ITRM980602A1 - Attuatore di freno per autoveicoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: 'ATTUATORE DI FRENO PER AUTOVEICOLI''

L'invenzione concerne un attuatore di freno, comprendente un motore elettrico, un convertitore per la trasformazione del movimento rotatorio del motore elettrico in un movimento lineare e un meccanismo idraulico per la trasmissione del movimento lineare del convertitore ad un pistone di avanzamento di un freno.

Una crescente intensità del traffico stradale richiede sistemi che diano, da un lato, un contributo alla sicurezza e, dall'altro lato, un contributo all'assistenza del conducente. In questo caso, il trend dell'industria automibilistica va in direzione della cosiddetta guida autonoma.

In futuro, il conducente è destinato ad essere aiutato da cosidetti "'sistemi by-wire'' e, in molte situazioni di guida, ad essere assistito da sistemi intelligenti. Un presupposto importante per tali sistemi è la possibilità di attivazione elettrica.

In noti impianti frenanti vengono impiegati prevalentemente dispositivi di trasmissione e di amplificazione idraulici oppure pneumatici mediante i quali il conducente di un veicolo anticipa direttamente l'intervento sul freno sulla ruota. Per consentire, in tali sistemi, interventi sul freno indipendenti dal conducente, ad esempio per una regolazione di distanza o simile, oltre alla necessaria alimentazione di pressione relativamente alta, è necessario un elevato impiego di elementi strutturali, ad esempio di valvole e simili.

Per questo motivo, da un certo tempo sono noti freni sulle ruote ad azionamento elettrico che non solo consentono una diretta attivazione immediata del freno ma richiedono, in particolare, un numero di singoli elementi molto più esiguo rispetto agli impianti frenanti idraulici oppure pneumatici.

La DE 195 19 308 Al indica, ad esempio, un attivatore di freno con un meccanismo che comprende un motore elettrico come elemento di comando, un convertitore per la trasformazione del movimento rotatorio del motore elettrico in un movimento lineare e un meccanismo idraulico per la trasmissione del movimento lineare del convertitore ad una guarnizione di attrito di un freno.

In un meccanismo idraulico con un convertitore strutturato a guisa di vite senza fine, ciò viene realizzato per il fatto che la madrevite è collegata ad accoppiamento dinamico con il motore elettrico e l'asta della vite senza fine è collegata ad accoppiamento dinamico con un pistone idraulico del meccanismo idraulico e per il fatto che il motore elettrico per l'assunzione della corsa della vite motrice è equipaggiato con un albero cavo. In questo attuatore di freno, il pistone idraulico è disposto in una camera idraulica chiusa.

In questo attuatore di freno, la forma strutturale compatta è vantaggiosa però è problematico il fatto che, in caso di autobloccaggio del meccanismo, si ha un pericolo per il conducente e per l'ambiente derivante dal fatto che il freno rimarrebbe in posizione azionata, il che determina una situazione di guida incontrollabile.

In un freno elettromeccanico sulla ruota, per realizzare diverse velocità di avanzamento e forze di azionamento di un dispositivo di serraggio per mezzo di un motore elettrico, sono previsti, in un noto freno sulla ruota indicato nella DE 43 12 524 Al, innesti a frizione a comando elettromagnetico. Anche in questo freno sulla ruota, attraverso un azionamento della vite senza fine si ottiene un avanzamento in profondità del freno. In questo freno è problematico anche un autobloccaggio del meccanismo. Inoltre, un tale freno richiede un gran numero di elementi strutturali dispendiosi e spesso soggetti a distubi.

Pertanto l’invenzione si prefigge il compito di sviluppare ulteriormente un attuatore di freno del tipo in questione in modo, da un lato, da consentire, con un numero minore possibile di elementi strutturali soggetti a disturbi, un avanzamento in profondità di un freno attivabile elettricamente con diverse velocità di avanzamento e forze di azionamento e, dall'altro lato, da escludere un autobloccaggio del meccanismo e/o del convertitore.

In un attuatore di freno del tipo descritto all'inizio, questo compito viene risolto, secondo l'invenzione, per il fatto che il convertitore comprende almeno due elementi di regolazione attivabili da parte del motore elettrico, mediante i quali sono attivabili almeno due pistoni idraulici del meccanismo idraulico in modo indipendente fra loro in una camera idraulica, collegabile, in caso di bisogno, con un serbatoio.

Attraverso almeno due pistoni idraulici del meccanismo idraulico azionabili in modo indipendente fra loro si consente, in modo particolarmente vantaggioso, un avanzamento in profondità del freno, da un lato, con diverse velocità di avanzamento e, dall'altro lato, con diverse forze di azionamento. Siccome la camera idraulica in cui si muovono i pistoni idraulici è collegata, in caso di bisogno, con un serbatoio, in qualsiasi momento, in particolare in situazioni di pericolo che si determinano, ad esempio, quando sopravviene un autobloccaggio degli elementi di regolazione e quindi anche dei pistoni idraulici, si consente un ripristino del pistone di avanzamento e quindi un'apertura del freno mediante collegamento della camera idraulica con il serbatoio.

In questo caso, in caso di ripristino del pistone di avanzamento, il liquido idraulico disposto nella camera idraulica si espande nel serbatoio.

Al contrario però, anche attraverso il collegamento della camera idraulica con il serbatoio si può eseguire una compensazione di una crescita di volume della camera idraulica che, ad esempio, si determina in caso di usura del disco del freno e della pastiglia dello stesso.

Puramente in linea di principio, sono concepibili forme di esecuzione più disparate per collegare la camera idraulica con il serbatoio.

Una forma di esecuzione particolarmente vantaggiosa, che consente in particolare anche un possibilità di attivazione elettrica, prevede che la camera idraulica sia collegabile con il serbatoio tramite una valvola attivabile indipendentemente dal motore elettrico e che la camera idraulica, la valvola e il serbatoio formino un sistema chiuso rispetto all 'ambiente.

Attraverso l'attivazione della valvola per il collegamento della camera idraulica con il serbatoio indipendentemente dal motore elettrico, da un lato, si può realizzare il funzionamento di emergenza descritto sopra del freno in modo particolarmente vantaggioso. Inoltre, dall'altro lato, si può eseguire, attraverso l'apertura della valvola attivabile, anche in modo semplice, una compensazione dell'usura del disco del freno e dell'usura della pastiglia dello stesso. Siccome la camera idraulica, la valvola e il serbatoio formano un sistema chiuso rispetto all'ambiente, si consente inoltre un attuatore ~'a secco'', e pertanto particolarmente favorevole all'ambiente, dell'attuatore del freno.

Per aumentare la sicurezza del freno e, in particolare, per assicurare che, ad esempio, in caso di mancato funzionamento del motore elettrico, sia possibile un'apertura del freno, è previsto, vantaggiosamente, che il motore elettrico e la valvola presentino due circuiti elettrici separati, attivabili indipendentemente fra loro. In questo modo si assicura che, ad esempio, in caso di mancato funzionamento del circuito elettrico, per il motore elettrico sia comunque possibile un azionamento della valvola tramite il suo circuito elettrico separato.

Per quanto riguarda gli elementi di regolazione, in questo caso sono concepibili pure le forme di esecuzione più disparate.

Una forma di esecuzione da realizzare tecnicamente con pochi elementi strutturali, e pertanto molto vantaggiosa, in modo particolarmente semplice prevede che gli elementi di regolazione associati ai due pistoni idraulici sono comandi a vite senza fine, azionabili da parte di due elementi trascinatori, azionabili in modo indipendente fra loro da parte del motore elettrico.

Per consentire in particolare una struttura estremamente compatta di tutto l'attuatore del freno e quindi di tutto il freno sulla ruota è previsto, vantaggiosamente, che il primo elemento trascinatore sia un primo disco in presa con una filettatura esterna a vite, presentante una filettatura interna centrale a vite che fa presa con una dentatura esterna in una ruota dentata disposta sull'albero del motore elettrico. Questo disco a dentatura esterna è quindi parte di un riduttore sotto forma di rotismo ad ingranaggi cilindrici che trasmette, in modo ridotto, una rotazione dell'albero del motore in un comando a vite che, a sua volta, produce uno spostamento assiale del primo pistone idraulico.

In questo caso è previsto, vantaggiosamente, che il secondo elemento trascinatore sia un secondo disco disposto parallelamente al primo che, su un primo blocco di testa cilindrico, applicato per formatura su di esso, presenta una filettatura esterna a vite che è in presa con una filettatura interna a vite del secondo pistone idraulico ed è trascinabile dal primo disco attraverso un innesto a frizione elettromagnetico attivabile.

La realizzazione degli elementi trascinatori come primo e secondo disco consente, in particolare, una struttura estremamente compatta. In questo caso, attraverso l'innesto a frizione elettromagnetico attivabile si consente, in modo semplice, un azionamento del secondo pistone idraulico, indipendente dall'azionamento del pirmo pistone idraulico, attraverso un unico motore elettrico. Pertanto si può eliminare un altro motore elettrico oppure un'altra fonte di trasmissione per l'azionamento del secondo pistone idraulico.

In particolare, per strutturare in modo più compatto possibile anche i cuscinetti del primo e del secondo disco, in una forma di esecuzione vantaggiosa è previsto che il primo e il secondo disco siano disposti in modo liberamente mobili fra loro e, di volta in volta, su una metà di una scatola che contiene tutto il riduttore e il meccanismo idraulico e rispettivamente su una guida del pistone idraulico. In questo modo si riduce notevolmente anche il numero delle parti dell 'attuatore del freno, dal momento che la scatola, da un lato, e la guida dei pistoni idraulici, dall'altro, sono elementi strutturali dei cuscinetti in modo da poter eliminare altri elementi di supporto.

Altri particolari e vantaggi dell'invenzione sono oggetto della descrizione seguente nonché dei disegni di alcuni esempi di esecuzione. In essi:

La figura 1 mostra una rappresentazione in sezione di un esempio di esecuzione di un attuatore di freno secondo l'invenzione e

la figura 2 mostra, schematicamente e parzialmente spezzata, una rappresentazione in sezione lungo un serbatoio per fluido idraulico, attivabile per mezzo di una valvola, dell 'attuatore di freno rappresentato nella figura 1.

Un attuatore per freno sulla ruota di un autoveicolo, rappresentato nella figura 1, comprende una scatola costituita da due semiscatole 14, 15, su una metà 15 delle quali è fissato un motore elettrico 2 ad una flangia.

Nella scatola 14, 15 è previsto un convertitore comprendente due elementi trascinatori sotto forma di dischi 3, 4 disposti parallelamente fra loro, i quali sono azionabili dal motore elettrico 2. Il primo disco 3 presenta una dentatura esterna con cui esso fa presa in una ruota dentata 2a disposta sull'albero del motore elettrico 2. La ruota dentata 2a e il primo disco 3 formano, in questo modo, un riduttore sotto forma di rotismo a ingranaggi cilindrici. Il primo disco 3 presenta una filettatura interna assiale a vite senza fine disposta centralmente, la quale è impegnata con una filettatura esterna a vite senza fine IOa di un pistone 10. La filettatura interna a vite disposta sul primo disco 3'e la filettatura esterna a vite IOa del pistone 10 formano, nel loro insieme, un primo elemento di regolazione sotto forma di comando a vite senza fine mediante il quale un movimento rotatorio del disco 3 viene trasformato in uno spostamento assiale del pistone 10.

Il secondo disco 4, disposto in modo da poter essere mosso tramite cuscinetti a rotolamento 7 parallelamente al primo disco 3 su questo, presenta, su una formatura cilindrica, una filettatura esterna a vite 4a che fa presa in una filettatura interna a vite di un altro secondo pistone 11 in modo che un movimento rotatorio del secondo disco 4 provochi uno spostamento assiale del secondo pistone 11. La flettatura esterna a vite 4a e la filettatura interna a vite del secondo pistone 11 formano, nel loro insieme, un altro secondo elemento di regolazione sotto forma di comando a vite senza fine.

Vicino al perimetro del secondo disco 4 è previsto almeno un elettromagnete 9, ad esempio anulare, che, alimentando corrente attraverso un elemento di accoppiamento 5 tra il primo disco 3 e il secondo disco 4, produce un collegamento ad accoppiamento per attrito. L'innesto a frizione 9, 5 elettromagnetico è attivabile da parte di un apparecchio di comando (non rappresentato), in modo che il secondo disco 4, in caso di bisogno, sia trascinabile dal primo disco 3, per cui è possibile uno spostamento assiale del secondo pistone 11 tramite il secondo disco 4 e il suo comando a vite indipendentemente da uno spostamento assiale del primo pistone 10 tramite il motore elettrico 2.

Come si rileva dalla figura 1, il primo disco 3 è disposto su una semiscatola 15 tramite un cuscinetto 6, ad esempio un cuscinetto a sfere, mentre il secondo disco 4 è disposto su una guida di pistone 3 tramite un cuscinetto 8, ad esempio pure un cuscinetto a sfere. In questo modo si ottiene una struttura estremamente compatta costituita da un numero di singoli elementi più basso possibile.

Tra il pistone 11 e la guida 12 del pistone nonché tra il pistone 11 e il pistone 10 sono disposte di volta in volta guarnizioni di tenuta 20 che consentono uno spostamento scorrevole stagno sia dei due pistoni 10, 11 l'uno nell'altro sia del pistone 11 nella guida relativa 12.

Come si rileva dalla figura 1 e in particolare dalla figura 2, su una semiscatola 14 è disposto un serbatoio 18 riempito con un liquido idraulico. Si mette in evidenza che questo riempimento è un riempimento permanente che rende superflua una sostituzione del fluido idraulico e pertanto si dispone di un attuatore di freno 'a secco'' e quindi estremamente favorevole all'ambiente.

Il serbatoio 18 è collegato con una camera idraulica 21, in cui i due pistoni 10, 11 sono assialmente mobili, tramite un canale 16, il quale può essere aperto e chiuso tramite una valvola 17 azionabile elettromagneticamente. Come sì rileva dalla figura 2, il corpo della valvola 17c è azionabile tramite un elettromagnete 17a contro la forza di ripristino di un molla di richiamo 17b.

La valvola 17 e il motore elettrico 2 presentano circuiti elettrici attivabili separatamente fra loro in modo che, anche in caso di mancato funzionamento dell'elettromagnete 2, sia possibile ancora un azionamento della valvola 17. Ciò è necessario, ad esempio, quando l'elettromagnete 2 viene a mancare in una condizione in cui l'attuatore del freno è azionato e il freno sulla ruota si trova in impegno frenante sebbene sul motore elettrico 2 si abbiano nuovamente già segnali per il ripristino dei pistoni 10, 11. In questo caso, attraverso la valvola 17 viene aperto il serbatoio 18 e il liquido idraulico disposto nella camera idraulica 21 ritorna nel serbatoio 10 in modo da provocare un ripristino del pistone di avanzamento progettato come pistone secondario.

Un azionamento della valvola 17 avviene, inoltre, ad esempio, per compensare l'usura della disco del freno e della pastiglia del freno.

Attraverso l'apertura della valvola 17 e una immissione del fluido idraulico così prodotta dal serbatoio 18 nella camera idraulica 21 si riempie con fluido idraulico il volume della camera idraulica 21, ingrandito per effetto dell'usura.

Riassumendo, l'attuatore di freno rappresentato precedentemente non consente soltanto un grande rendimento per effetto del gradino dell'ingranaggio cilindrico tra il motore elettrico 2 e il disco 3 che aziona direttamente un primo pistone idraulico 10 tramite un comando a vite, nonché un azionamento del secondo pistone idraulico 11, indipendente, in caso di bisogno, dall'azionamento del primo pistone idraulico 10, tramite un secondo disco 4 trascinabile dal primo disco 3 tramite un innesto a frizione 9, 5 attivabile elettromagneticamente e un comando a vite associato ad esso, ma anche un azionamento del pistone di avanzamento 1 indipendente dall'azionamento tramite il motore elettrico 2 mediante apertura pilotata della valvola 17 e quindi mediante ingrandimento del volume della camera idraulica 21 mediante collegamento del serbatoio 18 con la camera idraulica 21. In questo modo non solo si possono compensare manifestazioni di usura del freno ma si consente anche un funzionamento di emergenza dell'attuatore del freno.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore di freno, comprendente un motore elettrico (2), un convertitore per la trasformazione del movimento rotatorio del motore elettrico (2) in un movimento lineare e un meccanismo idraulico per la trasmisione del movimento lineare del convertitore ad un pistone di avanzamento (1) di un freno, caratterizzato dal fatto che il convertitore comprende almeno due elementi di regolazione azionabili dal motore elettrico (2), mediante i quali almeno due pistoni idraulici (10, 11) del meccanismo idraulico sono azionabili in modo indipendente fra loro in una camera idraulica (21) collegabile, in caso di bisgono, con un serbatoio (18).
2. 2. Attuatore di freno secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la camera idraulica (21) è collegabile con il serbatoio (18) tramite una valvola (17) attivabile indipendentemente dal motore elettrico (2) e la camera idraulica (21), la valvola (17) e il serbatoio (18) formano un sistema chiuso rispetto all'ambiente.
3. 3. Attuatore di freno secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico (2) e la valvola (17) presentano due circuiti elettrici separti, attivabili indipendentemente fra loro.
4. 4. Attuatore di freno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che gli elementi di regolazione associati ai due pistoni idraulici (10, 11) sono comandi a vite, che sono azionabili da due elementi di trascinamento attivabili indipendentemente fra loro tramite il motore elettrico (2).
5. 5. Attuatore di freno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che i due pistoni idraulici (10, 11) e i loro comandi a vite sono inseriti l'uno nell'altro.
6. 6. Attuatore di freno secondo la rivendicazione 4 oppure 5, caratterizzato dal fatto che il primo elemento di trascinamento è un primo disco (3), impegnato con una filettatura esterna a vite (IOa) del primo pistone idraulico (10a) presentante una filettatura interna centrale a vite, il quale fa presa con una dentatura esterna in una ruota dentata (2a) disposta sull'albero del motore elettrico (2).
7. 7. Attuatore di freno secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che il secondo elemento di trascinamento è un secondo disco (4) disposto parallelamente al primo, il quale , su un blocco di testa cilindrico, disposto su di esso, presenta una filettatura esterna a vite (4a), impegnata con una filettatura interna a vite del secondo pistone idraulico (ila) ed è trascinabile dal primo disco (3) mediante un innesto a frizione elettromagnetico attivabile (9, 5).
8. 8. Attuatore di freno secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il primo e il secondo disco (3, 4) sono disposti in modo rotante uno accanto all'altro e di volta in volta su una metà (15) di una scatola che contiene tutto il convertitore e il meccanismo idraulico e rispettivamente su una guida (11) dei pistoni idraulici (10, 11).