WO2011003873A1 - Elektromechanischer bremskraftverstärker und bremssystem - Google Patents

Elektromechanischer bremskraftverstärker und bremssystem Download PDF

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WO2011003873A1
WO2011003873A1 PCT/EP2010/059573 EP2010059573W WO2011003873A1 WO 2011003873 A1 WO2011003873 A1 WO 2011003873A1 EP 2010059573 W EP2010059573 W EP 2010059573W WO 2011003873 A1 WO2011003873 A1 WO 2011003873A1
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control surface
piston rod
brake booster
electromechanical brake
piston
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PCT/EP2010/059573
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Christoph Finder
Peter Del-Negro
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Magna Powertrain Ag & Co Kg
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    • 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
    • B60T13/745—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 acting on a hydraulic system, e.g. a master cylinder
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/40—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition comprising an additional fluid circuit including fluid pressurising means for modifying the pressure of the braking fluid, e.g. including wheel driven pumps for detecting a speed condition, or pumps which are controlled by means independent of the braking system
    • B60T8/4072—Systems in which a driver input signal is used as a control signal for the additional fluid circuit which is normally used for braking
    • B60T8/4077—Systems in which the booster is used as an auxiliary pressure source

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical brake booster for a vehicle brake system with an electric drive motor for generating a boosting force and a between the drive motor and a piston rod or a piston of a master cylinder effectively coupled mechanical Getriebeein- direction, by the drive movement of the drive motor in a on the piston rod or the translational movement acting on the piston can be translated. Furthermore, the invention is directed to a brake system with a brake pedal, a master cylinder and such an electromechanical brake booster.
  • electromechanical brake booster While vehicles with internal combustion engines usually include hydraulic, vacuum-based or electrohydraulic brake booster, electromechanical brake booster are installed in particular in vehicles without internal combustion engine, ie for example in electric vehicles or hybrid vehicles. As a result, the separate provision of a vacuum pump as an additional component for generating the vacuum required for a hydraulic brake system can be avoided.
  • electromechanical brake booster usually a transmission device between the electric drive motor and the driven piston or the piston rod of the master cylinder is required because, for example, to use fast-running small electric motors, a correspondingly high translation is required and often a variable ratio on the actuation of the piston or the piston rod of the master cylinder is desired.
  • the transmission device comprises a cam with a helically extending control surface.
  • a cam is a very simple and inexpensive and at the same time reliable realization of a variable ratio possible. Due to the helical profile, a rotational movement generated by the electric drive motor can be converted into a translational movement in a simple and reliable manner. It can be adjusted by the slope of the helical control surface, the desired ratio of the transmission device.
  • the control surface may have a variable pitch curve, so that the desired variable ratio is achieved.
  • the slope of the control surface is designed so that the transmission device has no self-locking effect.
  • the required in practice requirements for the self-locking freedom is achieved because not at pressed brake pedal is released automatically and the system is thus automatically returned to the initial position.
  • the slope of the control surface can also be designed so that a fading (release of the braking effect, in particular by heat) of the vehicle brake system can be at least partially compensated, so that the required torque of the drive motor is reduced.
  • a simple continuous change of the gear ratio may not be sufficient. This is the case, for example, when the master brake cylinder coupled to the electromechanical brake booster is designed as a tandem brake cylinder and one of the two brake circuits of the tandem brake cylinder fails. In this case, it is desirable that the control of the electro-mechanical brake booster from the normal two-circuit operation is adaptable to the erroneous single-circuit operation.
  • control surface may comprise at least two adjoining, in particular mutually stepped control surface sections.
  • Control surface sections can each be optimized for their respective application (eg single-circuit or dual-circuit operation).
  • the electromechanical brake booster is designed for use with a tandem brake cylinder having two brake circuits, wherein the first control surface section is designed for dual-circuit operation and the second control surface section is designed for single-circuit operation of the tandem brake cylinder.
  • two-circuit operation can thus for this Operation optimized first control surface section find its use, for example, the above-mentioned variable ratio (from high to low ratio translation) can be realized.
  • the two control surface portions of the step disc are therefore designed so that in case of failure of a brake circuit, the first control surface portion is completely overrun, so that only after advancing the floating Koi- bens or after advancing the main piston (ie after overcoming the offset) of the second control surface section upon actuation of the Brake is effective for braking.
  • the second control surface portion may in turn have a variable ratio, similar to the first control surface portion to realize different ratios at the beginning of pressing and at the end of pressing a brake pedal or in between. In normal operation, however, only the first control surface section is effective.
  • the two control surface sections can realize different transmission ratios in order to be able to achieve higher pressure values, for example in the event of a brake circuit failure, so that the failure of the brake circuit can be approximately compensated.
  • the piston rod or the piston of the master cylinder is designed as a push rod of the transmission device. In this way Reduction of the required number of components and thus a reduction of costs are possible.
  • a pressure piece is formed, which is in operative connection with the control surface of the curved path.
  • the pressure piece can comprise a friction-reducing section, in particular a rolling bearing or roller bearing.
  • control surface of the cam track and / or the pressure piece can also be cambered and / or tapered to reduce the friction between the control surface and the pressure piece of the push rod to be actuated.
  • the transmission device comprises in addition to the cam, a reduction gear, in particular in the form of a Planetengetrie- bes.
  • a reduction gear in particular in the form of a Planetengetrie- bes.
  • the piston or the piston rod is guided by means of bearings. In this way, a further reduction of internal friction can be achieved.
  • the pressure piece and / or the piston rod is guided by a towing or rocker arm, Wel- rather preferably supported on the housing of the brake booster.
  • the towing or rocker arm is made double, so that a first towing or rocking lever presses the pressure piece spring-loaded against the control surface of the cam track, a second towing or rocker arm leads the piston rod and the first and the second towing or rocking over an elastic element are connected together.
  • This ensures that the pressure piece does not lift off from the control surface of the curved path during rotations of the curved path. Acoustic impairments by a metallic placement of the pressure piece on the curved path are thereby avoided.
  • a possible contact point between the first and second towing or rocker arm can be additionally attenuated acoustically via a damping element.
  • the drive motor is arranged obliquely with respect to the piston rod at an arbitrary angle. In such an inclined position, the transverse forces in the input piston of the master cylinder are significantly reduced.
  • a second pressure piece is arranged on the piston rod, that in comparison to the first pressure piece is in operative connection with the opposite side of the helically extending control surface. This can be forced by the drive motor and a backward movement of the piston rod from the master cylinder.
  • a mechanical emergency coupling in particular in the form of a coupling rod, can be provided between the brake pedal and the master cylinder through which a mechanical coupling between the brake cylinder and the piston or the piston rod of the master cylinder is produced in case of failure of the electric drive motor.
  • the function of the brake is guaranteed even in case of failure of the electric drive motor via the mechanical emergency coupling.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of the invention.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a sixth embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a master cylinder 1, in which a piston rod 2 is slidably mounted.
  • a piston of the master cylinder or, in the case of training as a tandem brake cylinder the primary piston can be arranged and actuated via the piston rod 2.
  • a pressure piece 4 is arranged, which may be formed for example as a pressure roller and is rotatable about a bearing relative to the piston rod 2 about a rotation axis 5.
  • the pressure piece 4 rests with its peripheral surface on a cam 6, which comprises a helically extending control surface 7.
  • the cam 6 is rotatably mounted on a drive shaft 9 of an electric motor 10 and can be rotated about the drive motor 10 according to an arrow 16 and against the arrow 16 to the drive shaft 9.
  • a transmission gear 8 is additionally arranged between the drive motor 10 and the cam 6, which may be formed, for example, as a planetary gear.
  • the drive shaft 9 of the electric motor 10 is arranged parallel to the push rod 2.
  • the drive shaft 9 or the electric motor 10 can also be arranged at a predetermined angle to the push rod 2 or the master brake cylinder in order to reduce the transverse forces transmitted to the push rod 2 via the control surface 7.
  • a brake pedal 11 is shown in Fig. 1, which is mechanically decoupled from the piston rod 2.
  • a pedal travel or force sensor 12 For detecting the respective position of the brake pedal 11, a pedal travel or force sensor 12 is provided, the output signal is transmitted to a control device, not shown, and evaluated by this. Depending on the detected signal of the brake pedal 11 of the drive motor 10 is driven to rotate the cam 6 about its longitudinal axis and thus to move the piston rod 2 relative to the master cylinder 1. To produce a desired brake feel, a brake pedal simulator 13 may be present.
  • the position of the pressure tange 2 can be determined for example via a position sensor on the drive motor 10 or by measuring the pressure in the hydraulic system of the brake system. A direct measurement of the way from the master cylinder is possible.
  • the slope of the control surface 7 can be made variable, with a large pitch at the beginning and a small pitch at the end of the control surface 7. This ensures that when the brake device is actuated by the large initial pitch first high dynamic response is achieved while on End of the actuation process, a high torque can be transmitted.
  • the course of the slope over the control surface can be arbitrarily adapted to the respective requirements.
  • the slope of the control surface can also be linear depending on the requirements.
  • the design of the slope of the control surface can also take into account the possible occurrence of fading (slackening of the braking effect in particular by heat), so that fading of the vehicle brake system can be at least partially compensated.
  • the control surface 7 comprises two adjoining control surface sections 7 ', 7 ", which are designed such that in normal operation the cam 6 is rotated only so far that the pressure element 4 only opens the first control surface section T expires.
  • the second control surface section 7 "optimized for this case is thus available over its entire length and, according to its predetermined shape, can effect a corresponding force transmission via the pressure element 4 to the piston rod 2.
  • a mechanical emergency coupling in the form of a coupling rod 14 is articulated to the brake pedal 11, which is displaced upon actuation of the brake pedal 11 in the direction of the piston rod 2.
  • the free end of the coupling rod 14 runs on actuation of the brake pedal 11 on the piston rod 2 or a connected thereto element, such as a perpendicular or obliquely projecting from the piston rod 2 stop 15, and thus causes even without the drive motor 10 a Displacement of the piston rod 2.
  • the cam 6 and the drive motor 10 are not moved in this emergency operation.
  • the invention can also be used with a fixed mechanical coupling between the brake pedal 11 and the piston rod 2.
  • ESP functions can be realized with the electromechanical brake booster according to the invention. The size is significantly reduced compared to known hydraulic systems, since no vacuum booster and no vacuum pump is required. Furthermore, the dynamics of the braking process can be increased because it is no longer directly dependent on the operating speed of the brake pedal 11.
  • the pedal travel sensor 12 and the brake pedal simulator 13 are arranged between the brake pedal 11 and the coupling rod 14.
  • the pressure piece 4 and the piston rod 2 are guided via a toggle or rocker arm 18.
  • the control surface 7 transmits the force of the cam disk 6, which rotates about its longitudinal axis, to the piston rod 2 via the towing or tilting lever 18.
  • the drive motor 10 is arranged parallel to the axis but rotated 180 degrees relative to the embodiment of FIG.
  • the drive motor 10 can also be arranged at any other angle relative to the piston rod 2, as shown by way of example in FIG. 5. In such an inclined position, the lateral forces on the master cylinder are significantly reduced.
  • the power transmission between the drive shaft of the drive motor 10 and the cam 6 is preferably carried out by means of spur or worm gear.
  • a further pressure piece 19 is arranged on the piston rod 2 in addition to the pressure piece 4 at the free end 3 of the piston rod 2.
  • the pressure member 19 is compared to the pressure piece 4 on the opposite side of the helical control surface 7, so that by the drive motor 10 and a rearward movement of the piston rod 2 can be forced out of the master cylinder 1.

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Abstract

Es wird ein elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage beschrieben. Der elektromechanische Bremskraftverstärker umfasst einen elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft sowie eine zwischen dem Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelte mechanische Getriebeeinrichtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine auf die Kolbenstange oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Getriebeeinrichtung eine Kurvenscheibe mit einer wendeiförmig verlaufenden Steuerfläche. Weiterhin wird ein Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptbremszylinder und einem erfindungsgemäß ausgebildeten elektromechanischen Bremskraftverstärker beschrieben.

Description

Elektromechanischer Bremskraftverstärker und Bremssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage mit einem elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft und einer zwischen dem Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelten mechanischen Getriebeein- richtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine auf die Kolbenstange oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptbremszylinder und einem solchen elektromechanischen Bremskraftverstärker gerichtet.
Während Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen üblicherweise hydraulische, auf Unterdruck basierende oder elektrohydraulische Bremskraftverstärker umfassen, werden elektromechanische Bremskraftverstärker insbesondere in Fahrzeugen ohne Verbrennungskraftmaschine, d.h. beispielsweise in Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge eingebaut. Dadurch kann das separate Vorsehen einer Unterdruckpumpe als Zusatzbauteil zum Erzeugen des für ein Hydraulikbremssystem erforderlichen Unterdrucks vermieden werden. Bei elektromechanischen Bremskraftverstärkern ist meist eine Getriebeeinrichtung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und dem angetriebenen Kolben bzw. der Kolbenstange des Hauptbremszylinders erforderlich, da beispielsweise zur Verwendung schnell laufender kleiner Elektromotoren eine entsprechend hohe Übersetzung erforderlich ist und oftmals auch eine variable Übersetzung über den Betätigungsweg des Kolbens bzw. der Kolbenstange des Hauptbremszylinders erwünscht ist. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn zu Beginn der Betätigung des Kolbens bzw. der Kolbenstange ein hohes Übersetzungsverhältnis vorhanden ist, das eine hohe Antriebsdynamik ermöglicht, während im Bereich des En- des der Betätigung durch ein niedriges Übersetzungsverhältnis eine höhere Kraftübertragung möglich ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektromechanischen Bremskraftverstärker der eingangs genannten Art anzugeben, der eine solche variable Übersetzung auf einfache und zuverlässige Weise realisiert.
Ausgehend von einem elektromechanischen Bremskraftverstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Getriebeeinrichtung eine Kurvenscheibe mit einer wendel- förmig verlaufenden Steuerfläche umfasst. Mit einer Kurvenscheibe ist eine sehr einfache und kostengünstige und zugleich zuverlässige Realisierung einer variablen Übersetzung möglich. Durch den wendeiförmigen Verlauf kann eine von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugte Rotationsbewegung auf einfache und zuverlässige Weise in eine Translationsbe- wegung umgesetzt werden. Dabei kann durch die Steigung der wendeiförmigen Steuerfläche die gewünschte Übersetzung der Getriebeeinrichtung eingestellt werden. Insbesondere kann die Steuerfläche einen variablen Steigungsverlauf besitzen, so dass die gewünschte variable Übersetzung erreicht wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steigung der Steuerfläche so ausgelegt, dass die Getriebeeinrichtung keine selbsthemmende Wirkung besitzt. Damit werden die in der Praxis erforderlichen Anforderungen an die Selbsthemmungs-Freiheit erreicht, da bei nicht betätigtem Bremspedal die Bremse automatisch freigegeben wird und das System somit selbsttätig in die Ausgangslage zurück gestellt wird.
Die Steigung der Steuerfläche kann auch so ausgelegt werden, dass ein Fading (Nachlassen der Bremswirkung insbesondere durch Wärme) der Fahrzeugbremsanlage zumindest teilweise kompensiert werden kann, sodass das erforderliche Drehmoment des Antriebsmotors reduziert wird.
In besonderen Anwendungsfällen kann eine einfache kontinuierliche An- derung der Getriebeübersetzung nicht ausreichend sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker gekoppelte Hauptbremszylinder als Tandembremszylinder ausgebildet ist und einer der beiden Bremskreise des Tandembremszylinders ausfällt. In diesem Fall ist es wünschenswert, wenn die Steuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers vom normalen zweikreisigen Betrieb auf den fehlerhaften einkreisigen Betrieb anpassbar ist.
Dazu kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Steuerfläche zumindest zwei aneinander angrenzende, insbeson- dere gegeneinander abgestufte Steuerflächenabschnitte umfassen. Die
Steuerflächenabschnitte können dabei jeweils für ihre entsprechende Anwendung (z.B. einkreisiger oder zweikreisiger Betrieb) optimiert ausgebildet sein. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der elektro- mechanische Bremskraftverstärker zur Verwendung bei einem Tandembremszylinder mit zwei Bremskreisen ausgebildet, wobei der ersten Steuerflächenabschnitt zum zweikreisigen Betrieb und der zweite Steuerflächenabschnitt zum einkreisigen Betrieb des Tandembremszylinders aus- gelegt ist. Im normalen, zweikreisigen Betrieb kann somit der für diesen Betrieb optimierte erste Steuerflächenabschnitt seine Verwendung finden, wobei beispielsweise die eingangs genannte variable Übersetzung (von hoher Übersetzung zu niedriger Übersetzung) realisiert werden kann. Fällt einer der Bremskreise des Tandembremszylinders aus, so wird entweder ein schwimmender Kolben (Sekundärkolben) des Tandembremszylinders bis zum Gehäuseende durch das Bremsfluid mit dem Primärkolben mit geschoben oder der Primärkolben läuft auf den schwimmenden Kolben auf. Es tritt somit ein Offset in der Translationsbewegung der Bremskolben auf, der vor Eintritt der Bremswirkung des noch funktionierenden Bremskreises überwunden werden muss. Die beiden Steuerflächenabschnitte der Stufenscheibe sind daher so ausgebildet, dass bei Ausfall eines Bremskreises der erste Steuerflächenabschnitt vollständig überfahren wird, sodass erst nach Vorschieben des schwimmenden KoI- bens bzw. nach Vorschieben des Hauptkolbens (d.h. nach Überwinden des Offsets) der zweite Steuerflächenabschnitt beim Betätigen der Bremse für die Bremsung wirksam ist. Der zweite Steuerflächenabschnitt kann dabei wiederum eine variable Übersetzung, ähnlich dem ersten Steuerflächenabschnitt besitzen, um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse beim Beginn des Betätigens und beim Ende des Betätigens eines Bremspedals oder auch dazwischen zu realisieren. Im Normalbetrieb ist hingegen nur der erste Steuerflächenabschnitt wirksam.
Vorteilhaft können die beiden Steuerflächenabschnitte unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisieren, um beispielsweise bei Ausfall eines Bremskreises höhere Druckwerte erzielen zu können, sodass der Ausfall des Bremskreises annähernd kompensiert werden kann.
Bevorzugt ist die Kolbenstange oder der Kolben des Hauptbremszylinders als Schubstange der Getriebeeinrichtung ausgebildet. Auf diese Weise sind eine Verringerung der erforderlichen Bauteilanzahl und damit eine Verringerung der Kosten möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere an einem Ende der Kolbenstange ein Druckstück ausgebildet, das in Wirkverbindung mit der Steuerfläche der Kurvenbahn steht. Insbesondere kann das Druckstück dabei einen reibungsmindernden Abschnitt, insbesondere ein Wälzlager oder Rollenlager umfassen. Dadurch wird eine verminderte Reibung zwischen der Steuerfläche und der zu betätigenden Schubstange erreicht. Grundsätzlich kann die Druckstange jedoch auch direkt an der Steuerfläche anliegen.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerfläche der Kurvenbahn und / oder das Druckstück auch bombiert und / oder kegelförmig ausgeführt sein um die Reibung zwischen der Steuerfläche und dem Druckstück der zu betätigenden Schubstange zu vermindern.
Bevorzugt umfasst die Getriebeeinrichtung zusätzlich zu der Kurvenscheibe ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere in Form eines Planetengetrie- bes. Durch eine solche zusätzliche Übersetzungsstufe kann ein schnell laufender, kostengünstiger, verkleinerter Elektromotor verwendet werden.
Bevorzugt ist zum Ausgleich von Querkräften im Eingangskolben des Hauptbremszylinders, die beim Betätigen des Kolbens oder der Kolben - stange durch die Kurvenscheibe auftreten können, der Kolben oder die Kolbenstange mittels Lager geführt. Auf diese Weise kann eine weitere Reduktion der inneren Reibung erreicht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Druckstück und / oder die Kolbenstange durch einen Schlepp- oder Kipphebel geführt, wel- eher sich bevorzugt am Gehäuse des Bremskraftverstärkers abstützt. Dadurch wird eine Reduzierung von Querkräften im Eingangskolben des Hauptbremszylinders und eine optimale Führung des Druckstücks bzw. der Kolbenstange erzielt.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist der Schlepp- oder Kipphebel doppelt ausgeführt, sodass ein erster Schlepp- oder Kipphebel das Druckstück federbelastet gegen die Steuerfläche der Kurvenbahn drückt, ein zweiter Schlepp- oder Kipphebel die Kolbenstange führt und der erste und der zweite Schlepp- oder Kipphebel über ein elastisches Element miteinander verbunden sind. Dadurch wird erreicht, dass das Druckstück bei Verdrehungen der Kurvenbahn nicht von der Steuerfläche der Kurvenbahn abhebt. Akustische Beeinträchtigungen durch ein metallisches Aufsetzen des Druckstückes auf die Kurvenbahn werden dadurch vermieden. Eine eventuelle Kontaktstelle zwischen erstem und zweitem Schlepp- oder Kipphebel kann zusätzlich über ein Dämpfungselement akustisch gedämpft werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsmotor gegen- über der Kolbenstange in einem beliebigen Winkel schräg angeordnet. In einer derartigen Schrägstellung werden die Querkräfte im Eingangskolben des Hauptbremszylinders deutlich reduziert.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich zum ersten Druck- stück ein zweites Druckstück an der Kolbenstange angeordnet, dass im Vergleich zum ersten Druckstück mit der gegenüberliegenden Seite der wendeiförmig verlaufenden Steuerfläche in Wirkverbindung steht. Dadurch kann vom Antriebsmotor auch eine Rückwärtsbewegung der Kolbenstange aus dem Hauptbremszylinder forciert werden. Bei einem erfindungsgemäßen Bremssystem kann zwischen dem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder eine mechanische Notfallkopplung, insbesondere in Form einer Koppelstange, vorgesehen sein, durch die bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors eine mechanische Kopplung zwi- sehen dem Bremszylinder und dem Kolben oder der Kolbenstange des Hauptbremszylinders hergestellt wird. Somit ist auch bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors über die mechanische Notfallkopplung die Funktion der Bremse gewährleistet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 zeigt einen Hauptbremszylinder 1 , in dem eine Kolbenstange 2 verschiebbar gelagert ist. Dabei können an dem innerhalb des Hauptbremszylinders 1 angeordneten Ende der Kolbenstange 2 ein Kolben des Hauptbremszylinders oder, im Falle der Ausbildung als Tandembremszylinder, dessen Primärkolben angeordnet und über die Kolbenstange 2 betätigbar sein.
An dem freien Ende 3 der Kolbenstange 2 ist ein Druckstück 4 angeordnet, das beispielsweise als Druckrolle ausgebildet sein kann und über ein Lager gegenüber der Kolbenstange 2 um eine Drehachse 5 verdrehbar ist.
Das Druckstück 4 liegt mit seiner Umfangsfläche an einer Kurvenscheibe 6 an, die eine wendeiförmig verlaufende Steuerfläche 7 umfasst. Die Kurvenscheibe 6 ist auf einer Antriebswelle 9 eines Elektromotors 10 drehfest befestigt und kann über den Antriebsmotor 10 entsprechend einem Pfeil 16 und entgegen dem Pfeil 16 um die Antriebswelle 9 verdreht werden. Dabei ist zusätzlich zwischen dem Antriebsmotor 10 und dem Nocken 6 ein Übersetzungsgetriebe 8 angeordnet, das beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein kann.
Aufgrund der Steigung der Steuerfläche 7 wird bei einem Verdrehen der Kurvenscheibe in Richtung des Pfeils 16 das an der Steuerfläche 7 anliegende Druckstück 4 und mit diesem die Druckstange 2 in Richtung des Hauptbremszylinders 1 verschoben. Die Antriebswelle 9 des Elektromotors 10 ist parallel zu der Druckstange 2 angeordnet. Prinzipiell kann die Antriebswelle 9 bzw. der Elektromotor 10 auch in einem vorgegebenen Winkel zur Druckstange 2 bzw. dem Hauptbremszylinder angeordnet sein, um die über die Steuerfläche 7 auf die Druckstange 2 übertragenen Querkräf- te zu reduzieren. Weiterhin ist in Fig. 1 ein Bremspedal 11 dargestellt, das mechanisch von der Kolbenstange 2 entkoppelt ist. Zur Erfassung der jeweiligen Stellung des Bremspedals 11 ist ein Pedalweg- oder Kraftsensor 12 vorgesehen, dessen Ausgangssignal an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung übertragen und von dieser ausgewertet wird. Je nach erfasstem Signal des Bremspedals 11 wird der Antriebsmotor 10 angesteuert, um die Kurvenscheibe 6 um ihre Längsachse zu verdrehen und damit die Kolbenstange 2 gegenüber dem Hauptbremszylinder 1 zu verschieben. Zum Erzeugen eines gewünschten Bremsgefühls kann dabei ein Bremspedalsimulator 13 vorhanden sein. Die Position der Drucks tange 2 kann beispielsweise über einen Lagegeber am Antriebsmotor 10 oder durch Messung des Drucks in der Hydraulik des Bremssystems ermittelt werden. Auch eine direkte Messung des Weges vom Hauptbremszylinder ist möglich.
Die Steigung der Steuerfläche 7 kann variabel ausgebildet sein , mit einer großen Steigung am Anfang und einer kleinen Steigung am Ende der Steuerfläche 7. Dadurch wird erreicht, dass beim Betätigen der Bremsvorrichtung durch die große Anfangssteigung zunächst eine hohe Ansprech- dynamik erreicht wird, während am Ende des Betätigungsvorgangs ein hohes Drehmoment übertragen werden kann. Grundsätzlich kann der Verlauf der Steigung über die Steuerfläche beliebig den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Die Steigung der Steuerfläche kann je nach Anforderungen natürlich auch linear verlaufen.
Die Auslegung der Steigung der Steuerfläche kann auch unter Berücksichtigung des möglichen Auftretens von Fading (Nachlassen der Bremswirkung insbesondere durch Wärme) erfolgen, so dass ein Fading der Fahrzeugbremsanlage zumindest teilweise kompensiert werden kann. Ist der Hauptbremszylinder 1 als Tandembremszylinder ausgebildet, ist es vorteilhaft, wenn die Steuerfläche 7 zwei aneinander grenzende Steuerflächenabschnitte 7', 7" umfasst, die so ausgelegt sind, dass im Normalbetrieb die Kurvenscheibe 6 nur so weit verdreht wird, dass das Druckstück 4 nur auf dem ersten Steuerflächenabschnitt T abläuft.
Bei Ausfall eines Bremskreises des Tandembremszylinders 1 wird die Kurvenscheibe 6 soweit gemäß dem Pfeil 16 verdreht, bis das Druckstück 4 am Beginn des zweiten Steuerflächenabschnitts 7" zu liegen kommt. In dieser Stellung ist entweder ein innerhalb des Hauptbremszylinders 1 angeordneter schwimmender Kolben durch den Primärkolben bis zum Gehäuseende vorwärts geschoben oder der Primärkolben ist auf den schwimmenden Kolben aufgelaufen, so dass der noch intakte Bremskreis des Hauptbremszylinders 1 am Beginn seiner Betätigung steht.
Beim Ausfall eines Bremskreises steht somit der für diesen Fall optimierte zweite Steuerflächenabschnitt 7" über seine vollständige Länge zur Verfügung und kann gemäß seiner vorgegebenen Form eine entsprechende Kraftübertragung über das Druckstück 4 auf die Kolbenstange 2 bewir- ken.
Für den Fall eines Ausfalls des Elektromotors 10 ist an dem Bremspedal 11 eine mechanische Notfallkopplung in Form einer Koppelstange 14 angelenkt, die bei einem Betätigen des Bremspedals 11 in Richtung auf die Kolbenstange 2 verschoben wird. In einem solchen Fehlerfall läuft das freie Ende der Koppelstange 14 beim Betätigen des Bremspedals 11 auf die Kolbenstange 2 oder ein mit dieser verbundenes Element, beispielsweise einen senkrecht oder schräg von der Kolbenstange 2 abstehenden Anschlag 15, auf und bewirkt somit auch ohne den Antriebsmotor 10 eine Verschiebung der Kolbenstange 2. Somit kann im Fehlerfall durch diese mechanische Kopplung eine mechanische Bremsfunktion gewährleistet werden. Die Kurvenscheibe 6 und der Antriebsmotor 10 werden bei dieser Notfallbetätigung nicht mitbewegt. Durch die im Normalbetrieb vorhandene Unterbrechung zwischen der Kolbenstange 2 und dem Bremspedal 11 kann im Falle eines Rekuperie- rens eine unerwünschte Rückwirkung auf das Bremspedal 11 vermieden werden. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch auch bei einer festen mechanischen Kopplung zwischen dem Bremspedal 11 und der Kolbenstange 2 einsetzbar. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen elektrome- chanischen Bremsverstärker ESP- Funktionen realisiert werden. Die Baugröße ist gegenüber bekannten Hydrauliksystemen deutlich reduziert, da kein Unterdruckverstärker und keine Unterdruckpumpe erforderlich ist. Weiterhin kann die Dynamik des Bremsvorgangs gesteigert werden, da diese nicht mehr direkt von der Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedals 11 abhängig ist.
In der in Fig. 2 dargestellten abgewandelten Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, sind der Pedalweg- sensor 12 sowie der Bremspedalsimulator 13 zwischen dem Bremspedal 11 und der Koppelstange 14 angeordnet.
In der in Fig. 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, ist das Druckstück 4 und die Kolbenstange 2 über einen Schlepp- oder Kipphebel 18 geführt. Die Steuerfläche 7 überträgt die Kraft der sich um ihre Längsachse verdrehenden Kurvenscheibe 6 also über den Schlepp- oder Kipphebel 18 auf die Kolbenstange 2. In der in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, ist der Antriebsmotor 10 achsparallel aber gegenüber der Ausführung von Fig.1 um 180 Grad gedreht angeordnet. Der Antriebsmotor 10 kann auch in einem be- liebigen anderen Winkel gegenüber der Kolbenstange 2 angeordnet sein, wie dies beispielhaft in Fig. 5 dargestellt ist. In einer derartigen Schrägstellung werden die Querkräfte auf den Hauptbremszylinder deutlich reduziert. Die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle des Antriebsmotors 10 und der Kurvenscheibe 6 erfolgt vorzugsweise mittels Stirnrad - oder Schneckengetriebe.
In der in Fig. 6 dargestellten abgewandelten Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, ist zusätzlich zum Druckstück 4 an dem freien Ende 3 der Kolbenstange 2 ein weiteres Druckstück 19 an der Kolbenstange 2 angeordnet. Das Druckstück 19 befindet sich im Vergleich zum Druckstück 4 an der gegenüberliegenden Seite der wendeiförmig verlaufenden Steuerfläche 7, sodass durch den Antriebsmotor 10 auch eine Rückwärtsbewegung der Kolbenstange 2 aus dem Hauptbremszylinder 1 forciert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Fahrzeugbremsanlage mit einem elektrischen Antriebsmotor (10) zur Erzeugung einer Verstärkungskraft und einer zwischen dem Antriebsmotor (10) und einer Kolbenstange (2) oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders (1) wirksam eingekoppelten mechanischen Getriebe- einrichtung, durch die eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors
(10) in eine auf die Kolbenstange (2) oder den Kolben wirkende Translationsbewegung übersetzbar ist,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Getriebeeinrichtung eine Kurvenscheibe (6) mit einer wen- delförmig verlaufenden Steuerfläche (7) umfasst.
2. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steigung der Steuerfläche (7) so ausgelegt ist, dass die Ge- triebeeinrichtung keine selbsthemmende Wirkung besitzt.
3. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steigung der Steuerfläche (7) zur zumindest teilweisen
Kompensation eines Fading der Fahrzeugbremsanlage ausgelegt ist.
4. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerfläche (7) zumindest zwei aneinander angrenzende, insbesondere gegeneinander abgestufte Steuerflächenabschnitte (7\ 7") umfasst.
5. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der elektromechanische Bremskraftverstärker zur Verwendung bei einem Tandembremszylinder (1) mit zwei Bremskreisen ausgebildet ist, wobei der erste Steuerflächenabschnitt (7') zum zweikrei- sigen Betrieb und der zweite Steuerflächenabschnitt (7") zum einkreisigen Betrieb des Tandembremszylinders (1) ausgelegt ist.
6. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die beiden Steuerflächenabschnitte (7', 7") unterschiedliche Übersetzungsverläufe realisieren, insbesondere dass der zweite Steuerflächenabschnitt (7") eine kleinere Steigung aufweist als der erste Steuerflächenabschnitt (7').
7. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Kolbenstange (2) oder der Kolben des Hauptbremszylinders (1) als Schubstange der Getriebeeinrichtung ausgebildet ist.
8. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass insbesondere an einem Ende der Kolbenstange (2) ein Druck- stück (4) ausgebildet ist, das in Wirkverbindung mit der Steuerfläche (7) der Kurvenbahn (6) steht.
9. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Druckstück (4) einen reibungsmindernden Abschnitt, insbesondere ein Wälzlager umfasst.
10. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Kontakt zwischen Druckstück (4) und Steuerfläche (7) der Kurvenbahn (6) derart ausgebildet ist, dass die Reibung zwischen Druckstück (4) und Steuerfläche (7) reduziert wird.
11. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuerfläche (7) der Kurvenbahn (6) und / oder das Druck- stück (4) zur Optimierung des Kontaktes zwischen Druckstück (4) und Steuerfläche (7) bombiert und / oder kegelförmig ausgeführt ist.
12. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zum Ausgleich von Querkräften, die beim Betätigen des Kolbens oder der Kolbenstange (2) durch die Kurvenscheibe (6) auftreten können, der Kolben oder die Kolbenstange (2) mittels Lager ge- führt ist.
13. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zum Ausgleich von Querkräften, die beim Betätigen des Kolbens oder der Kolbenstange (2) durch die Kurvenscheibe (6) auftreten können, das Druckstück (4) und / oder die Kolbenstange (2) durch einen Schlepp- oder Kipphebel (18) geführt wird.
14. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 13,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Schlepp- oder Kipphebel (18) doppelt ausgeführt ist, sodass ein erster Schlepp- oder Kipphebel das Druckstück (4) federbelastet gegen die Steuerfläche (7) der Kurvenbahn (6) drückt, ein zweiter Schlepp- oder Kipphebel die Kolbenstange (2) führt und der erste und der zweite Schlepp- oder Kipphebel über ein elastisches Element miteinander verbunden sind.
15. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zusätzlich zum ersten Druckstück (4) ein zweites Druckstück (19) an der Kolbenstange (2) angeordnet ist, dass im Vergleich zum ersten Druckstück (4) mit der gegenüberliegenden Seite der wendel- förmig verlaufenden Steuerfläche (7) in Wirkverbindung steht, sodass durch den Antriebsmotor (10) auch eine Rückwärtsbewegung der Kolbenstange (2) aus dem Hauptbremszylinder (1) forciert werden kann.
16. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Getriebeeinrichtung zusätzlich zu der Kurvenscheibe (6) ein Untersetzungsgetriebe (8), insbesondere in Form eines Planetengetriebes, umfasst.
17. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Antriebsmotor (10) gegenüber der Kolbenstange (2) in einem beliebigen Winkel schräg angeordnet ist.
18. Bremssystem mit einem Bremspedal (11), einem Hauptbremszylin- der (1) und einem elektromechanischen Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
19. Bremssystem nach Anspruch 18,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zwischen dem Bremspedal (11) und dem Hauptbremszylinder
(1) eine mechanische Notfallkopplung, insbesondere in Form einer Koppelstange (14), vorgesehen ist, durch die bei Ausfall des elektrischen Antriebsmotors (10) eine mechanische Kopplung zwischen dem Bremspedal (11) und dem Kolben oder der Kolbenstange (2) des Hauptbremszylinders (1) hergestellt wird.
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