kann einen zweiten, bevorzugt kapazitiven, Energiespeicher vorzusehen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrome- chanischen Bremssystems für eine Vorder- und eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. Das elektromechanische Bremssystem weist eine Mehrzahl von elektromechanisch betätigten Bremsan- lagen auf, die jeweils eine Bremsscheibe 16 mittels in einem Bremssattel 14 vorgesehenen Bremsbelägen abbremsen können, wobei die Bremsbeläge mittels einer elektromechanischen Bremsaktuatoreinheit 10 betätigt werden. Hierbei bilden ein E- lektromotor 12 und bevorzugt zusätzlich ein Getriebe die Bremsaktuatoreinheit 10, die im Bremssattel 14 die Zuspann- kräfte erzeugt. Eine solche Bremsaktuatoreinheit 10 ist in der Lage, innerhalb von wenigen Millisekunden, die jeweils notwendigen Bremskräfte bereitzustellen, die bis zu mehrere Tonnen betragen können.
Eine Steuereinrichtung 40 verarbeitet von einem Bremspedalsimulator 50 erhaltene Signale, verknüpft sie gegebenenfalls mit Daten anderer Sensoren und Regelsysteme, und berechnet für jedes Rad eine individuell notwendige Kraft, mit welcher die Bremsaktuatoreinheit 10 die Bremsbeläge des Bremssattels 14 an die Bremsscheibe 16 drücken soll.
Ein Bremspedal 52 des Bremspedalsimulators 50 ist an einen Pedalwegsensor 54 angeschlossen, wobei der Pedalwegsensor 54 an die Steuereinrichtung 40 einen ermittelten Pedalweg und eine Pedalbetätigungskraft weiterleitet. Die Steuereinrich- tung 40 leitet die vom Fahrer gewünschte Bremsverzögerung an die Bremsaktuatoreinheiten 10 weiter. Das in einem Gefühlssimulator endende Bremspedal kann nicht mehr wie bei herkömmlichen hydraulischen Bremsen vibrieren und mindert daher die Gefahr, dass ein ungeübter Fahrer in einer Gefahrensituation den Fuß von der Bremse nimmt.
Die Hauptenergiequelle der Bremsaktuatoreinheiten 10 sind zwei Akkumulatoren 20, die ihre elektrische Ladeenergie von einem Generator (Lichtmaschine) erhalten. Um einen Totalaus- fall des Bremssystems z. B. bei Ausfall eines Akkumulators 20 zu vermeiden, sind zwei voneinander unabhängige Bordnetze notwendig. Bei dem beispielhaft dargestellten Bremssystem ist ein Akkumulator 20 den Bremsen einer Vorderachse und der andere Akkumulator 20 den Bremsen einer Hinterachse des Fahr- zeugs zugeordnet (andere Kombinationen sind ebenfalls möglich) . Hierdurch ist sichergestellt, dass bei Ausfall der Spannungsversorgung für die Bremsen einer der beiden Achsen wenigstens die Bremsen der anderen noch vollkommen intakt ist. Darüber hinaus kann bei Ausfall eines Akkumulators 20 der jeweilig andere zu den vom Ausfall des Akkumulators 20 betroffenen elektromechanischen Bremsen hinzugeschaltet werden.
Da der für eine elektromechanische Bremse zur Verfügung ste- hende Bauraum im Fahrzeug begrenzt ist und die ungefederten Massen des Fahrzeugs so klein wie möglich sein sollen, sind hohe Anforderungen an die Bremsaktuatoreinheit 10 gestellt. Daher soll die Bremsaktuatoreinheit 10 zur Unterbringung innerhalb der Felge kompakt und zudem leicht sein.
Damit weder die Verlustleistung in den Zuleitungen zu den e- lektromechanischen Bremsen nicht auf ein inakzeptables Maß ansteigt, noch die Leitungsquerschnitte der verwendeten Zuleitungen diese um mehrere Kilogramm an Gewicht zunehmen lassen um obigen Problem zu begegnen; aber trotzdem noch elekt- romechanische Bremsen mit einem 12V/14V-Bordnetz betreiben zu können, ist es notwendig, die Peaks der von der Bremsaktuatoreinheit 10 angeforderten Leistung mittels einer zweiten E- nergiequelle abzupuffern. Dies wird bevorzugt mittels einem einzigen Supercap-Kondensator je elektromechanischer Bremsanlage realisiert, der als Stützkondensator zur herkömmlichen Spannungsversorgung der Bremsaktuatoreinheit 10 geschaltet ist.
Eine solche Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 zu sehen. Dem durch einen Akkumulator 20 versorgten Elektromotor 12 der e- lektromechanischen Bremse ist eine zweite Energiequelle 30, bevorzugt ein Kondensator 30, parallel hinzugeschaltet. Hierbei befindet sich der Kondensator 30 so nah wie möglich am Elektromotor 12, sodass die Verlustleistung bei einer Entladung des Kondensators 30 möglichst gering ist und darüber hinaus die Leitungen zwischen dem Kondensator 30 und dem E- lektromotor 12 auf Grund einer entsprechenden Dimensionierung nicht zu lang werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Temperaturen des Kondensators 30 nicht über einen bestimmten Temperaturbereich zwischen 70 0C und 125 0C hinausgehen sol- len. Dies kann es erforderlich machen, den Kondensator nicht direkt am Elektromotor 12 vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht den Betrieb einer elektromechanischen Bremsanlage mit einem 12V-Bordnetz statt den bisher für erforderlich erachteten 42V-Bordnetz . Hierdurch kann auf eine separate 42V-Stromversorgung, die erheb- liehe Mehrkosten eines Fahrzeugs verursachen würde, verzichtet werden.
Bevorzugte Kondensatoren für die erfindungsgemäße Anordnung sind so genannte Goldcap-, Supercap-, oder Ultracap-
Kondensatoren. Diese Kondensatoren zeichnen sich durch eine sehr hohe Kapazität bei gleichzeitig geringem Gewicht und kleinem Bauvolumen aus .
Ferner ist es möglich, nicht nur einen einzigen Kondensator
30 als Stützkondensator parallel zur herkömmlichen Spannungsversorgung zu schalten, sondern eine Mehrzahl davon, die dann ebenfalls parallel zur Spannungsversorgung 20 und auch parallel zum Kondensator 30 geschaltet sind.
Herkömmliche Supercap-Kondensatoren haben eine Ladespannung U von 2,0 bis 2,5V, wodurch es sich anbietet, eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren, insgesamt parallel zum Akkumulator 20 zu schalten, um sie bequem in ein 12V-Bodnetz zu integrieren und sie nicht mit einer zu hohen Spannung U aufzuladen. Je nach Ladespannung U eines Kondensators bieten sich vier bis acht, insbesondere fünf bis sieben in Reihe geschaltete Kondensatoren hierfür an. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Gesamtkapazität Cges von in Reihe geschal- teten Kondensatoren sinkt. So weist ein Verbund aus 5 gleichartigen Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind, nur mehr noch eine Kapazität von 1/5 eines einzigen Kondensators auf. Soll also insgesamt eine Kapazität von 450 mF mittels einer Reihenschaltung von fünf Kondensatoren zur Verfügung gestellt werden, so sind fünf Kondensatoren zu je 2,25 F hierfür notwendig. Ferner ist bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren eine verlängerte Ladezeit gegenüber eines einzigen Kondensators zu berücksichtigen.
Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, die beiden obigen Ideen zu Kombinieren und mehrere Blöcke von in Reihe geschalteten Kondensatoren 30 parallel zur Spannungsversorgung als Stützkondensatoranordnungen zu schalten. Für einen solchen Kondensatorenblock bieten sich wiederum vier bis acht, insbesondere fünf bis sieben, Kondensatoren 30 an.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem 12V/14V-Bordnetz, mit einer Bremsak- tuatoreinheit (10), die einen Elektromotor (12) zum Bereitstellen einer Bremskraft aufweist, und einer Stromversorgung für den Elektromotor (12), die eine erste elektrischen Energiequelle (20), insbesondere einen Akkumulator eines Bordnet- zes (60) , aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung des Elektromotors (12) zusätzlich wenigstens eine kapazitive Energiequelle (30) aufweist, die parallel zur ersten Energiequelle (20) geschaltet ist.
2. Elektromechanische Bremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche kapazitive Energiequelle (30) in unmittelbarer Nähe am oder in der Bremsaktuatoreine- heit (10) vorgesehen ist.
3. Elektromechanische Bremsanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Energiequelle (30) ein Kondensator (30) oder eine Reihenschaltung von Kondensatoren (30) ist, die als Stützkondenstoren wirken.
4. Elektromechanische Bremsanlage gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) eine Kapazität von 200+5OmF, insbesondere 350+5OmF, bevorzugt 500+5OmF, insbesondere bevorzugt 650+5OmF aufweist.
5. Elektromechanische Bremsanlage gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren (30) , die insgesamt zur ersten Energiequelle (20) parallel geschaltet sind, bevorzugt fünf oder sechs oder sieben Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.
6. Elektromechanische Bremsanlage gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) ein so genannter Supercap-Kondensator ist.
7. Elektromechanische Bremsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche kapazitive Energiequelle (30) in einer Position in oder an der Bremsaktuatoreinheit (10) vorgesehen ist, an der im Betrieb der Bremse die Temperaturen nicht über 1250C, bevorzugt nicht über 1000C, insbesondere nicht über 850C, insbesondere bevorzugt nicht über 7O0C steigen.
8. Elektromechanisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektromechanischen Bremsanlagen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einem elektromechanischen Bremssystem nach Anspruch 8.
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