WO2020099329A1 - Fahrzeugkomponente - Google Patents

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WO2020099329A1
WO2020099329A1 PCT/EP2019/080884 EP2019080884W WO2020099329A1 WO 2020099329 A1 WO2020099329 A1 WO 2020099329A1 EP 2019080884 W EP2019080884 W EP 2019080884W WO 2020099329 A1 WO2020099329 A1 WO 2020099329A1
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vehicle
brake
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vehicle component
motor
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PCT/EP2019/080884
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Inventor
Michael Putz
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Marcel Alper Gmbh
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/24—Electric or magnetic using motors

Definitions

  • the invention relates to a vehicle component, in particular wheel suspension, comprising a brake lining and a friction lining arranged movably to the brake lining, which is arranged in particular on a wheel hub, and a brake with which kinetic energy can be converted into thermal energy in order to move the friction lining relative to the brake lining to break.
  • the object of the invention is to provide a vehicle component of the type mentioned at the outset with which a driven or
  • Brakeable vehicle can be produced with little effort.
  • a vehicle component of the type mentioned at the outset in which the brake is designed as an electromechanical brake and has a motor which acts on the brake lining, so that the brake lining can be pressed onto the friction lining, a control unit acting on the motor being provided and the Motor with an actuation signal from the
  • Input signal enters the control unit, can be actuated.
  • electrohydraulic in which the hydraulic pressure is built up by a pump.
  • air brakes in a commercial vehicle sector. Such brakes are also used for larger commercial vehicle trailers.
  • overrun brakes which carry out a braking pressure from, for example, linkage, cables or the like from a run-up force in a towing device.
  • electromagnetic drum brakes in which in a towing vehicle with a so-called “controller” there is a current for the
  • Electromagnet is set, which is usually changed with a pulse width modulation in the mean value in the "controller".
  • Vehicle stability functions such as functions of an electronic stability program, ESP for short, can take over.
  • the magnet does not actuate the drum brake directly, but is drawn to a flat side of a brake drum by electromagnetic force and is carried along by the rotating drum in order to actuate the brake by driving force.
  • Electromagnets of the size possible in brakes have a relatively low force and a relatively low flub, so that they can usually not be used directly for contact pressure or a translation into higher force is required. For such a translation, however, the small possible stroke is again unfavorable
  • Electromechanical brakes are very different from all of the above brakes, which is discussed in the representation below.
  • a control device can also control two brakes of an axle, a single-track vehicle or a device such as, in particular, an elevator car, the algorithms for individual control also being used in a control device
  • Control for each brake are usually available independently.
  • a corresponding vehicle component no longer has to be connected to one
  • Vehicle component can be manufactured independently of a vehicle on which it is to be used and can be connected to a wide variety of vehicles.
  • a correspondingly high level of identical parts can therefore reduce the effort involved in producing the vehicle component, so that vehicles equipped with a corresponding vehicle component can be produced with less effort and thus reduced costs.
  • the vehicle component is usually manufactured prefabricated and coupled to a vehicle as a module. In addition to a mechanical connection to a
  • the vehicle For actuation of the vehicle component, the vehicle is therefore only required to establish a signal connection between the vehicle component and a device of the vehicle with which an input signal for the brakes can be generated.
  • the vehicle can be set up, for example
  • the control unit then converts the input signal into the
  • Control unit transmitted desired delay calculates an actuation signal which is required to achieve the desired by means of the motor
  • the calculated actuation signal is then transmitted to the motor.
  • the actuation signal can, for example, only contain information for the engine, from which an engine speed and / or an engine torque result directly.
  • the actuation signal can also be a supply voltage for the motor, depending on the motor type
  • a delay signal is sent to a control device for the electromechanical brakes of a mechanical assembly.
  • This can, for example, transmit a desired delay in m / s 2 .
  • There can also be a desired delay from none to a maximum
  • a digital signal such as e.g. B. CAN bus or Flexray, also over several bus systems or an analog signal or z. B. a pulse width modulated signal.
  • This signal can of course be given any name and value range. Physically, the “delay request” is the best form for this signal, but it is also possible to use related values and also unsharp statements such as “brake more”. It is also clear that the control according to the invention is both programmable and always
  • C Matlab-Simulink and the like can be created, but also with fuzzy formulations such as fuzzy logic or with trained systems such as "machine learning” or neural networks or stored values such as maps.
  • the vehicle component is an independent wheel suspension or a rigid axle.
  • the vehicle component can then be used, for example, for cars, commercial vehicles, trailers, single-track vehicles, railways, cargo bicycles, transport devices such as forklifts or other devices to be braked, in particular for elevator cars, around the cabin with the door open
  • a cabin weight detection can also be provided on this component because here, when the cabin is braked, the change in weight or the weight can be measured by holding the cabin by holding the cabin.
  • the vehicle component is a rigid axle.
  • the wheels are connected to each other via a rigid axle beam.
  • the motors that actuate the electromechanical brakes are then usually also connected to the axle body, for example in the form of a
  • the vehicle component is designed as a rigid axle, it is preferably provided that two wheels and two brakes assigned to the wheels
  • the rigid axle can thus be constructed as a prefabricated component with fully assembled wheels and / or brakes, it being possible to control the brakes of the rigid axle centrally via a single control device. A particularly simple construction is thereby achieved.
  • a correspondingly prefabricated vehicle component can then be manufactured in large numbers, sold separately and coupled to different vehicles.
  • a corresponding vehicle component can be pre-wired and pre-tested and in
  • the cabling can already be designed for security, in particular be protected against tearing down.
  • the cabling can be at least partially arranged in pipes or under covers and can also be shielded by these against electromagnetic influences or, if necessary, be carried out with a shielded cable in order to meet the necessary criteria relating to electromagnetic compatibility, or EMC for short.
  • Vehicle drive motor has, this vehicle drive motor, which is often designed as an electric motor, usually drives the wheel via a gear. Then, according to the invention, the brake disc can be mounted on a transmission output with a higher than the wheel speed in order to achieve a higher, at least the required, braking torque on the disc with a lower required braking torque. This does not result in less heat output on the brake disc, but the contact pressure and the braking torque can be smaller and the control unit can convert the braking torque to that which acts on the wheel.
  • the brake can either be operated by a motor, i.e. in one
  • Electromechanical brakes can also replace earlier overrun brakes if, for example, ABS, ESP sway-control and the like are also to be implemented later on a trailer, which is only possible with intervention in the linkage with a rod-operated overrun brake.
  • Hydraulics or pneumatics would only be possible with additional pumps, valve blocks, compressors, pressure boilers, drives and power supplies.
  • the invention can offer a simple and inexpensive solution with the electromechanical brake.
  • the motor is connected to the brake pad via a gear.
  • a gear As a result, even with a small and lightweight motor, a large contact pressure can be achieved, which acts between the brake lining and the friction lining in order to convert kinetic energy into thermal energy via friction and thus brake the wheel.
  • the engine In order to achieve a particularly low weight of the vehicle component or to be able to use a particularly light-weight engine, it is favorable if the engine is connected to the brake lining via a transmission, the transmission having a variable transmission ratio via an actuation stroke.
  • the gear ratio of the gearbox can then be adapted to an expected counter torque depending on the actuation stroke, so that the motor over the entire
  • Actuation stroke can be operated in a range of optimal efficiency or in a maximum performance range.
  • the transmission has a ball ramp.
  • a ball is arranged in the ball ramp and a ratio depending on the actuation stroke can be structurally defined in a simple manner by means of an inclination of the ball ramp that is dependent on an actuation stroke.
  • the transmission usually has two disks, a ball ramp being arranged in at least one disk and a ball being positioned in the ball ramp, through which ball the
  • Disks are connected so that a distance between the disks can be changed via a movement of the disk having the ball ramp, in particular a rotary movement.
  • One of the disks is then connected, for example, to the brake lining, while the other disk, which has the ball ramp, can be connected to the motor.
  • the transmission has a rising curve such as a cam or an eccentric, in order to constructively implement the ratio which is not constant over the actuation stroke.
  • any of the so-called “simple mechanical machines” can be used to generate the high contact pressure. It is favorable if the highest possible translation ensures smaller forces to be applied, preferably on one side, which also creates a contact pressure.
  • This can be, for example, a lever action with a short lever end, an eccentricity, a cam action, a wedge action or also a wedge action along round rolling tracks. Rolling movements on rolling elements are preferred because they cause less unwanted friction.
  • the gear ratio in the electromechanical brake will preferably be non-linear, which means that different gear ratios act at different points of actuation. If the electromechanical brake is to adjust the contact pressure by the motor being to draw a certain current, it is advantageous if the current increases with the actuating force. This must be taken into account when designing the non-linear translation. In this case, attempts will also be made to achieve a rapid movement in the air gap due to the nonlinearity that is still present and to want the engine load to be somewhat higher in the event of weak braking.
  • control unit It is preferably provided that one connected to the control unit
  • Acceleration sensor is provided, the control unit for outputting an actuation signal to the engine depending on one with the
  • Acceleration sensor measured acceleration and the predetermined deceleration is formed. This ensures that the desired predetermined delay is achieved.
  • Friction braking occurs when braking is detected due to the brake light.
  • the brake signal, acceleration sensor and brake light can be combined as desired. If, for example, no brake signal is detected with a greater deceleration and brake light, an error can be concluded and friction braking is carried out. Similar to an acceleration sensor, decreasing wheel speed can also be used to infer braking and the above actions as above
  • breakaway detection this can be carried out as before with a connection between the towing vehicle and the trailer and a signal in the
  • the brake control unit can operate automatically without such an additional one
  • Detection device detect a tearing off of the trailer by the
  • Circuits to the towing vehicle are monitored.
  • a lighting circuit can be tested to determine whether a supply voltage is present, for example by detecting whether the light is on, or the resistance of the lamps on the towing vehicle can be measured from the trailer, for example, a low-impedance resistance of typically less than 100 Ohm against vehicle mass can be measured from the brake control unit.
  • all other electrical properties of all cables to the towing vehicle with all measurable properties can also be tested, in particular whether the ground connection via the connector also via the mechanical one
  • Error messages issued by the brake control unit can be transmitted to the towing vehicle, in particular by means of a lamp visible in the rear-view mirror, by signals on the circuits leading to the trailer, by actuating the hazard warning lights, via WIFI or acoustically.
  • Wheel speed and / or wear is provided, the control unit for
  • one or more variables measured with the at least one sensor is designed to form the actuation signal for the motor depending on the predetermined deceleration and the at least one measured variable. This ensures a particularly effective regulation and achievement of
  • the motor is designed as a brushless DC motor.
  • the control unit is usually used to output a
  • Voltage signal formed as an actuation signal with which voltage signal the brushless DC motor can be actuated directly.
  • currents of a three-phase signal are output, which can also be pulse width modulated. While at
  • the circuit of the electromagnet is simply connected to the electromagnetic brake, in the present method a control device is usually provided, at the input of which a
  • Control signal is applied, which control signal in the control unit is converted into the currents of the motor.
  • the control signal can be generated in the control unit due to external influences.
  • These motors so-called brushless DC motors, also return a position signal to the control unit and use a measurement of the motor currents and, if necessary, of
  • the circuit which otherwise goes to the electromagnets of brakes can also be used as a control signal.
  • This current for electromagnets could be direct current of different magnitudes, but today it is mostly represented by switching pulses in its medium size over time. Although these pulses are suitable for supplying magnets, they are not defined as a control signal, especially since the switching frequency, the on-off duration ratio, the pulse width and the voltages are not standardized or specified. In practice, instead of on-off pulses, some voltage profiles are observed in practice. Magnets would work with such
  • Signals simply use a medium current. Since these signals are not fixed, they are preferably applied to the control unit at both analog inputs and pulse widths or frequency-detecting inputs.
  • the analog voltage is sampled very often and an average value is formed from it, similar to what would be the case with the magnet.
  • the sampling frequency and the signal frequency can, according to the invention, be scanned very often or irregularly,
  • control signal which otherwise goes to electromagnets, can also be used in the control unit in accordance with a preferred embodiment as error feedback in the vehicle. So the control signal on the towing vehicle from one
  • Control unit which is also called brake controller, come from which
  • Interruptions in the magnetic circuit are recognized and displayed as a warning. This can preferably be used to prevent undesirable behavior in the
  • electromechanical brakes or the control unit for this to cause an intentional interruption to trigger an error display in the towing vehicle.
  • This deliberate interruption can also be removed again if a real brake control signal is sent to the electromechanical brake control unit.
  • control device can be positioned at any location, for example also separately from the engine, so that the control device is connected to a
  • Vehicle frame or the like is connected when the vehicle component is connected to the vehicle.
  • the control device is arranged on a component rigidly connected to the engine.
  • a component rigidly connected to the engine for example an axle body
  • an electrical or signal connection of the control unit to the vehicle are required in order to connect the vehicle component to the vehicle.
  • control device is connected to the component rigidly connected to the engine via an elastic and damping connecting means, the control device preferably being cast in a casting compound, in particular synthetic resin.
  • control device has a device for wireless communication, in particular a Bluetooth module, a wireless device. IFI module, a radio network, a radio data transmission or the like, so that data of the control unit can be wirelessly exchanged with a stationary EDP system, a mobile phone or the like. Provision can also be made for data to be transmitted via light, sound or via an electrical line to which the signals are transmitted
  • Control unit or data from sensors connected to the control unit can be exchanged with vehicle electronics, for example, by a
  • the driver can also view brake data such as wear or temperatures.
  • brake data such as wear or temperatures.
  • This data can of course also be collected or queried centrally via bus systems or
  • Parameterization or programming can be done centrally. Also,
  • Electrical energy storage in particular a battery, which can be charged when the vehicle component is arranged on a vehicle with a central voltage supply, and with which the brake can also be actuated when the vehicle component is arranged on a vehicle with a central voltage supply and the central
  • control unit and the motor can thus be supplied via a central power supply if the
  • Vehicle component is connected to a corresponding vehicle, so also Can be supplied with energy via the battery, for example in order to be able to carry out emergency braking if the vehicle's power supply fails.
  • a relatively small solar cell with non-critical locations can easily and inexpensively deliver that small amount of electricity that helps to maintain a battery charge a basically functional battery.
  • Emergency braking can also be initiated by the brake control unit if the connection to the towing vehicle is found to be broken.
  • Wheel speed is recognized, for example by outputting voltage from an ABS or wheel speed sensor;
  • Control signal is recognized, i.e. bus signal, analog signal or
  • Signals present on the vehicle can also be used as an energy source for the
  • Control device of the electromechanical brake can be used, in particular the control signal, the voltage at the brake light, voltages at turn signals, voltage from a wheel speed sensor. Energy from these energy sources can be stored in a battery, for example. In a vehicle with several vehicle components, each having a wheel hub and a brake, it is advantageous if the
  • Vehicle components are designed according to the invention. This ensures a simple and inexpensive construction of the vehicle.
  • a vehicle component designed according to the invention can be used particularly well if the vehicle is designed as a trailer. Particularly when a trailer is designed as a vehicle with a vehicle component designed as a rigid axle, a particularly simple, robust and inexpensive construction is achieved.
  • a simplified construction of the vehicle is achieved if the control units of the individual vehicle components are connected, in particular via CAN bus, and at least one sensor is provided for determining a movement and / or acceleration of the vehicle, the control units being set up so that they Actuation signals for the assigned motors from one
  • control units in particular an anti-lock braking system function and / or a vehicle dynamics stabilization function and / or a function to prevent and / or reduce
  • Such functions are known, depending on the manufacturer, for example as ABS, ESP, ABC or DSC.
  • Corresponding functions are usually carried out in vehicles of the prior art using a central driving dynamics computer which, in the case of hydraulic brakes, has valves which control the individual wheels
  • Control units are implemented so that a central driving dynamics computing unit is no longer required. Algorithms can thus be executed on the individual control devices, so to speak, which are the same as for vehicles of the state of Techniques on the central vehicle dynamics computer correspond to algorithms or are copies of these algorithms. Provision can also be made for values to be determined or estimated in the control unit, for example the vehicle / trailer mass from in particular wheel slip, ABS insert,
  • Deceleration, acceleration, deflection sensor, clutch sensor or a preselection device operated by the driver Deceleration, acceleration, deflection sensor, clutch sensor or a preselection device operated by the driver. Correspondingly determined values can be used for cheap braking.
  • a connection of the vehicle component to the vehicle is particularly simplified if the vehicle component is supplied with electrical energy via an energy supply and a line, with which a light, in particular a rear light, a brake light, a flashing light, a reversing light or a separate energy supply line, is also provided electrical energy is supplied.
  • the vehicle component is designed for actuation with a 12 or 24 volt signal or a 48 volt signal. It can be provided that the corresponding lights are formed by energy-saving LEDs, so that sufficient energy is available to actuate the vehicle component.
  • the vehicle has an electrical generator, with which the vehicle can be braked by converting the kinetic energy of the vehicle into electrical energy, the vehicle being set up in such a way that the brake is activated via the control unit if a desired one
  • Delay cannot be achieved with the generator alone.
  • electrical energy can thus be generated during a braking operation and the brake can only be activated when a desired deceleration due to the generation of electrical energy with the generator, with which the vehicle can also be driven, can no longer be achieved alone.
  • a regulation is usually provided for this purpose, in which the generator is dependent on a current one
  • electromechanical brake can be activated via the control unit.
  • control unit for the electric motor or generator, in particular when braking with the electric motor to charge the battery, and one central control unit for a hydraulic brake.
  • a wheel or axle unit for the electric motor or generator, in particular when braking with the electric motor to charge the battery, and one central control unit for a hydraulic brake.
  • Brake control device which receives a deceleration request and converts this into a control of the electric brake actuation motor, wherein as much braking action as possible is requested by the generator and only the rest to be applied is supplied by the electromechanical brake.
  • the brake can be actuated via the control unit when the vehicle is stationary in order to form an anti-theft device.
  • the control unit can also do this
  • a release signal that can be triggered with a vehicle key is transferred to the control unit.
  • An input value into the control device can in principle be provided in any way, for example by a central vehicle computer of an autonomously movable vehicle.
  • a pedal sensor connected to the control unit is provided in order to determine a position of a brake pedal, a pedal position being input to the control unit.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Vehicle component on a vehicle
  • Fig. 2 shows another embodiment of an inventive
  • Vehicle component on a vehicle
  • FIG. 3 shows a further vehicle component according to the invention on a vehicle
  • Fig. 4 shows a vehicle with several vehicle components according to the invention.
  • 1 shows a vehicle component according to the invention, which is designed as a rigid axle.
  • the rigid axle has an axle body 5, on which on both sides of the wheel bearing parts 6 arranged electromechanical
  • Brakes 4 and rotatably connected to the axle body 5 wheel hubs 7 together with brake disks 8 are arranged.
  • an electromechanical brake 4 is positioned on each brake disc 8.
  • the electromechanical brakes 4 can be controlled via a central control unit 3 and are connected to the control unit 3 via lines 13, via which an actuation signal from the control unit 3 can be transmitted to electric motors in the electromechanical brakes 4 for actuation of the electromechanical brakes 4.
  • the control unit 3 can both with the axle body 5 and with the
  • Vehicle 11 for example the frame cross member 1, may be connected.
  • Control unit 3 is connected to an electrical power supply, not shown, and a signal line, also not shown, via which
  • control unit 3 can be transferred into the control unit 3. Furthermore, an acceleration sensor (not shown) is provided, so that the control unit 3 uses the desired deceleration and an actual deceleration
  • the actuation signal can be an input voltage for the electric motor of the electromechanical
  • Be brakes 4 to operate this directly, for example a voltage for a brushless DC motor.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the invention
  • Vehicle component which is also designed as a rigid axle here. in the
  • control units 3 are provided here, so that each electromechanical brake 4 is on Control unit 3 is assigned.
  • the control units 3 can be connected via a data connection 12 formed by a signal line or also wirelessly in such a way that data exchange between the control units 3 is possible, for example to ensure driving stability through coordinated brake interventions on the left and right wheels.
  • Fig. 3 shows another, designed as an independent wheel suspension
  • Vehicle component on a vehicle 11 with a steering actuator 9 for providing a steering movement which can form, for example, a steerable, left front wheel of a motor vehicle. It is understood that one
  • Vehicle component for a second wheel on an opposite side of the vehicle 11, here the right front wheel, can be configured analogously.
  • a control device 3 is assigned to the electromechanical brake 4.
  • the vehicle 11 is designed here as an electric vehicle, with a drive electric motor also being designed as a generator 10 for converting kinetic energy into electrical energy during a braking operation.
  • the control unit 3 is connected here for a signal exchange with an engine control unit, not shown, so that the control unit 3 for the electromechanical brake 4 can be activated depending on a desired deceleration and the drive motor used precisely when a desired deceleration due to the use of the generator 10 or cannot be achieved by converting kinetic energy into electrical energy alone, for example because it does
  • the control unit 3 is thus designed to coordinate braking in connection with an inserted generator 10.
  • Control devices 3 for data exchange are connected by data connections 12, for example to a CAN bus or via a wireless connection 12. Acceleration sensors (not shown) are also provided. An anti-lock braking system function and / or a driving dynamics stabilization function can be achieved with the individual control devices 3 with a vehicle 11 designed in this way, an additional driving dynamics computer being dispensed with. A local copy of a driving dynamics stabilization algorithm or the like can thus be executed on the individual control devices 3 in order to depend on a desired movement of the vehicle 11 and an actual one
  • a driver's deceleration request for example from a brake pedal, or an autonomous request
  • Act vehicle 11 as an input signal. It can be provided that the control unit 3 itself can also detect or generate a delay request, for example if a control signal fails or is not present at all, as could be the case in particular on a trailer. For this purpose, a deceleration is recognized, which can be determined in particular using an acceleration sensor. As an alternative or in addition, the deceleration can also be determined from a force detection in a towing device, a falling wheel speed, the presence of a voltage on the brake light or a combination of these signals.
  • the control signal can come, for example, via bus systems such as CAN, Flexray, via pulse-width-modulated signals or analog.
  • bus systems such as CAN, Flexray
  • pulse-width-modulated signals or analog for example, there are electromagnetic drum brakes in which a pulse-width-modulated signal or a current signal is connected to the electromagnet in the drum brake and is therefore both a control signal and an energy supply.
  • Brake actuation is switched.
  • the electromechanical brake 4 has as little undesired friction as possible in order to show as little flysteresis as possible between actuation and release.
  • Friction can be reduced with the rolling bearing of essential components.
  • the electromechanical brake 4 has an at least steady or increasing course, in particular free of saddle points Control signal and pressing action, so that the actuating motor reaches a current increasing with a pad pressure. For this it is favorable if the
  • Ratio in the electromechanical brake 4 is linear or linear enough according to the requirement so that the motor assumes a desired braking effect corresponding to the current.
  • control signal is a pulse-width-modulated signal which, at least via the actuation process, even has a mechanical effect on the brake and causes the mechanical hysteresis in the brake to vibrate between actuation and release and thus “shakes off” the friction .
  • a spring in the brake can make it easier to release.
  • the control would be limited to the distribution of the deceleration signal to the brakes and possibly additional information
  • a power supply to the control device 3 is favorable, which preferably switches the control device 3 on when certain input signals are detected and then switches it off again. This switching process can of course take place on the part of the power supply to the control unit 3 or in the control unit 3 itself.
  • the switch-off process can be delayed and, for example, in one
  • control device 3 It is advantageous if the underlying physics in the control device 3 is mapped in whole or in part according to the structure described below:
  • the input signal is a delay request, which is represented in whatever way, for example 0 to -1g, which means that the brakes are applied normally Road vehicle corresponds.
  • this deceleration request has the advantage that it is independent of influences such as, in particular, a strongly fluctuating payload, road grip, vehicle stability such as skidding or wheel locking.
  • Vehicle data Convert vehicle data into a braking torque, the vehicle data being, for example, weight, “biending” and driving dynamics such as ABS, ESP, sway-control.
  • the actual algorithm for electromagnetic brake control is preferably controlled as braking torque, especially since
  • This braking torque or alternatively a value associated therewith, such as 0 to 100%, is preferably converted into a braking force on the brake pad and then, via the instantaneous coefficient of friction, into a contact pressure of the brake pad.
  • This contact pressure can be achieved via a motor current or a motor position.
  • the power signal for the electric motor is output, in particular pulse-width-modulated currents for a three-phase motor such as a brushless DC motor.
  • Control unit 3 are returned, as are temperatures, measured values for
  • Vehicle stability control can be used like ABS, ESP.
  • sway-control which avoids trailer wobble movements
  • electromechanical brake 4 which does not build on vibrations by actuating and releasing, but sets a favorable braking torque.
  • the weight distribution on the vehicle 11 can also be correctly divided here between the individual braking torques.
  • Control units 3 and brake control units are therefore sufficient.
  • the following approach is preferably carried out: If a task by one
  • Computer can be solved, for example centrally, then copies of this algorithm can solve the task in exactly the same way if they have the same knowledge. This means that all central tasks can also be copied from local copies
  • Control devices 3 for the brakes or brake control devices are met if they also have acceleration data, wheel speeds and the like.
  • the saving of the central control device can also be used as a safety advantage, especially since errors in a central control device 3 would affect all connected brake control devices.
  • the brake control devices or algorithms can preferably also exchange data, in particular in order to be able to recognize unequal computing results from different algorithms. Since the copy of a central algorithm can also receive steering angle signals, the steering can also be controlled by this control unit 3. For
  • Vehicle stability can then not only trigger braking interventions, but also steering interventions.
  • a wear sensor on each electromechanical brake 4 uniform lining wear on all wheels can be supported by the brakes being controlled to a small extent with respect to wear, without having a recognizable negative influence on uniform braking.
  • a vehicle component according to the invention a cost-effective and robust manufacture of a vehicle 11 is possible, the vehicle 11 being able to be designed both as a driven vehicle 11 and as a trailer.
  • the vehicle component can be designed as an independent wheel suspension as well as a rigid axle for a particularly simple and robust construction.
  • Vehicle 11 with vehicle components designed according to the invention can dispense with a central driving dynamics computer for providing stabilization functions for vehicle 11, because a corresponding functionality can be implemented in the individual control devices 3, so that a particularly cost-effective production of a vehicle 11 is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponente, insbesondere Radaufhängung, aufweisend einen Bremsbelag und einen bewegbar zum Bremsbelag angeordneten Reibbelag, welcher insbesondere an einer Radnabe (7) angeordnet ist, sowie eine Bremse, mit welcher eine Bewegungsenergie in thermische Energie wandelbar ist, um eine Bewegung des Reibbelages relativ zum Bremsbelag zu bremsen. Um eine besondere einfache Herstellbarkeit zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bremse als elektromechanische Bremse (4) ausgebildet ist und einen auf einen Bremsbelag wirkenden Motor aufweist, sodass der Bremsbelag an den Reibbelag andrückbar ist, wobei ein auf den Motor wirkendes Steuergerät (3) vorgesehen und der Motor mit einem Betätigungssignal des Steuergerätes (3) abhängig von einer vorgegebenen Verzögerung, welche als Eingangssignal in das Steuergerät (3) eingeht, betätigbar ist.

Description

Fahrzeugkomponente
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponente, insbesondere Radaufhängung, aufweisend einen Bremsbelag und einen bewegbar zum Bremsbelag angeordneten Reibbelag, welcher insbesondere an einer Radnabe angeordnet ist, sowie eine Bremse, mit welcher eine Bewegungsenergie in thermische Energie wandelbar ist, um eine Bewegung des Reibbelages relativ zum Bremsbelag zu bremsen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene derartige, als Radaufhängungen ausgebildete Fahrzeugkomponenten mit Bremsen bekannt geworden. Hierbei werden die Bremsen üblicherweise hydraulisch betätigt. Dies hat sich jedoch insofern als nachteilig erwiesen, als dass entsprechende Radaufhängungen nur abgestimmt auf ein spezielles Fahrzeug hergestellt werden können, zumal eine hydraulische Ansteuerung in aller Regel zentral erfolgt. Dadurch ist die Herstellung
entsprechender Fahrzeuge bzw. Fahrzeugkomponenten mit einem großen Aufwand und somit erheblichen Kosten verbunden.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugkomponente der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher ein angetriebenes bzw.
bremsfähiges Fahrzeug mit geringem Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugkomponente der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Bremse als elektromechanische Bremse ausgebildet ist und einen auf den Bremsbelag wirkenden Motor aufweist, sodass der Bremsbelag an den Reibbelag andrückbar ist, wobei ein auf den Motor wirkendes Steuergerät vorgesehen und der Motor mit einem Betätigungssignal des
Steuergerätes abhängig von einer vorgegebenen Verzögerung, welche als
Eingangssignal in das Steuergerät eingeht, betätigbar ist.
Es gibt derzeit im PKW-Bereich hauptsächlich hydraulische Bremsen bzw.
elektrohydraulische, bei welchen der Hydraulikdruck durch eine Pumpe aufgebaut wird. In einem Nutzfahrzeugbereich gibt es hauptsächlich Druckluftbremsen. Solche Bremsen werden ebenso für größere Nutzfahrzeuganhänger eingesetzt. Für kleinere Anhänger gibt es hauptsächlich Auflaufbremsen, welche aus einer Auflaufkraft in einer Anhängevorrichtung eine Bremsandrückung über beispielsweise Gestänge, Seilzüge oder dergleichen durchführen. Bei Anhängern, insbesondere in den USA, gibt es auch sogenannte elektromagnetische Trommelbremsen, bei welchen in einem Zugfahrzeug mit einem sogenannten„Controller“ ein Strom für die
Elektromagnete eingestellt wird, der zumeist mit einer Pulsweitenmodulation im Mittelwert im„Controller“ verändert wird.
All diesen Bremsen ist gemeinsam, dass sie entweder bei den Bremsen selbst kein Steuergerät benötigen oder ein zentrales Steuergerät haben, das auch
Fahrzeugsstabilitätsfunktionen wie beispielsweise Funktionen eines elektronischen Stabilitätsprogrammes, kurz ESP, übernehmen kann. Bei insbesondere in den USA gebräuchlichen elektromagnetischen Trommelbremsen betätigt der Magnet nicht direkt die Trommelbremse, sondern wird über elektromagnetische Kraft an eine flache Seite einer Bremstrommel gezogen und von der rotierenden Trommel mitgenommen, um durch Mitnahmekraft die Bremse zu betätigen. Elektromagnete der in Bremsen möglichen Größe haben relativ geringe Kraft und relativ geringen Flub, so dass diese meist nicht direkt zu einer Belagsanpressung verwendet werden können bzw. eine Übersetzung in höhere Kraft erforderlich ist. Für eine solche Übersetzung ist jedoch wiederum der geringe mögliche Hub ungünstig
einschränkend.
Genau hier ist ein Unterschied zu elektromechanischen Bremsen gegeben, die über einen kleinen Elektromotor betätigt werden. Dieser Elektromotor kann viele
Umdrehungen zurücklegen und daher ist eine Übersetzung von vielen Umdrehungen auf eine hohe Kraft zur Anpressung möglich. Elektromechanische Bremsen unterscheiden sich also sehr von allen obigen Bremsen, darauf wird in der gegenständlichen Darstellung eingegangen.
Es können die bekannten Konzepte also nicht einfach verwendet werden. Wenn derzeit also ein zentrales Steuergerät oder gar keines verwendet wird, benötigt die elektromechanische Bremse fast immer ein Steuergerät, das je Bremse aus einem Steuersignal eine Ansteuerung des Motors durchführt. Im gegenständlichen Konzept kann ein Steuergerät auch beispielsweise zwei Bremsen einer Achse, eines einspurigen Fahrzeuges oder eines Gerätes wie insbesondere einer Aufzugskabine steuern, wobei auch in einem Steuergerät die Algorithmen zur individuellen
Steuerung für jede Bremse meist eigenständig vorhanden sind.
Eine entsprechende Fahrzeugkomponente muss nicht mehr an eine
Flydraulikbremseinheit des Fahrzeuges eingebunden werden, sodass die
Fahrzeugkomponente grundsätzlich unabhängig von einem Fahrzeug, an welchem diese eingesetzt werden soll, hergestellt und mit unterschiedlichsten Fahrzeugen verbunden werden kann. Über einen entsprechend hohen Gleichteilgrad kann somit ein Aufwand bei einer Herstellung der Fahrzeugkomponente reduziert werden, sodass mit einer entsprechenden Fahrzeugkomponente ausgestattete Fahrzeuge mit geringerem Aufwand und somit reduzierten Kosten herstellbar sind.
Üblicherweise wird die Fahrzeugkomponente vorgefertigt hergestellt und als Modul an ein Fahrzeug angekoppelt. Neben einer mechanischen Anbindung an ein
Fahrzeug ist für eine Betätigung der Fahrzeugkomponente somit lediglich eine Signalverbindung zwischen der Fahrzeugkomponente und einer Einrichtung des Fahrzeuges, mit welcher ein Eingangssignal für die Bremsen erzeugbar ist, herzustellen. Die Einrichtung des Fahrzeuges kann beispielsweise ein
Bremspedalsensor oder eine Fahrzeug-Datenverarbeitungseinrichtung eines autonom fahrenden Fahrzeuges, ein Bremssignalgeber aus einem Zugfahrzeug oder dergleichen sein. Im Steuergerät wird dann aus der als Eingangssignal in das
Steuergerät übermittelten gewünschten Verzögerung ein Betätigungssignal errechnet, welches erforderlich ist, um mittels des Motors die gewünschte
Verzögerung zu erreichen. Anschließend wird das errechnete Betätigungssignal an den Motor übermittelt. Das Betätigungssignal kann beispielsweise lediglich eine Information für den Motor beinhalten, woraus sich eine Motordrehzahl und/oder ein Motordrehmoment unmittelbar ergeben. Das Betätigungssignal kann allerdings auch direkt eine Versorgungsspannung des Motors sein, je nach Motortyp eine
Gleichspannung, eine ein- oder dreiphasige Wechselspannung, ein
pulsweitenmoduliertes Signal oder dergleichen, sodass der Motor unmittelbar mittels des Steuergerätes betätigt wird. Bei einer derartigen unmittelbaren Betätigung des Motors mittels des Steuergerätes kann auf einen zusätzlichen Bauteil zur Umwandlung des Betätigungssignals in eine Eingangsspannung des Motors verzichtet werden, sodass eine weitere Komplexitätsreduktion erreicht wird.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Verzögerungssignal an ein Steuergerät für die elektromechanischen Bremsen einer mechanischen Baugruppe gesendet wird.
Dieses kann beispielsweise eine gewünschte Verzögerung in m/s2 übertragen. Es kann auch eine gewünschte Verzögerung von keiner bis zu einer maximalen
Verzögerung von 100% als Information übertragen werden. Es kann ein Digitalsignal wie z. B. CAN-Bus oder Flexray sein, auch über mehrere Bussysteme oder ein Analogsignal oder z. B. ein pulsweitenmoduliertes Signal. Natürlich kann diesem Signal jede beliebige Bezeichnung und jeder beliebige Wertebereich gegeben werden. Physikalisch ist„Verzögerungswunsch“ für dieses Signal die beste Form, es können aber auch damit in Zusammenhang stehende Werte verwendet werden und auch unscharfe Aussagen wie„mehr bremsen“. Damit ist auch klar, dass die erfindungsgemäße Steuerung sowohl als wie auch immer programmierbares
Programm in einer Programmiersprache des Standes der Technik, wie
beispielsweise C, Matlab-Simulink und dergleichen, erstellt werden kann, aber auch mit unscharfen Formulierungen wie beispielsweise mit Fuzzy-Logic oder mit trainierten Systemen wie„machine learning“ oder neuronalen Netzwerken oder abgespeicherten Werten wie Kennfeldern.
Günstig ist es, wenn die Fahrzeugkomponente eine Einzelradaufhängung oder eine Starrachse ist. Die Fahrzeugkomponente kann dann beispielsweise für PKWs, Nutzfahrzeuge, Anhänger, einspurige Fahrzeuge, Eisenbahnen, Lastfahrrädern, Transportgeräte wie Gabelstapler oder andere zu bremsende Geräten eingesetzt werden, insbesondere für Aufzugskabinen, um die Kabine bei offener Türe
festzuhalten oder als Sicherheitsbremse bzw. an Maschinen wie beispielsweise um Blattverstellungen oder Propellerblätter zu bremsen. Bei Aufzügen kann auch eine Kabinengewichtserfassung an dieser vorgesehen Komponente sein, weil man hier bei gebremster Kabine beim Ein- und Aussteigen durch Festhalten der Kabine die Gewichtsveränderung bzw. das Gewicht messen kann.. Zur Erreichung einer einfachen und robusten Bauweise bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten ist es günstig, wenn die Fahrzeugkomponente eine Starrachse ist. Die Räder sind dabei über einen starren Achskörper miteinander verbunden. Üblicherweise sind die die elektromechanischen Bremsen betätigenden Motoren dann ebenfalls mit dem Achskörper verbunden, beispielsweise in Form einer
Schwimmsattelbremse.
Wenn die Fahrzeugkomponente als Starrachse ausgebildet ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass zwei Räder und zwei den Rädern zugeordnete Bremsen
vorgesehen sind, wobei die Motoren der Bremsen über ein zentrales Steuergerät betätigbar sind. Die Starrachse kann somit als vorgefertigte Komponente mit fertig aufgebauten Rädern und/oder Bremsen aufgebaut sein, wobei eine Ansteuerung der Bremsen der Starrachse zentral über ein einziges Steuergerät möglich ist. Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht. Eine entsprechend vorgefertigte Fahrzeugkomponente kann dann mit hohen Stückzahlen hergestellt, separat verkauft und an unterschiedliche Fahrzeuge angekoppelt werden. Eine entsprechenden Fahrzeugkomponente kann vorverkabelt und vorgetestet werden und in
vorverkabeltem und vorgetestetem Zustand ausgeliefert werden. Die Verkabelung kann schon auf Sicherheit ausgelegt sein, insbesondere gegen ein Herunterreißen geschützt sein. Hierzu kann die Verkabelung zumindest teilweise in Rohren oder unter Abdeckungen angeordnet und durch diese auch gegen elektromagnetische Einflüsse abgeschirmt bzw. wenn nötig mit geschirmtem Kabel ausgeführt sein, um erforderlichen Kriterien betreffend elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, zu entsprechen.
Wenn die Baugruppe mit der Bremse auch über einen elektrischen
Fahrzeugsantriebsmotor verfügt, wird dieser Fahrzeugsantriebsmotor, welcher häufig als Elektromotor ausgebildet ist, meist über ein Getriebe das Rad antrieben. Dann kann erfindungsgemäß die Bremsscheibe auf einem Getriebeausgang mit höherer als der Raddrehzahl montiert sein, um bei geringerem notwendigen Bremsmoment auf der Scheibe ein höheres, jedenfalls das geforderte Bremsmoment am zu erzielen. Damit entsteht an der Bremsscheibe zwar nicht weniger Wärmeleistung, aber die Anpresskraft und das Bremsmoment können kleiner sein und das Steuergerät kann das Bremsmoment auf jenes umrechnen, das am Rad wirkt.
Die Bremse kann entweder von einem Motor betätigt werden, also in einen
bremsenden Zustand gebracht werden, oder sie kann über eine Feder oder einen sonstigen Energiespeicher betätigt werden und vom Motor gelöst werden. Letzteres kann insbesondere bei Nutzfahrzeugen, Anhängern, der Eisenbahn oder Aufzügen aus Sicherheitsgründen so sein, damit bei Stromausfall eine Betätigung entsteht. Der Austausch von nicht federbehafteten Bremsen gegen solche mit Federbetätigung kann auch bei früher ohne Feder betätigten sinnvoll sein. So kann beispielsweise bei bestimmten Anhängern, welche früher eine Batterie hatten, um im Falle eines
Abreißens des Anhängers eine Notbremsung durchzuführen, nunmehr statt einer Batterie eine Bremse mit Federbetätigung eingesetzt werden, um ohne Batterie eine Notbremsung durchzuführen bzw. um eine Sicherheit gegen Batterieausfall zu erhöhen.
Elektromechanische Bremsen können auch frühere Auflaufbremsen ersetzen, wenn bei einem Anhänger beispielsweise später auch ABS, ESP sway-control und dergleichen verwirklicht werden soll, was mit gestängebetätigter Auflaufbremse nur schwierig mit Eingriff in das Gestänge möglich ist.
Auch können neue Normen besser mit elektromechanischen Bremsen erfüllt werden, wenn beispielsweise Anhänger dann ABS brauchen und dies bei ehemaliger
Hydraulik oder Pneumatik nur aufwendig mit zusätzlichen Pumpen, Ventilblöcken, Kompressoren, Druckkesseln, Antrieben, Stromversorgungen möglich wäre. Hier kann die Erfindung eine einfache und günstige Lösung mit der elektromechanischen Bremse bieten.
Günstig ist es, wenn der Motor über ein Getriebe mit dem Bremsbelag verbunden ist. Dadurch kann auch bei einem kleinen und leichtgewichtigen Motor eine große Anpresskraft erreicht werden, welche zwischen Bremsbelag und Reibbelag wirkt, um über Reibung kinetische Energie in thermische Energie zu wandeln und somit das Rad zu bremsen. Um ein besonders geringes Gewicht der Fahrzeugkomponente zu erreichen bzw. einen besonders leichtgewichtigen Motor einsetzen zu können, ist es günstig, wenn der Motor über ein Getriebe mit dem Bremsbelag verbunden ist, wobei das Getriebe über einen Betätigungshub eine veränderliche Übersetzung aufweist. Es kann dann die Übersetzung des Getriebes abhängig vom Betätigungshub an ein zu erwartendes Gegenmoment angepasst werden, sodass der Motor über den gesamten
Betätigungshub in einem Bereich optimaler Effizienz bzw. in einem maximalen Leistungsbereich betrieben werden kann. So ist ein Gegenmoment zu Beginn eines Betätigungshubes, wenn durch eine Bewegung des Bremsbelages zum Reibbelag ein Luftspalt zwischen Bremsbelag und Reibbelag durchfahren wird, sehr gering, wonach ein Gegenmoment ansteigt, wenn der Bremsbelag am Reibbelag anliegt.
Um die über den Betätigungshub veränderliche Übersetzung auf konstruktiv einfache und gleichzeitig robuste Weise umzusetzen, ist es günstig, wenn das Getriebe eine Kugelrampe aufweist. Üblicherweise ist in der Kugelrampe eine Kugel angeordnet und kann über eine von einem Betätigungshub abhängige Steigung der Kugelrampe eine Übersetzung abhängig vom Betätigungshub auf einfache Weise konstruktiv definiert werden. Das Getriebe weist in einem solchen Fall üblicherweise zwei Scheiben auf, wobei in zumindest einer Scheibe eine Kugelrampe angeordnet ist und wobei in der Kugelrampe eine Kugel positioniert ist, durch welche Kugel die
Scheiben verbunden sind, sodass über eine Bewegung der die Kugelrampe aufweisenden Scheibe, insbesondere eine Drehbewegung, ein Abstand zwischen den Scheiben veränderbar ist. Eine der Scheiben ist dann beispielsweise mit dem Bremsbelag verbunden, während die andere, die Kugelrampe aufweisende Scheibe mit dem Motor verbunden sein kann.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Getriebe eine sich erhebende Kurve wie eine Nocke oder einen Exzenter aufweist, um die über den Betätigungshub nicht konstante Übersetzung konstruktiv umzusetzen.
Für die Erzeugung der hohen Anpresskraft kann im Prinzip jede der sogenannten „einfachen Maschinen der Mechanik“ verwendet werden. Günstig ist es, wenn eine möglichst hohe Übersetzung für kleinere weiter aufzubringende Kräfte sorgt, vorzugsweise auf einer Seite, auch welcher eine Anpresskraft entsteht. Dies kann beispielsweise eine Hebelwirkung mit einem kurzen Hebelende, ein Exzentrizität, eine Nockenwirkung, eine Keilwirkung bzw. auch eine Keilwirkung entlang runder Abrollbahnen sein. Abrollende Bewegungen auf Wälzkörpern werden bevorzugt, weil sie weniger unerwünschte Reibung verursachen.
Das Übersetzungsverhältnis in der elektromechanischen Bremse wird vorzugsweise nichtlinear sein, das bedeutet, dass an verschiedenen Stellen der Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse wirken. Wenn die elektromechanische Bremse die Anpresskraft dadurch einstellen soll, dass der Motor einen bestimmten Strom aufnehmen soll, ist es günstig, wenn der Strom mit der Betätigungskraft ansteigt. Darauf ist bei der Auslegung der nichtlinearen Übersetzung Rücksicht zu nehmen. Man wird in diesem Fall also auch versuchen, durch noch vorhandene Nichtlinearität eine schnelle Bewegung im Luftspalt zu erreichen und die Motorlast bei schwachen Bremsungen schon etwas höher haben wollen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein mit dem Steuergerät verbundener
Beschleunigungssensor vorgesehen ist, wobei das Steuergerät zur Ausgabe eines Betätigungssignals an den Motor abhängig von einer mit dem
Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigung und der vorgegebenen Verzögerung ausgebildet ist. Dadurch ist eine Erreichung der gewünschten vorgegebenen Verzögerung gewährleistet.
Um auch bei Ausfall des Steuersignales eine Bremsung zu ermögliche, ist es insbesondere bei einer Bremse für einen Anhänger günstig, wenn der Anhänger selbst das Bremssignal generiert, wenn Verzögerung festgestellt wird. Das kann noch mit dem Bremslicht kombiniert werden, so dass nur dann eine
Reibungsbremsung erfolgt, wenn eine Bremsung aufgrund des Bremslichtes festgestellt wird. Bremssignal, Beschleunigungssensor und Bremslicht lassen sich beliebig kombinieren. Wenn beispielsweise bei größerer Verzögerung und Bremslicht kein Bremssignal erkannt wird, kann auf einen Fehler geschlossen werden und eine Reibungsbremsung erfolgen. Ähnlich wie ein Beschleunigungssensor kann auch sinkende Raddrehzahl verwendet werden, um wie oben auf eine Bremsung zu schließen und obige Aktionen
auszuführen. Wenn eine Erkennung zum Abreißen eines Anhängers nötig ist, eine sogenannte Breakaway- Erkennung, kann diese wie bisher mit einer Verbindung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger ausgeführt sein und ein Signal in das
Bremssteuergerät geben oder es kann gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das Bremssteuergerät selbsttätig ohne eine solche zusätzliche
Erkennungseinrichtung ein Abreißen des Anhängers feststellen, indem die
Stromkreise zum Zugfahrzeug überwacht werden. Hierzu kann beispielsweise ein Lichtstromkreis darauf getestet werden, ob entweder eine Versorgungsspannung anliegt, indem beispielsweise erfasst wird, ob das Licht leuchtet, oder es kann der Widerstand der Lampen am Zugfahrzeug vom Anhänger aus gemessen werden, hierzu kann beispielsweise ein niederohmiger Widerstand von üblicherweise unter 100 Ohm gegen Fahrzeugmasse vom Bremsensteuergerät aus gemessen werden. Natürlich können auch alle anderen elektrischen Eigenschaften aller Leitungen zum Zugfahrzeug mit allen messbaren Eigenschaften getestet werden, insbesondere ob die Masseverbindung über den Stecker auch über die mechanische
Anhängerkupplung geschlossen ist. Fehlermeldungen, die das Bremsensteuergerät ausgibt, können ins Zugfahrzeug übertragen werden, insbesondere durch eine im Rückspiegel sichtbare Lampe, durch Signale an den zum Anhänger führenden Stromkreisen, durch Betätigen der Warnblinkanlage, über WIFI oder akustisch.
Natürlich können auch mehrere dieser Methoden kombiniert werden.
Günstig ist es, wenn zumindest ein mit dem Steuergerät verbundener Sensor zur Erfassung von Temperatur, Wärmedehnung, Reibbeiwert, Betätigungszeit,
Raddrehzahl und/oder Verschleiß vorgesehen ist, wobei das Steuergerät zur
Berücksichtigung einer oder mehrerer mit dem zumindest einen Sensor gemessenen Größen ausgebildet ist, um das Betätigungssignal für den Motor abhängig von der vorgegebenen Verzögerung und der zumindest einen gemessenen Größe zu bilden. Dies gewährleistet eine besonders effektive Regelung und Erreichung der
gewünschten Verzögerung. Um einen besonders robusten und gleichzeitig wartungsarmen Aufbau zu erreichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Motor als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Üblicherweise ist das Steuergerät zur Ausgabe eines
Spannungssignals als Betätigungssignal ausgebildet, mit welchem Spannungssignal der bürstenlose Gleichstrommotor unmittelbar betätigbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass Ströme eines Dreiphasensignales ausgegeben werden, welche auch pulsweitenmoduliert sein können. Während bei
elektromagnetisch betätigten Bremsen einfach der Stromkreis des Elektromagneten an die elektromagnetische Bremse angeschlossen wird, ist bei der gegenständlichen Methode üblicherweise ein Steuergerät vorgesehen, an dessen Eingang ein
Steuersignal angelegt wird, welches Steuersignal im Steuergerät in die Ströme des Motors umgesetzt wird. Alternativ oder ergänzend kann das Steuersignal aufgrund äußerer Einflüsse im Steuergerät erzeugt werden. Diese Motoren, sogenannten Brushless-DC-Motoren, geben auch ein Positionssignal an das Steuergerät zurück und verwenden eine Messung der Motorströme und gegebenenfalls von
Spannungen. Das alles wird bei Versorgung eines Elektromagneten in einer Bremse nicht benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann auch der sonst an die Elektromagneten von Bremsen gehende Stromkreis als Steuersignal genutzt werden. Dieser Strom für Elektromagneten könnte Gleichstrom unterschiedlicher Höhe sein, wird heute aber meist durch Schalten von Impulsen in seiner über die Zeit mittleren Größe dargestellt. Diese Impulse sind zwar für die Versorgung von Magneten geeignet, aber als Steuersignal nicht definiert, zumal die Schaltfrequenz, das Ein- Ausschaltzeitdauerverhältnis, die Pulsweite, und die Spannungen nicht genormt bzw. festgelegt sind. Fallweise werden in der Praxis statt Ein-Aus-Impulsen auch irgendwelche Spannungsverläufe beobachtet. Magneten würden bei solchen
Signalen einfach einen Mittleren Strom verwenden. Da diese Signale nicht festgelegt sind, werden sie beim Steuergerät vorzugsweise sowohl an Analogeingänge als auch Pulsweiten bzw. frequenzerkennende Eingänge gelegt. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Analogspannung sehr oft abgetastet und daraus ein Mittelwert gebildet, ähnlich wie es bei dem Magneten wäre. Um Überlagerungseffekte der Abtastungsfrequenz und der Signalfrequenz zu vermeiden, kann erfindungsgemäß sehr oft abgetastet werden oder unregelmäßig,
beispielsweise zufällig, insbesondere nach einem„stochastisch-ergodischen“
Verfahren.
Das Steuersignal, das sonst an Elektromagnete geht, kann im Steuergerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch als Fehlerrückmeldung ins Fahrzeug verwendet werden. So kann das Steuersignal am Zugfahrzeug aus einem
Steuergerät, welches auch Brake-Controller genannt wird, stammen, welches
Unterbrechungen im Magnetstromkreis erkennt und als Warnung anzeigt. Das kann bevorzugt genutzt werden, um bei einem unerwünschtem Verhalten in den
elektromechanischen Bremsen oder dem Steuergerät für diese eine absichtliche Unterbrechung hervorzurufen, um eine Fehleranzeige im Zugfahrzeug auszulösen.
Es kann diese absichtliche Unterbrechung auch wieder entfernt werden, wenn ein echtes Bremssteuersignal in das Steuergerät der elektromechanischen Bremsen gesendet wird.
Grundsätzlich kann das Steuergerät an einem beliebigen Ort positioniert sein, beispielsweise auch gesondert vom Motor, sodass das Steuergerät mit einem
Fahrzeugrahmen oder dergleichen verbunden wird, wenn die Fahrzeugkomponente mit dem Fahrzeug verbunden wird. Um einen besonders einfachen Einbau der Fahrzeugkomponente einem Fahrzeug zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Steuergerät an einem starr mit dem Motor verbundenen Bauteil angeordnet ist. Dadurch ist lediglich eine mechanische Verbindung eines starr mit dem Motor verbundenen Bauteil beispielsweise eines Achskörpers mit dem Fahrzeug sowie eine elektrische bzw. Signalverbindung des Steuergerätes mit dem Fahrzeug erforderlich, um die Fahrzeugkomponente mit dem Fahrzeug zu verbinden.
Um eine besonders lange Lebensdauer des Steuergerätes zu erreichen, ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Steuergerät mit dem starr mit dem Motor verbundenen Bauteil über ein elastisches und dämpfendes Verbindungsmittel verbunden ist, wobei das Steuergerät vorzugsweise in eine Vergussmasse, insbesondere Kunstharz, eingegossen ist. Um eine Software des Steuergerätes auf besonders einfache Weise an unterschiedlichste Fahrzeuge anpassen sowie neue Software-Versionen auf einfache Weise in das Steuergerät einspielen zu können, ist es günstig, wenn das Steuergerät eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere ein Bluetooth-Modul, ein W-IFI-Modul, ein Funknetzwerk, eine Funkdatenübertragung oder dergleichen aufweist, sodass Daten des Steuergerätes drahtlos mit einer stationären EDV-Anlage, einem Mobiltelefon oder dergleichen ausgetauscht werden können. Es kann auch vorgesehen sein, dass Daten über Licht, über Schall oder über eine elektrische Leitung übertragen werden, auf welche die Signale
aufmoduliert werden, insbesondere über eine Leitung eines Anhängersteckers eines Anhängers für ein Fahrzeug. Über die entsprechende Einrichtung können darüber hinaus natürlich auch während eines Betriebes des Fahrzeuges Daten des
Steuergerätes oder Daten von mit dem Steuergerät verbundenen Sensoren mit einer Fahrzeugelektronik ausgetauscht werden, um beispielsweise eine
Fahrdynamikregelung zu unterstützen oder diese bereitzustellen. Auch der Fahrer kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform so Daten der Bremsen einsehen, wie beispielsweise Verschleiß oder Temperaturen. Diese Daten können natürlich auch über Bussysteme zentral gesammelt oder abgefragt werden bzw.
Parametrierungen oder Programmierungen können so zentral erfolgen. Auch
Datenaustausch der Bremsen untereinander ist damit möglich.
Um auch bei Ausfall einer Elektrizitätsversorgung des Fahrzeuges, an welchem die Fahrzeugkomponente angeordnet ist, Funktionen der Fahrzeugkomponente zumindest eingeschränkt bereitstellen zu können, ist es günstig, wenn ein
elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, vorgesehen ist, welcher geladen werden kann, wenn die Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug mit einer zentralen Spannungsversorgung angeordnet ist, und mit welchem die Bremse auch dann betätigbar ist, wenn die Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug mit einer zentralen Spannungsversorgung angeordnet ist und die zentrale
Spannungsversorgung ausgefallen ist. Das Steuergerät und der Motor sind somit sowohl über eine zentrale Spannungsversorgung versorgbar, wenn die
Fahrzeugkomponente mit einem entsprechenden Fahrzeug verbunden ist, also auch über die Batterie mit Energie versorgbar, um beispielsweise eine Notbremsung durchführen zu können, wenn eine Spannungsversorgung des Fahrzeuges ausfällt.
Insbesondere bei Fahrzeugen mit langen Stillstands-Zeiten wie beispielsweise gewisse Anhänger kann es günstig sein, wenn die Batterie auf andere Weise geladen wird, beispielsweise kann eine relativ kleine Solarzelle mit unkritischen Anbringungsorten sehr einfach und kostengünstig jenen kleinen Strom liefern, der zur Aufrechterhaltung einer Batterieladung bei einer grundsätzlich funktionsfähigen Batterie ausrecht.
Die Notbremsung kann vom Bremsensteuergerät auch eingeleitet werden, wenn ein Abreißen der Verbindung mit dem Zugfahrzeug festgestellt wird. Bei
elektromagnetischen Bremsen ist außer dem Magnetstromkreis prinzipiell keine weitere Stromversorgung nötig. Das Steuergerät der elektromechanischen Bremsen benötigt jedoch eine Stromversorgung.
Diese wird bei Bedarf üblicherweise automatisch eingeschaltet oder nach Bedarf abgeschaltet, um ein Entladen von Batterien zu vermeiden. Insbesondere kann eine oder mehrere, insbesondere alle, der folgende Bedingungen zum Einschalten führen:
Raddrehzahl wird erkannt, beispielsweise durch Ausgabe von Spannung eines ABS oder Raddrehzahlgebers;
Ansteuerung des Bremslichtes wird erkannt;
Steuersignal wird erkannt, also Bussignal, analoges Signal oder
pulsweitenmoduliertes Signal.
Es können am Fahrzeug vorhandene Signale auch als Energiequelle für des
Steuergerät der elektromechanischen Bremse genutzt werden, insbesondere das Steuersignal, die Spannung am Bremslicht, Spannungen an Blinkern, Spannung von einem Raddrehzahlsensor. Energie aus diesen Energiequellen kann beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden. Bei einem Fahrzeug mit mehreren Fahrzeugkomponenten, welche jeweils eine Radnabe und eine Bremse aufweisen, ist es günstig, wenn die
Fahrzeugkomponenten erfindungsgemäß ausgebildet sind. Dadurch wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Fahrzeuges gewährleistet.
Die Vorteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugkomponente können besonders dann gut genutzt werden, wenn das Fahrzeug als Anhänger ausgebildet ist. Insbesondere wenn ein Anhänger als ein Fahrzeug mit einer als Starrachse ausgebildeten Fahrzeugkomponente ausgebildet ist, wird ein besonders einfacher, robuster und kostengünstiger Aufbau erreicht.
Ein vereinfachter Aufbau des Fahrzeuges wird erreicht, wenn die Steuergeräte der einzelnen Fahrzeugkomponenten verbunden sind, insbesondere über CAN-Bus, und zumindest ein Sensor zur Bestimmung einer Bewegung und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei die Steuergeräte dazu eingerichtet sind, dass diese über Betätigungssignale für die zugeordneten Motoren von einer
vorgegebenen gewünschten Bewegung abweichenden Bewegungen des
Fahrzeuges entgegenwirken, wobei mit den Steuergeräten insbesondere eine Antiblockiersystem-Funktion und/oder eine Fahrdynamik-Stabilisierungs-Funktion und/oder einer Funktion zum Verhindern und/oder Reduzieren von
Schlingerbewegungen umsetzbar ist.
Derartige Funktionen sind herstellerabhängig beispielsweise als ABS, ESP, ABC oder DSC bekannt. Entsprechende Funktionen werden bei Fahrzeugen des Standes der Technik üblicherweise mit einem zentralen Fahrdynamikrechner durchgeführt, welcher bei hydraulischen Bremsen Ventile, welche den einzelnen Rädern
zugeordnet sind, ansteuert, um über Bremseingriffe beispielsweise unerwünschten Querbeschleunigungen entgegenzuwirken. Die Funktion eines derartigen zentralen Fahrdynamikrechners kann bei einem Fahrzeug mit erfindungsgemäß ausgebildeter Fahrzeugkomponenten durch die den einzelnen Bremsen zugeordneten
Steuergeräte umgesetzt werden, sodass eine zentrale Fahrdynamik-Recheneinheit nicht mehr erforderlich ist. Auf den einzelnen Steuergeräten können somit sozusagen Algorithmen ausgeführt werden, welche den bei Fahrzeugen des Standes der Technik auf dem zentralen Fahrdynamikrechner ausgeführten Algorithmen entsprechen bzw. Kopien dieser Algorithmen sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass im Steuergerät Werte ermittelt bzw. geschätzt werden, beispielsweise die Fahrzeug-/Anhänger-Masse aus insbesondere Radschlupf, ABS-Einsatz,
Verzögerung, Beschleunigung, Einfederungssensor, Kupplungssensor oder einer vom Fahrer betätigten Vorwahleinrichtung. Entsprechend ermittelte Werte können für eine günstige Bremsung verwendet werden.
Eine Anbindung der Fahrzeugkomponente an das Fahrzeug wird besonders vereinfacht, wenn die Fahrzeugkomponente über eine Energieversorgung und durch eine Leitung mit elektrischer Energie versorgt wird, mit welcher auch ein Licht, insbesondere ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Blinklicht, ein Rückfahrlicht oder eine separate Energieversorgungsleitung mit elektrischer Energie versorgt wird. In aller Regel ist die Fahrzeugkomponente zur Betätigung mit einem 12- bzw. 24- Volt-Signal oder einem 48-Volt-Signal ausgebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Lichter durch energiesparende LEDs gebildet werden, sodass ausreichend Energie zur Betätigung der Fahrzeugkomponente zur Verfügung steht.
Günstig ist es, wenn das Fahrzeug einen elektrischen Generator aufweist, mit welchem das Fahrzeug unter Umwandlung von Bewegungsenergie des Fahrzeuges in elektrische Energie abbremsbar ist, wobei das Fahrzeug derart eingerichtet ist, dass die Bremse über das Steuergerät aktiviert wird, wenn eine gewünschte
Verzögerung mit dem Generator alleine nicht erreichbar ist. Dadurch kann soweit möglich elektrische Energie bei einem Bremsvorgang erzeugt und die Bremse erst dann aktiviert werden, wenn eine gewünschte Verzögerung durch das Erzeugen elektrischer Energie mit dem Generator, mit welchem das Fahrzeug auch antreibbar sein kann, alleine nicht mehr erreichbar ist. Üblicherweise ist hierzu eine Regelung vorgesehen, in welcher die mit dem Generator abhängig von einem aktuellen
Arbeitspunkt erreichbare Verzögerung hinterlegt und bei Überschreiten der erreichbaren Verzögerung durch die gewünschte Verzögerung die
elektromechanische Bremse über das Steuergerät aktivierbar ist. Normalerweise gibt es bei Elektrofahrzeugen ein Steuergerät für den elektrischen Motor bzw. Generator, insbesondere wenn zur Batterieladung mit dem Elektromotor gebremst wird, und ein zentrales Steuergerät für eine hydraulische Bremse. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist nun bei dieser Rad- bzw. Achseinheit ein
Bremssteuergerät vorgesehen, welches einen Verzögerungswunsch bekommt und diesen in eine Ansteuerung des elektrischen Bremsbetätigungsmotors umsetzt, wobei möglichst viel Bremswirkung von dem Generator anfordert und nur der noch aufzubringenden Rest von der elektromechanischen Bremse geliefert wird.
Um einen Diebstahlschutz auf effiziente Weise umzusetzen, ist es günstig, wenn die Bremse über das Steuergerät betätigbar ist, wenn das Fahrzeug steht, um eine Diebstahlsicherung auszubilden. Das Steuergerät kann dabei auch derart
ausgebildet sein, dass dieses die Bremsen erst dann freigibt, wenn beispielsweise mit einem Fahrzeugschlüssel auslösbares Freigabesignal an das Steuergerät übergeben wird.
Ein Eingangswert in das Steuergerät kann grundsätzlich auf beliebige Weise bereitgestellt werden, beispielsweise durch einen zentralen Fahrzeugcomputer eines autonom verfahrbaren Fahrzeuges. Bei einem manuell betätigbaren Fahrzeug ist es vorteilhaft, wenn ein mit dem Steuergerät verbundener Pedalsensor vorgesehen ist, um eine Stellung eines Bremspedals zu bestimmen, wobei eine Pedalstellung als Eingangswert in das Steuergerät eingeht.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug;
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug;
Fig. 4 ein Fahrzeug mit mehreren erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponenten. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente, welche als Starrachse ausgebildet ist. Schematisch dargestellt sind dabei auch ein Rahmenquerträger 1 und zwei Rahmenlängsträger 2 eines Fahrzeuges 11 , an welchem die
Fahrzeugkomponente angeordnet ist. Die Starrachse weist einen Achskörper 5 auf, an welchem beidseits an Radlagerteilen 6 angeordnete elektromechanische
Bremsen 4 sowie drehbar mit dem Achskörper 5 verbundene Radnaben 7 samt Bremsscheiben 8 angeordnet sind.
Wie dargestellt ist an jeder Bremsscheibe 8 eine elektromechanische Bremse 4 positioniert. Die elektromechanischen Bremsen 4 sind dabei über ein zentrales Steuergerät 3 ansteuerbar und mit dem Steuergerät 3 über Leitungen 13 verbunden, über welche ein Betätigungssignal vom Steuergerät 3 an Elektromotoren in den elektromechanischen Bremsen 4 für eine Betätigung der elektromechanischen Bremsen 4 übertragbar ist.
Das Steuergerät 3 kann sowohl mit dem Achskörper 5 als auch mit dem
Fahrzeug 11 , beispielsweise dem Rahmenquerträger 1 , verbunden sein. Das
Steuergerät 3 ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Energieversorgung und einer ebenfalls nicht dargestellten Signalleitung verbunden, über welche
Signalleitung ein Eingangssignal, welches üblicherweise einer gewünschten
Verzögerung entspricht, in das Steuergerät 3 übertragbar ist. Weiter ist ein nicht dargestellter Beschleunigungssensor vorgesehen, sodass das Steuergerät 3 anhand der gewünschten Verzögerung und einer tatsächlichen Verzögerung ein
Betätigungssignal für die elektromechanischen Bremsen 4 generieren kann, um die gewünschte Verzögerung des Fahrzeuges 11 zu erreichen. Das Betätigungssignal kann eine Eingangsspannung für den Elektromotor der elektromechanischen
Bremsen 4 sein, um diesen unmittelbar zu betätigen, beispielsweise eine Spannung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Fahrzeugkomponente, welche auch hier als Starrachse ausgebildet ist. Im
Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestelltem Ausführungsbeispiel sind hier zwei Steuergeräte 3 vorgesehen, sodass jeder elektromechanischen Bremse 4 ein Steuergerät 3 zugeordnet ist. Die Steuergeräte 3 können über eine durch eine Signalleitung oder auch drahtlos gebildete Datenverbindung 12 derart verbunden sein, dass ein Datenaustausch zwischen den Steuergeräten 3 möglich ist, um beispielsweise eine Fahrstabilität durch koordinierte Bremseingriffe an linkem und rechtem Rad gewährleisten zu können.
Fig. 3 zeigt eine weitere, als Einzelradaufhängung ausgebildete
Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug 11 mit einem Lenkungsaktuator 9 zur Bereitstellung einer Lenkbewegung, welche beispielsweise ein lenkbares, linkes Vorderrad eines Kraftfahrzeuges bilden kann. Es versteht sich, dass eine
Fahrzeugkomponente für ein zweites Rad an einer gegenüberliegenden Seite des Fahrzeuges 11 , hier also das rechte Vorderrad, analog ausgebildet sein kann. Wie dargestellt ist der elektromechanischen Bremse 4 ein Steuergerät 3 zugeordnet. Das Fahrzeug 11 ist hier als Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei ein Antriebselektromotor auch gleichzeitig als Generator 10 zum Umwandeln von Bewegungsenergie in elektrische Energie bei einem Bremsvorgang ausgebildet ist. Das Steuergerät 3 ist hier für einen Signalaustausch mit einem nicht dargestellten Motorsteuergerät verbunden, sodass das Steuergerät 3 für die elektromechanische Bremse 4 abhängig von einer gewünschten Verzögerung und dem eingesetzten Antriebsmotor genau dann aktiviert werden kann, wenn eine gewünschte Verzögerung durch Einsatz des Generators 10 bzw. durch Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie alleine nicht erreichbar ist, beispielsweise weil dies den
Generator 10 überlasten würde. Das Steuergerät 3 ist somit hier zur Koordination einer Bremsung in Verbindung mit einem eingesetzten Generator 10 ausgebildet.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Fahrzeug 11 mit vier erfindungsgemäßen
Fahrzeugkomponenten. Wie schematisch angedeutet sind die einzelnen
Steuergeräte 3 für einen Datenaustausch durch Datenverbindungen 12 verbunden, beispielsweise mit einem CAN-Bus oder über eine kabellose Verbindung 12. Weiter sind nicht dargestellte Beschleunigungssensoren vorgesehen. Es kann mit einem derart ausgebildeten Fahrzeug 11 eine Antiblockiersystem-Funktion und/oder eine Fahrdynamikstabilisierungs-Funktion mit den einzelnen Steuergeräten 3 erreicht werden, wobei auf einen zusätzlichen Fahrdynamikrechner verzichtet werden kann. So kann auf den einzelnen Steuergeräten 3 eine lokale Kopie eines Fahrdynamik- Stabilisierungs-Algorithmus oder dergleichen ausgeführt werden, um abhängig von einer gewünschten Bewegung des Fahrzeuges 11 und einer tatsächlichen
Bewegung des Fahrzeuges 11 über koordinierte Eingriffe an den einzelnen elektromechanischen Bremsen 4 unerwünschten Bewegungen und/oder
Beschleunigungen entgegenzusteuern.
Bei einem erfindungsgemäßen Steuergerät 3 kann ein Verzögerungswunsch eines Fahrers, beispielsweise von einem Bremspedal, oder eines autonomen
Fahrzeuges 11 als Eingangssignal wirken. Es kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 3 auch selbst einen Verzögerungswunsch erkennen bzw. generieren kann, beispielsweise wenn ein Steuersignal ausfällt oder gar nicht vorhanden ist, wie es insbesondere an einem Anhänger sein könnte. Dazu wird eine Verzögerung erkannt, die insbesondere mit einem Beschleunigungssensor ermittelt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann die Verzögerung auch aus einer Krafterfassung in einer Anhängevorrichtung, einer sinkenden Raddrehzahl, einem Anliegen einer Spannung am Bremslicht oder einer Kombination dieser Signale ermittelt werden.
Das Steuersignal kann beispielsweise über Bussysteme wie CAN, Flexray, über pulsweitenmodulierte Signale oder analog kommen. Beispielsweise gibt es elektromagnetische Trommelbremsen, bei denen ein pulsweitenmoduliertes Signal oder ein Stromsignal an den Elektromagneten in der Trommelbremse angeschlossen ist und damit gleichzeitig Steuersignal als auch Energieversorgung ist.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der sonst auf die Magneten wirkende Strom an einen Elektromotor zur
Bremsbetätigung geschaltet wird. Dazu ist es günstig, wenn die elektromechanische Bremse 4 möglichst wenig unerwünschte Reibung in der Betätigung hat, um möglichst wenig Flysterese zwischen Betätigen und Lösen zu zeigen.
Reibung kann mit Wälzlagerung wesentlicher Komponenten verringert werden.
Weiters ist es günstig, wenn die elektromechanische Bremse 4 einen zumindest stetigen oder steigenden, insbesondere von Sattelstellen freien Verlauf zwischen Steuersignal und Anpresswirkung hat, damit der Betätigungsmotor eine mit einer Belagsanpressung steigenden Strom erreicht. Hierzu ist es günstig, wenn die
Übersetzung in der elektromechanischen Bremse 4 linear oder der Anforderung entsprechend linear genug ist, sodass der Motor eine dem Strom entsprechende Stellung gewünschter Bremswirkung annimmt.
Weiters ist es in einer einfachsten Bauweise günstig, wenn das Steuersignal ein pulsweitenmoduliertes Signal ist, welches zumindest über den Betätigungsvorgang sogar mechanische Auswirkung auf die Bremse hat und die mechanische Hysterese in der Bremse zum Vibrieren zwischen Betätigen und Lösen bring und somit die Reibung„freischüttelt“.
Eine Feder in der Bremse kann das Lösen erleichtern. In einem einfachsten Fall würde sich die Steuerung auf die Verteilung des Verzögerungssignales auf die Bremsen beschränken und gegebenenfalls noch Zusatzinformationen
berücksichtigen und insbesondere die Bremsen nur bei Spannung am Bremslicht einschalten, um Motorbremswirkung besser nutzen zu können.
Vorteilhaft ist es, die elektromechanische Bremse 4 mit einer Steuerung des Motors zu versehen. In diesem Fall ist eine Stromversorgung des Steuergerätes 3 günstig, welche bevorzugt bei Erkennen bestimmter Eingangssignale das Steuergerät 3 einschaltet und dann wieder ausschaltet. Dieser Schaltvorgang kann natürlich seitens der Stromversorgung zum Steuergerät 3 erfolgen oder im Steuergerät 3 selbst.
Der Ausschaltvorgang kann verzögert sein und beispielsweise auch in einen
Stromsparzustand führen und noch weitere Berechnungen zulassen, insbesondere in einem Temperaturmodell einen Abkühlvorgang modellieren.
Vorteilhaft ist es, wenn die zugrundeliegende Physik im Steuergerät 3 ganz oder teilweise nach dem im Folgenden beschrieben Aufbau abgebildet wird: Das
Eingangssignal ist wie beschrieben ein Verzögerungswunsch, der wie auch immer dargestellt wird, z.B. 0 bis -1g, was einer Vollbremsung eines üblichen Straßenfahrzeuges entspricht. Dieser Verzögerungswunsch hat im Gegensatz zur gemäß dem Stand der Technik üblichen Pedalkraft oder Pedalstellung den Vorteil, dass er unabhängig von Einflüssen ist wie insbesondere stark schwankender Nutzlast, Straßenhaftung, Fahrzeugstabilität wie Schleudern oder Radblockieren.
Physikalisch richtig und vorteilhaft ist es, den Verzögerungswunsch mit
Fahrzeugdaten in ein Bremsmoment umzuwandeln, wobei die Fahrzeugdaten beispielsweise Gewicht,„biending“ und Fahrdynamik wie ABS, ESP, sway-control sein können. Die Ansteuerung des eigentlichen Algorithmus zur elektromagnetischen Bremsen-Steuerung erfolgt im bevorzugt als Bremsmoment, zumal damit die
Bremskräfte am Reifen bekannt sind, die für die Fahrzeugstabilität maßgeblich sind. Dieses Bremsmoment, oder alternativ ein dazu in Verbindung stehender Wert wie beispielsweise 0 bis 100%, wird bevorzugt in eine Bremskraft am Bremsbelag umgerechnet und dann über den augenblicklichen Reibbeiwert in eine Anpresskraft des Bremsbelages. Diese Anpresskraft kann über einen Motorstrom oder eine Motorposition erreicht werden. Es wird das Leistungssignal für den Elektromotor ausgegeben, insbesondere pulsweitenmodulierte Ströme für einen Dreiphasenmotor wie einen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Rückmeldungen wie Motorposition, Winkel und dergleichen können an das
Steuergerät 3 zurückgegeben werden, ebenso Temperaturen, Messwerte für
Belagsverschleiß Raddrehzahl und dergleichen.
Diese Rückmeldewerte können vorteilhaft an einen Algorithmus
„Gesamtfahrzeugsteuerung“ gehen und beispielsweise für die bekannte
Fahrzeugstabilitätsregelung verwendet werden wie ABS, ESP. Hier kann auch z.B. sway-control, welches eine Vermeidung von Anhängerschlingerbewegungen bewirkt, stattfinden sowie ein an die elektromechanische Bremse 4 angepasstes ABS, welches nicht auf Rütteln durch Betätigen-Lösen aufbaut, sondern ein günstiges Bremsmoment einstellt. Auch die Gewichtsverteilung am Fahrzeug 11 kann hier richtig auf die einzelnen Bremsmomente aufgeteilt werden.
Auch ein Abreißen des Anhängers kann zur Auslösung von Notbremsung oder ABS gesteuerter Notbremsung durch das Steuergerät 3 führen. Ebenso kann in dieser „Gesamtfahrzeugsteuerung“ ein„biending“ mit anderen bremsen stattfinden, z.B. mit Dauerbremsen wie Retarder oder einer regenerativen Bremsung bei einem
Elektroantrieb. Auch Gangschaltungen, Differentialsperren, Lenkwinkel können von dieser Gesamtfahrzeugsteuerung übernommen werden. Es kann vorgesehen sein, dass in dem Bremssteuergerät eine lokale Kopie eines sonst möglichen zentralen Fahrzeugsteuergerätes gegeben ist. So werden gemäß dem Stand der Technik zentrale Aufgaben wie Fahrzeugstabilität oder Biending in einem ESP-Steuergerät zentral durchgeführt werden. Beim einem Steuergerät 3 gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass keine weiteren Rechner erforderlich sind, sodass auf das zentrale ESP-Steuergerät verzichtet werden kann. Die hier beschriebenen
Steuergeräte 3 bzw. Bremssteuergeräte sind somit ausreichend. Hierzu wird vorzugsweise folgender Ansatz durchgeführt: Wenn eine Aufgabe von einem
Computer gelöst werden kann, beispielsweise zentral, dann können Kopien dieses Algorithmus die Aufgabe ganz genauso lösen, wenn sie über dasselbe Wissen verfügen. Damit können alle zentralen Aufgaben auch von lokalen Kopien in
Steuergeräten 3 für die Bremsen bzw. Bremssteuergeräten erfüllt werden, wenn diese ebenso über Beschleunigungsdaten, Raddrehzahlen und dergleichen verfügen.
Das Einsparen des zentralen Steuerungsgerätes kann auch als Sicherheitsvorteil genutzt werden, zumal Fehler in einem zentralen Steuergerät 3 sich auf alle angeschlossenen Bremssteuergeräte auswirken würden. Bevorzugt können die Bremssteuergeräte oder Algorithmen auch Daten austauschen, insbesondere um ungleiche Rechenergebnisse verschiedener Algorithmen erkennen zu können. Da die Kopie eines zentralen Algorithmus auch Lenkwinkelsignale erhalten kann, kann auch die Lenkungssteuerung durch dieses Steuergerät 3 erfolgen. Für
Fahrzeugstabilität können dann nicht nur Bremseingriffe ausgelöst werden, sondern auch Lenkeingriffe. Mit einem Verschleißsensor an jeder elektromechanischen Bremse 4 kann gleichmäßiger Belagsverschleiß an allen Rädern unterstützt werden, indem die Bremsen in geringem Ausmaß bezüglich des Verschleißes richtig gesteuert werden, ohne dabei erkennbar negativen Einfluss auf gleichmäßiges Bremsen zu nehmen. Mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponente ist eine kostengünstige und robuste Herstellung eines Fahrzeuges 11 möglich, wobei das Fahrzeug 11 sowohl als angetriebenes Fahrzeug 11 als auch als Anhänger ausgebildet sein kann. Die Fahrzeugkomponente kann als Einzelradaufhängung genauso wie als Starrachse für einen besonders einfachen und robusten Aufbau ausgebildet sein. Bei einem
Fahrzeug 11 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugkomponenten kann auf einen zentralen Fahrdynamikrechner zur Bereitstellung von Stabilisierungsfunktionen für das Fahrzeug 11 verzichtet werden, weil eine entsprechende Funktionalität in den einzelnen Steuergeräten 3 umsetzbar ist, sodass eine besonders kostengünstige Herstellung eines Fahrzeuges 11 möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugkomponente, insbesondere Radaufhängung, aufweisend einen Bremsbelag und einen bewegbar zum Bremsbelag angeordneten Reibbelag, welcher insbesondere an einer Radnabe (7) angeordnet ist, sowie eine Bremse, mit welcher eine Bewegungsenergie in thermische Energie wandelbar ist, um eine Bewegung des Reibbelages relativ zum Bremsbelag zu bremsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse als elektromechanische Bremse (4) ausgebildet ist und einen auf den Bremsbelag wirkenden Motor aufweist, sodass der Bremsbelag an den
Reibbelag andrückbar ist, und dass die Fahrzeugkomponente ein auf den Motor wirkendes Steuergerät (3) umfasst und der Motor mit einem Betätigungssignal des Steuergerätes (3) abhängig von einer vorgegebenen Verzögerung, welche als Eingangssignal in das Steuergerät (3) eingeht, betätigbar ist.
2. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponente eine Einzelradaufhängung ist.
3. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponente eine Starrachse ist.
4. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Räder und zwei den Rädern zugeordnete Bremsen vorgesehen sind, wobei die Motoren der Bremsen über ein zentrales Steuergerät (3) betätigbar sind.
5. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Motor über ein Getriebe mit dem Bremsbelag verbunden ist.
6. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe über einen Betätigungshub eine veränderliche Übersetzung aufweist.
7. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Kugelrampe aufweist.
8. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein mit dem Steuergerät (3) verbundener
Beschleunigungssensor vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (3) zur Ausgabe eines Betätigungssignals an den Motor abhängig von einer mit dem
Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigung und der vorgegebenen Verzögerung ausgebildet ist.
9. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein mit dem Steuergerät (3) verbundener Sensor zur Erfassung von Temperatur, Wärmedehnung, Reibbeiwert, Betätigungszeit, Raddrehzahl und/oder Verschleiß vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (3) zur Berücksichtigung einer oder mehrerer mit dem zumindest einen Sensor gemessenen Größen ausgebildet ist, um das Betätigungssignal für den Motor abhängig von der vorgegebenen Verzögerung und der zumindest einen gemessenen Größe zu bilden.
10. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Motor als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist.
11. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) an einem starr mit dem Motor
verbundenen Bauteil angeordnet ist.
12. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) mit dem starr mit dem Motor verbundenen Bauteil über ein elastisches und dämpfendes Verbindungsmittel verbunden ist, wobei das
Steuergerät (3) vorzugsweise in eine Vergussmasse, insbesondere Kunstharz, eingegossen ist.
13. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) eine Einrichtung zur drahtlosen
Kommunikation, insbesondere ein Bluetooth-Modul, ein WIFI-Modul, aufweist, sodass Daten des Steuergerätes (3) drahtlos mit einer stationären EDV-Anlage, einem Mobiltelefon oder dergleichen ausgetauscht werden können.
14. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, vorgesehen ist, welcher geladen werden kann, wenn die Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug (11 ) mit einer zentralen Spannungsversorgung angeordnet ist, und mit welchem die Bremse auch dann betätigbar ist, wenn die Fahrzeugkomponente an einem Fahrzeug (11 ) mit einer zentralen Spannungsversorgung angeordnet ist und die zentrale Spannungsversorgung ausgefallen ist.
15. Fahrzeug (11 ) mit mehreren Fahrzeugkomponenten, welche jeweils eine Radnabe (7) und eine Bremse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponenten nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet sind.
16. Fahrzeug (11 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11 ) als Anhänger ausgebildet ist.
17. Fahrzeug (11 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (3) der einzelnen Fahrzeugkomponenten verbunden sind, insbesondere über CAN-Bus, und zumindest ein Sensor zur Bestimmung einer Bewegung und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges (11 ) vorgesehen ist, wobei die Steuergeräte (3) dazu eingerichtet sind, dass diese über Betätigungssignale für die zugeordneten Motoren von einer vorgegebenen gewünschten Bewegung
abweichenden Bewegungen des Fahrzeuges (11 ) entgegenwirken, wobei mit den Steuergeräten (3) insbesondere eine Antiblockiersystem-Funktion und/oder eine Fahrdynamik-Stabilisierungs-Funktion und/oder einer Funktion zum Verhindern und/oder Reduzieren von Schlingerbewegungen umsetzbar ist.
18. Fahrzeug (11 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponente über eine Energieversorgung und durch eine Leitung (13) mit elektrischer Energie versorgt wird, mit welcher auch ein Licht, insbesondere ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Blinklicht, ein Rückfahrlicht oder eine separate Energieversorgungsleitung mit elektrischer Energie versorgt wird.
19. Fahrzeug (11 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11 ) einen elektrischen Generator (10) aufweist, mit welchem das Fahrzeug (11 ) unter Umwandlung von Bewegungsenergie des Fahrzeuges (11 ) in elektrische Energie abbremsbar ist, wobei das Fahrzeug (11 ) derart eingerichtet ist, dass die Bremse über das Steuergerät (3) aktiviert wird, wenn eine gewünschte Verzögerung mit dem Generator (10) alleine nicht erreichbar ist.
20. Fahrzeug (11 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bremse über das Steuergerät (3) betätigbar ist, wenn das Fahrzeug (11 ) steht, um eine Diebstahlsicherung auszubilden.
21. Fahrzeug (11 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass ein mit dem Steuergerät (3) verbundener Pedalsensor vorgesehen ist, um eine Stellung eines Bremspedals zu bestimmen, wobei eine Pedalstellung als Eingangswert in das Steuergerät (3) eingeht.
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