ITRM980604A1

ITRM980604A1 - Dispositivo per l'azionamento di un freno elettromagnetico in un veicolo

Info

Publication number: ITRM980604A1
Application number: IT98RM000604A
Authority: IT
Inventors: Gregor Reimann; Karl-Heinz Ross
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-03-18
Also published as: GB2329436A; DE19741869C2; DE19741869A1; GB2329436B; IT1302339B1; JPH11193839A; FR2768790A1; GB9820579D0; US6153988A

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: ''DISPOSITIVO PER L'AZIONAMENTO DI UN FRENO ELETTROMAGNETICO IN UN VEICOLO''

L'invenzione concerne un dispositivo per l'azionamento di un freno di veicolo con un motore elettrico di azionamento attivabile e un dispositivo per la conversione del movimento rotatorio del motore elettrico di azionamento in un movimento traslatorio di uno o più elementi frenanti in connessione attiva con il convertitore.

A causa della crescente densità del traffico stradale sono necessari sistemi atti ad aumentare la sicurezza e a contribuire ad alleggerire il conducente. In futuro, il conducente di un veicolo sarà aiutato da cosiddetti ''sistemi by-wire'' e, in molte situazioni di marcia, egli sarà alleviato da sistemi intelligenti.

La maggior parte degli impianti frenanti odierni è costituita da dispositivi di trasmissione e di amplificazione idraulici o pneumatici, mediante i quali il conducente anticipa direttamente l'intervento del freno sulla ruota. Per controllare gli interventi di frenatura indipendenti dal conducente, ad esempio una regolazione di distanza, è necessario, oltre all'alimentazione di pressione necessaria allo scopo, un gran numero di elementi strutturali, ad esempio valvole, cilindri idraulici e simili.

Sono stati già proposti anche dispositivi elettromeccanici ed elettroidraulici per l'azionamento di un freno di veicolo.

Un tale dispositivo è indicato, ad esempio, nella DE 4229 042 Al. In questo dispositivo, il motore elettrico di azionamento è associato ad un elemento frenante. Il convertitore trasforma il movimento rotatorio del motore elettrico in un movimento traslatorio che provoca uno spostamento lineare di un pistone di comando. Tra il pistone di comando e un pistone di spinta delle pastiglie del freno, mediante il quale le pastiglie del freno vengono spinte contro il disco di un freno, è prevista una camera per liquido. Nella camera per liquido c'è liquido per freni.

Dalla DE 42 - 07 640.Al emerge un freno ad attrito, in particolare un freno a disco, per veicoli nonché un innesto a frizione elettromagnetico atto ad essere portato in accoppiamento per attrito comandabile con un organo di frizione, preferibilmente con un disco di freno.

L'innesto a frizione è in impegno rotante ad accoppiamento geometrico tramite un attuatore dentato con un pistone, regolabile assialmente per mezzo di un attuatore a cuneo indipendente dal senso di rotazione, di un dispositivo di azionamento per pastiglie di un freno associate al disco del freno.

Per spingere le pastiglie del freno contro il disco dello stesso, alla ruota rotante del freno con l'innesto a frizione viene sottratta energia e destinata al dispositivo di azionamento

Un problema di tali dispositivi elettromeccanici per l'azionamento di un freno di veicolo è costituito dall'affidabilità. Per cui si utilizzano, ad esempio, meccanismi autobloccanti per la trasformazione del movimento rotatorio del motore elettrico in un movimento traslatorio che, ad esempio, in caso di mancato funzionamento del freno durante una breve frenatura piena, provocano la permanenza del freno in uno stato attivo sebbene detto stato del freno dovrebbe essere già concluso.

Per questi motivi, nella DE 42 29 042 Al la forza di spinta prodotta dal motore elettrico viene trasmessa tramite una camera piena di liquido per freni. In situazioni di pericolo, ad esempio quando si ha il bloccaggio del rotismo descritto, attraverso la riduzione della pressione nel liquido dei freni si può allentare il freno. Questo dispositivo di azionamento del freno richiede però , malgrado la possibilità di attivazione elettrica, l'impiego di un sistema idraulico e pertanto anche di un liquido per freni. Pertanto esso non è soltanto dispendioso ma, in particolare, anche meno favorevole all'ambiente di un cosiddétto freno -’a secco'' che non richiede nessun tipo di liquido idraulico.

Nel freno indicato nella DE 42 07 640 Al, un autobloccaggio è escluso. Però in questo freno l'inconveniente sta nel fatto che l'innesto a frizione elettromagnetico è soggetto, a sua volta, ad una usura e pertanto ciò rende necessari lavori di manutenzione supplementari e costosi per il freno.

In tali freni è anche problematico il fatto che per la loro realizzazione sono necessari speciali motori elettrici nonché rotismi complicati che riducono l'affidabilità di un tale freno elettrico e aumentano il dispendio produttivo. Inoltre, tali freni non esaudiscono, o la esaudiscono solo molto male, la dinamica richiesta per molti scopi d'impiego, ad esempio per il sistema di regolazione ABS oppure ASR. Inoltre, tali freni richiedono un vano d'ingombro relativamente grande che, specialmente negli autotelai ad elevate prestazioni, non è disponibile.

Infine, il peso relativamente elevato di tali dispositivi di azionamento del freno come massa non sospesa influenza negativamente il comportamento dinamico degli autotelai.

Pertanto l'invenzione si prefigge il compito di fornire un dispositivo per l'azionamento di un freno del tipo in questione che consenta, oltre ad una forma i compatta, un azionamento molto rapido ed affidabile e anche intermittente di un freno -'a secco'' attivabile mediante calcolatore.

In un dispositivo per l'azionamento del freno di un veicolo del tipo citato avanti, questo compito viene risolto, secondo l'invenzione, per il fatto che è previsto almeno un altro motore elettrico, attivabile separatamente da parte del motore elettrico di azionamento, con almeno un altro convertitore per la trasformazione della rotazione di almeno un motore elettrico in un movimento traslatorio del/degli elementi frenanti indipendente dal movimento traslatorio prodotto dal motore di azionamento e dal suo convertitore.

Grazie al · motore elettrico supplementare, attivabile separatamente dal motore elettrico di azionamento, con un altro convertitore che produce una trasformazione della rotazione di questo motore elettrico in un movimento traslatorio del oppure degli elementi frenanti che è indipendente dal movimento traslatorio prodotto dal motore elettrico di azionamento, non solo è possibile un rilascio del freno in ogni posizione, specialmente in caso di mancato funzionamento del motore elettrico di azionamento ma, in questo modo, è possibile anche realizzare un avanzamento in profondità degli elementi frenanti e quindi delle pastiglie del freno per una frenatura di stazionamento, un rapido avanzamento degli elementi frenanti e quindi delle pastiglie del freno per il superamento del gioco di rilascio nonché una registrazione del freno in caso di usura delle pastiglie del freno.

In questo modo si consente una rapida reazione del freno, evitando, in modo particolarmente vantaggioso, la situazione di pericolo sopra descritta che si viene a creare attraverso l'azionamento errato del freno.

Per aumentare in particolare la sicurezza del freno è previsto, vantaggiosamente, che il motore elettrico di azionamento e almeno un altro motore elettrico presentino circuiti elettrici separati fra loro. In questo modo si evita che, ad esempio in caso di mancato funzionamento del circuito elettrico del motore elettrico di azionamento, tutto il freno non funzioni dal momento che è possibile sia avanzare in profondità sia ripristinare il freno attraverso l'altro motore elettrico e il convertitore associato ad esso.

Per consentire una funzionamento del freno di stazionamento è previsto vantaggiosamente che, attraverso almeno un altro motore elettrico e il suo convertitore, lo/gli elemento(i) frenante(i) sia(no) fissabili. In questo modo si possono omettere gli altri dispositivi di frenatura di stazionamento supplementari sul dispositivo per l'azionamento del freno.

Inoltre è previsto, vantaggiosamente, che attraverso almeno un altro motore elettrico e il suo dispositivo convertitore si possa (no) ripristinare lo/gli elemento (i) frenante(i) in caso di mancato funzionamento del motore di azionamento. In questo modo si evitano efficacemente situazioni pericolse generate dal mancato funzionamento del motore di azionamento.

Per quanto riguarda la struttura e la disposizione dei motori elettrici e dei dispositivi convertitori finora non sono state date indicazioni più precise. Vantaggiosamente è previsto che i dispositivi convertitori siano parte di un involucro a cui è fissato sia il motore elettrico di azionamento sia l'altro/gli altri motore(i) elettrico(i). Ciò consente non soltanto una forma strutturale compatta e poco ingombrante ma anche una struttura modulare che consente in particolare una semplice possibilità di sostituzione dei motori elettrici, una buona accessibilità dei motori elettrici e, nel complesso, una semplice struttura di tutto il dispositivo.

Attraverso la valutazione dei motori elettrici si ha anche una possibilità di diagnosi del sistema, ad esempio nell'ambito di un diagnosi on-board.

Per quanto riguarda la disposizione del motore elettrico di azionamento e dell'unità di conversione associata ad esso si possono adottare le forme di esecuzione più diverse.

Una forma di esecuzione particolarmente vantaggiosa, inclusa una struttura compatta, prevede che il motore elettrico di azionamento sia disposto assialmente allo/agli elemento(i) frenante(i) e che l'unità di conversione associata ad esso comprenda un riduttore disposto assialmente mediante il quale lo/gli elemento(i) frenante(i) è/sono azionabile(i) tramite un dispositivo di regolazione che produce uno spostamento assiale di un pistone di avanzamento in profondità.

Grazie alla struttura coassiale di elementi frenanti, al motore elettrico di azionamento e ai riduttori si consente in particolare una struttura semplice e compatta che, inoltre, richiede soltanto pochi singoli elementi.

Il riduttore è, vantaggiosamente, un ingranaggio conduttore armonico (Harmonic-Drive-Getriebe).

Per quanto riguarda la disposizione di almeno un altro motore elettrico e la forma di realizzazione dell'unità di conversione associata ad esso è previsto, vantaggiosamente, che almeno un altro motore elettrico sia disposto in modo assialmente parallelo al motore elettrico di azionamento e che il dispositivo di conversione associato ad esso sia un rotismp che aziona il dispositivo di regolazione. Siccome almeno un altro motore elettrico è impegnato con il dispositivo di regolazione tramite il rotismo associato ad esso che, dall'altro lato, può essere azionato dal motore elettrico di azionamento, si consente, in modo particolarmente semplice, un funzionamento del dispositivo tramite due motori elettrici che producono entrambi un azionamento degli elementi frenanti.

In questo caso, il rotismo è, preferibilmente, un rotismo ad ingranaggi cilindrici avente una struttura estremamente compatta.

Altri particolari e vantaggi dell'invenzione sono oggetto della seguente descrizione nonché del disegno di un esempio di esecuzione.

Nella figura è rappresentato schematicamente un esempio di esecuzione di un dispositivo per l'azionamento di un freno di veicolo che fa uso dell 'invenzione.

Un esempio di esecuzione di un dispositivo per l’azionamento di un freno di veicolo (non rappresentato) , rappresentato nella figura, comprende una scatola costituita da due parti 15, 16 collegate fra loro. Ad una delle due parti 15 della scatola è flangiato un motore elettrico di azionamento 2 che aziona un riduttore 3, ad esempio un ingranaggio conduttore armonico oppure un rotismo differenziale dentato. In questo caso, una parte 3a del riduttore 3 è collegata saldamente con la parte 15 della scatola mentre un'altra parte 3b del riduttore 3 serve ad azionare un primo disco a rampa 6 (Rampenscheibe).

Il primo disco a rampa 6 assialmente fisso si sostiene assialmente e radialmente, per mezzo di un cuscinetto 5, contro la parte 15 della scatola. Per garantire una corsa poco rumorosa e e poco usurabile con un piccolo attrito e con un elevato rendimento, il cuscinetto 5 è provvisto di una superficie di scorrimento 4 opportunamente equipaggiata, disposta su una parte 15 della scatola. Tra il primo disco a rampa 6 e il secondo disco a rampa 8 sono disposti corpi scorrevoli 7 in direzione periferica. Questi corpi scorrevoli 7 si muovono sulle superfici di scorrimento a forma di rampa dei due dischi a rampa 6, 8.

Una gabbia non rappresentata provvede a posizionare i singoli corpi scorrevoli 7.

Una rotazione del primo disco a rampa 6 fissato assialmente produce un movimento assiale del secondo disco a rampa 8 non girevole. Per la guida assiale e radiale del secondo disco a rampa 8 non girevole è previsto un anello 14. Il movimento assiale del secondo disco a rampa 8 viene trasmesso tramite un cuscinetto 9 e un elemento di regolazione 10 sull'elemento frenante sotto forma di un pistone di avanzamento in profondità 1 che, a sua volta, in un intervento di frenatura, sposta pastiglie di freni (non rappresentate).

Tra la seconda parte 16 della scatola e l'elemento di regolazione 10 è disposto un elemento elastico 13 che favorisce il ritorno dell'elemento di regolazione 10 e quindi dello stantuffo di avanzamento in profondità e, di conseguenza, di tutto il freno in caso di movimento assiale inverso, prodotto da una rotazione del primo disco a rampa 6 in direzione opposta e che, allo stesso tempo, serve a fissare gli elementi strutturali descritti precedentemente.

I due dischi a rampa 6, 8, il supporto 5, l'elemento di regolazione 10, il pistone 10 formano, tutti insieme, un dispositivo di regolazione per lo spostamento assiale del pistone 10 e quindi delle pastiglie del freno azionabili in modo di per sè noto da esso (non rappresentato).

Il dispositivo di regolazione forma, in so connessione con il riduttore sotto forma di ingranaggio conduttore armonico, una unità di conversione del movimento rotatorio del motore elettrico di azionamento 2 in un movimento traslatorio del pistone di avanzamento 1 e quindi per un movimento delle pastiglie del freno (non rappresentate) verso un disco (non rappresentato) di detto freno.

Assoparallelamente al motore elettrico di azionamento 2, sulla semiscatola 15 è flangiato un altro motore elettrico 12, la cui coppia viene trasmessa sull'elemento di regolazione 10 tramite un rotismo ad ingranaggi cilindrici 11 disposto nelle semiscatole 15, 16.

Come rappresentato nella figura, una ruota dentata del rotismo a ingranaggi cilindrici 11 fa presa in una dentatura esterna dell'elemento di regolazione 10. In questo modo, l'elemento di regolazione 10 può essere messo in movimento rotatorio. Lo spostamento assiale del pistone di avanzamento 1 viene prodotto, in questo caso, da una filettatura 10a prevista sulla parte cilindrica dell'elemento di regolazione 10 in cui fa presa una filettatura interna del pistone di avanzamento 1 adattato a questa filettatura 10a. Un movimento rotatorio dell'elemento di regolazione 10 viene trasformato in un movimento traslatorio dello stantuffo di avanzamento non girevole. In questo modo, mediante azionamento dell'elemento di regolazione 10, si può spostare lo stantuffo di avanzamento non girevole 1 in direzione assiale. Siccome l'elemento di regolazione 10 scorre assialmente sul supporto 9 e viene condotto radialmente dal secondo disco a rampa 8, si assicura che la dentatura dell'elemento di regolazione 10 sia in presa, in qualsiasi posizione del secondo disco a rampa 8, con la dentatura di una ruota dentata del rotismo a ingranaggi cilindrici 11 collegata con l'albero dell'altro motore elettrico 12.

Il rotismo a ingranaggi cilindrici 11 è progettato in modo da presentare un elevato rendimento.

E' evidente che il motore elettrico di azionamento 2 e l'altro motore elettrico 12 possono essere azionati sia indipendentemente fra loro sia simultaneamente fra loro. Attraverso un simultaneo azionamento di entrambi i motori elettrici 2, 12 si ottiene una elevata dinamica in presenza di un avanzamento in profondità, cioè in presenza di un azionamento, dell'elemento di regolazione 10 e del pistone di invito 1.

Attraverso un azionamento dell'elemento di regolazione 10, indipendente dal funzionamento del motore elettrico di azionamento 2, e quindi del pistone di avanzamento 1 da parte del motore elettrico 12 si può ottenere, ad esempio, un funzionamento del freno di stazionamento. Inoltre, in questo modo si rende possibile una registrazione delle pastiglie del freno in caso di usura.

Inoltre, il pistone di invito 1 può essere riportato indietro in ogni momento, anche in caso di mancato funzionamento del motore elettrico di azionamento 2, tramite l'elemento di regolazione 10 per mezzo del motore elettrico 12 e del rotis tèmo a ingranaggi cilindrici 11.

In particolare, ciò è anche possibile perchè l'alimentazione di corrente per i due motori elettrici 2, 12 avviene tramite due circuiti elettrici (non rappresentati) indipendenti fra loro, in modo che, ad esempio, in caso di mancato funzionamento di uno dei circuiti, possa ·rimanere in atto un funzionamento di emergenza attraverso l'altro circuito.

Attraverso questa attivazione separata e alimentazione di corrente dei due motori elettrici 2, 12 si aumenta notevolmente la sicurezza di tutto il dispositivo di azionamento del freno.

In questo caso, questo dispositivo per l'azionamento di un freno, per effetto della sua forma di realizzazione costruttiva descritta sopra, è abbondantemente insensibile rispetto a forze traversali .

Attraverso l'azionamento elettrico, che ad esempio avviene tramite una unità di comando (non rappresentata) , è possibile, inoltre, una diagnosi, in particolare una diagnosi on board.

Inoltre, l'impiego dei due motori elettrici 2, 12 consente, oltre ad una forma strutturale compatta, anche un azionamento molto rapido ed affidabile nonché intermittente del freno in modo che un tale freno possa essere impiegato senza l'impiego di un fluido idraulico sotto pressione anche in sistemi antibloccaggio e in sistemi antislittamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per l'azionamento di un freno di veicolo con un' motore elettrico di azionamento attivabile (2) e un convertitore per trasformare il movimento rotatorio del motore elettrico di azionamento (2) in un movimento traslatorio di uno o più elementi frenanti in collegamento attivo con il convertitore, caratterizzato dal fatto che è previsto almeno un altro motore elettrico (12) attivabile separatamente dal motore elettrico di azionamento (2) con almeno un altro convertitore per la trasformazione della rotazione di almeno un altro motore elettrico (12) in un movimento traslatorio dello/degli elemento(i) frenante(i) indipendente dal movimento traslatorio prodotto dal motore di azionamento (2) e dal suo convertitore.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il motore di azionamento (2) e almeno un altro motore elettrico (12) presentano circuiti elettrici separati fra loro.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico di azionamento (2) e almeno l'altro motore elettrico (12) sono azionabili sia simultaneamente sia indipendentemente fra loro.
4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che, attraverso almeno un altro motore elettrico (2) e il suo convertitore, è/sono regolabile(i) lo/gli elemento(i) frenante (i).
5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che i convertitori sono parte di una scatola (15, 16) alla quale è fissato sia il motore elettrico di azionamento (2) sia l'altro/gli altri motere(i) elettrico(i) (12).
6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da l a 5, caratterizzato dal fatto che il motore di azionamento (2) è disposto assialmente allo/agli elemento(i) frenante(i) e l'unità di conversione associata ad esso è un riduttore (3) disposto in senso assiale mediante il quale sono azionabili lo/gli elemento (i) frenante(i) tramite un dispositivo di regolazione che produce un movimento assiale di un pistone di avanzamento in profondità (1).
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il riduttore (3) è un ingranaggio conduttore armonico (Harmonic-Drive-Getriebe).
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 oppure 7, caratterizzato dal fatto che almeno un altro motore elettrico (12) è disposto assoparallelamente al motore elettrico di azionamento (2) e il dispositivo di conversione associato ad esso comprende un rotismo che aziona il dispositivo di regolazione.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il rotismo è un rotismo ad ingranaggi cilindrici (11)