WO2024120570A1 - Bremssystem eines mittels einer elektrischen maschine elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs - Google Patents

Bremssystem eines mittels einer elektrischen maschine elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2024120570A1
WO2024120570A1 PCT/DE2023/100857 DE2023100857W WO2024120570A1 WO 2024120570 A1 WO2024120570 A1 WO 2024120570A1 DE 2023100857 W DE2023100857 W DE 2023100857W WO 2024120570 A1 WO2024120570 A1 WO 2024120570A1
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brake
disc
electric machine
housing
central release
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PCT/DE2023/100857
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Doris Maria WIMMER
Simon Ortmann
Benedikt Grubauer
Alan BARRERA BOHORQUEZ
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F16D55/32—Brakes with only one rotating disc actuated by a fluid-pressure device arranged in or on the brake
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    • B60T1/062—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels acting otherwise than on tread, e.g. employing rim, drum, disc, or transmission or on double wheels acting on transmission parts
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    • F16D2121/02—Fluid pressure
    • F16D2121/04—Fluid pressure acting on a piston-type actuator, e.g. for liquid pressure

Definitions

  • the present invention relates to a braking system of a motor vehicle that can be electrically driven by means of an electric machine, wherein the braking system comprises a brake with a brake disc, which can be subjected to a friction torque by means of a brake actuator, and the electric machine has a rotor which is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and also to be able to offer users the usual driving comfort.
  • a detailed description of an electric drive can be found, for example, in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged coaxially to a bevel gear differential.
  • Such motor vehicles with a hybridized or electrified drive train can not only accelerate and brake with the help of an electric machine, but also.
  • the electric machine is operated as a generator and the recuperated energy is used, for example, to charge the battery.
  • an additional mechanical braking device is still required. With drives close to the wheels, such as a wheel hub motor or an electric axle, this results in a more difficult installation space situation.
  • E-Wheel Drive brakes with discs are often used to slow down the vehicle.
  • brakes in the design Disc brakes with floating calipers, disc brakes with fixed calipers, drum brakes and multi-disc brakes are known.
  • DE 10 2019 120 409 A1 discloses a braking device for a wheel hub drive arrangement in which the brake partners that are fixed relative to the circumferential direction have cooling channels.
  • the axially movable brake partner is actuated via brake cylinders.
  • the brake partner that is movable in the circumferential direction is designed as a disk carrier.
  • a braking system of a motor vehicle that can be electrically driven by means of an electric machine
  • the braking system comprises a brake with a brake disc, which can be subjected to a friction torque by means of a brake actuator
  • the electric machine has a rotor which is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner
  • the brake is accommodated in a brake housing and the brake disc is coupled to the rotor of the electric machine in a torque-transmitting manner.
  • the braking system according to the invention supplements the recuperation of the electric machine in generator mode in driving situations where this alone cannot provide the desired braking energy. These are, for example, driving situations with a low vehicle speed or speed of the electric machine or stopping at a standstill or braking at low temperatures.
  • an additional, encapsulated brake is that the braking energy can be transferred as heat to the thermal management of the vehicle, without the energy having to be stored in the vehicle's battery, for example.
  • brake dust particles are not released into the environment. If legal regulations allow this in the future, it may also be possible to dispense with wheel brakes on one axle, for example.
  • Such a brake is sometimes also referred to as a complementary brake.
  • the brake is preferably arranged in a brake housing.
  • the brake housing encloses the brake.
  • a brake housing can also accommodate one or more brake actuators.
  • the brake housing can also be part of a cooling system and designed in such a way that cooling fluid is supplied to the brake system via the brake housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • the brake housing protects the complementary brake from external mechanical and/or chemical influences.
  • a brake housing can in particular be made from a metallic material.
  • the brake housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the brake housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the brake housing to be made in one piece or in multiple parts.
  • the brake housing can also be designed entirely or partially as part of a motor housing of an electrical machine or a transmission housing of a transmission coupled to the electrical machine.
  • the brake housing and the motor housing or the transmission housing preferably form a structural unit.
  • the brake housing can be screwed to the engine housing or the transmission housing, for example.
  • the brake housing is preferably designed in such a way that abrasion that occurs during braking cannot escape from the brake housing. This can prevent unwanted pollution of the environment with brake abrasion.
  • encapsulating the brake system in this way can also reduce braking noise in the environment. Another advantageous aspect of this encapsulation is that the braking performance of the brake system is independent of the weather conditions outside the vehicle.
  • a brake actuator has the particular function of actuating the brake, i.e. putting it into a frictionally engaged operating state and an operating state released from the frictional engagement.
  • the brake actuator can be actuated in particular pneumatically, hydraulically, by electric motor, mechanically, electromagnetically or by any combination of these.
  • the brake actuator is preferably configured as a hydraulically actuated central release mechanism.
  • the braking system according to the invention is preferably provided for a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine.
  • Electric machines in the sense of this application serve to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged to be movable relative to the stationary part.
  • an electric machine can be designed in particular as a rotary machine. In such rotary electric machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines.
  • a radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the axial direction.
  • an electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electrically driven motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electric machine particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds of more than 5,000 rpm, particularly preferably more than 10,000 rpm, very particularly preferably more than 12,500 rpm.
  • the electrical machine can have a housing, which is also referred to as a motor housing.
  • the motor housing encloses the electrical machine.
  • a The motor housing can also accommodate the control and power electronics, and preferably also at least parts of the braking system.
  • the motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid is supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the motor housing surfaces.
  • the motor housing protects the electric machine and any electronics from external mechanical and/or chemical influences.
  • a motor housing of the electric machine can in particular be made from a metallic material.
  • the motor housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the motor housing of the electric machine to be made in one piece or in several parts.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies formed from rotor laminations arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand results in a weight saving and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • the rotor shaft can be coupled in particular to the brake shaft of the complementary brake.
  • the electric machine and/or the brake can preferably be coupled to a transmission which is designed in particular to generate a drive torque for the motor vehicle.
  • the drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.
  • the electric machine and/or the brake and the transmission are arranged in a common drive train housing.
  • the electric machine it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, whereby the structural unit can then be effected by fixing the gear arrangement relative to the electric machine.
  • This structural unit is sometimes also referred to as an electric axle.
  • the drive train housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. In principle, however, it would also be possible to form the drive train housing from a plastic.
  • the drive train housing can particularly preferably have a pot-like basic shape, so that the electric machine and the gear can be inserted into the drive train housing via the open front side of the drive train housing.
  • the electric machine preferably has a motor housing and/or the gearbox a gearbox housing, the structural unit then being effected by fixing the gearbox relative to the electric machine.
  • the gearbox housing is a housing for accommodating a gearbox. Its job is to guide existing shafts via the bearings and to grant the wheels (possibly cam disks) the degrees of freedom they require under all loads without hindering their rotation and possible path movement, as well as to absorb bearing forces and support moments.
  • a gearbox housing can be single- or multi-shell, i.e. undivided or divided.
  • the gearbox housing should in particular also be able to dampen noise and vibrations and safely accommodate hydraulic fluid.
  • the gearbox housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary molding process such as casting or die casting.
  • the transmission can further preferably be configured as a planetary transmission or comprise a planetary transmission.
  • the planetary transmission can preferably have a sun gear and a plurality of planetary gears that mesh with the sun gear and are rotatably mounted in a planetary gear carrier, which move in rotation around the sun gear, as well as a ring gear arranged coaxially to the sun gear, in which the planetary gears roll.
  • the transmission can also have a differential gear.
  • a differential gear is a planetary gear with one input and two outputs. Its function is usually to drive two wheels of a motor vehicle so that they can turn at different speeds in curves but with the same propulsive force.
  • one or more separating clutches can be provided within the torque path between the electric machine and a vehicle wheel.
  • a separating clutch can, for example, be arranged between the output of the electric machine and the input of the transmission, so that the electric machine can be decoupled from the transmission, thereby enabling the motor vehicle to coast. It would also be conceivable to arrange a separating clutch between the output of the transmission and a vehicle wheel or wheels, thereby also enabling the motor vehicle to coast. Finally, it is also possible to arrange a separating clutch between the input of the braking system and the output of the electric machine, whereby the braking system can be completely decoupled from the electric machine.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PCs), lorries (HGVs), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (KOM) or tractors.
  • the brake system can have a brake cooling circuit to dissipate heat from the brake.
  • the advantage of this embodiment is that the heat generated by the frictional energy of the brake can be dissipated and made available, for example, to a thermal management system of a motor vehicle.
  • cooling the brake can increase its braking performance and, in particular, reduce so-called thermal fading, i.e. a loss of braking force due to heat.
  • thermal management refers to the needs-based and efficient control of thermal energy flows in a particularly battery-operated, electrically driven motor vehicle according to the prevailing operating or load state.
  • the thermal management system of the motor vehicle can comprise a hydraulic control system.
  • a hydraulic control system directs the volume flows within a thermal management system of a motor vehicle by means of switching elements that act hydraulically on a fluid, such as valves, slides, pumps and the like.
  • the hydraulic control system can, for example, completely or partially throttle a volume flow and/or distribute it to the relevant heat sources and sinks in sub-circuits of the thermal management system of a motor vehicle.
  • the hydraulic switching elements are controlled and switched by the electronic control unit.
  • a hydraulic switching element can be a hydraulic pump, a switching valve, a controllable throttle valve and the like.
  • a hydraulic switching element can preferably be controlled electrically.
  • a hydraulic switching element preferably has at least two different, switchable operating states in which the hydraulic switching element acts in different ways on the corresponding fluid in a circuit.
  • the brake has a brake cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the brake, wherein the hydraulic control unit acts on the brake cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element to influence the volume flows in the brake cooling circuit.
  • the electric machine has an engine cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the electric machine, wherein the hydraulic control unit acts on the engine cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element to influence the volume flows in the engine cooling circuit.
  • the thermal management system further comprises an inverter with an inverter cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the inverter, wherein the hydraulic control unit acts on the inverter cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element in order to influence the volume flows in the inverter cooling circuit.
  • the vehicle battery has a battery cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the vehicle battery, wherein the hydraulic control unit acts on the battery cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element to influence the volume flows in the battery cooling circuit.
  • the brake actuator is designed as a central releaser, which has a central releaser piston that can be axially displaced by hydraulic pressure application using a hydraulic fluid, wherein a rotationally fixed disk with at least one cooling channel connected to the brake cooling circuit is arranged on the axial end of the central releaser piston in the release direction, which can be brought into frictional engagement with the brake disk by the central releaser.
  • the central release is preferably integrated into a hydraulic release system.
  • a hydraulic release system usually has a master cylinder that transfers the pressure generated on the master cylinder to the slave cylinder, in this case a central release, via a hydraulic pressure line.
  • the hydraulic pressure can also be provided in particular by means of a so-called power pack, which consists of a hydraulic pump and a hydraulic pressure accumulator that can be acted upon by the hydraulic pump.
  • a pressure chamber of the slave cylinder can then be hydraulically pressurized, for example, by a master cylinder that is controlled by a control unit by means of an electric motor, or by a hydraulic pump, possibly with the assistance of a pressure accumulator.
  • a so-called power pack can advantageously be used, which switches several pressure circuits via a central hydraulic pump and corresponding valves.
  • a central release mechanism preferably has a central release mechanism housing.
  • the central release mechanism housing has the function of accommodating components of the central release mechanism, in particular the movable central release mechanism piston, and protecting them from external mechanical or chemical influences.
  • the central release mechanism housing also has the function of allowing the central release mechanism to be easily installed and fixed within the brake system.
  • the central release mechanism housing can be made from one piece or several pieces.
  • the central release mechanism housing can preferably be made from a plastic, a metallic material and/or a ceramic material.
  • the central release mechanism piston chamber formed in the central release mechanism housing serves to accommodate and guide the central release mechanism piston, which is mounted in a linearly movable manner in the central release mechanism housing.
  • the central releaser also has a central releaser piston.
  • the central releaser piston has the function of converting a hydraulic pressure application into a linear displacement of the central releaser piston, which causes the clutch system to be transferred from an engaged operating state to a disengaged operating state.
  • the central releaser can have an annular central release piston or several central release pistons (multi-piston releasers).
  • the central release mechanism preferably has at least one central release mechanism piston seal.
  • the central release mechanism piston seal seals the linearly movable central release mechanism piston from the central release mechanism housing that accommodates the central release mechanism piston.
  • the central release mechanism piston seal can in particular be designed as a seal. It is particularly preferred that the central release mechanism piston seal is formed from an elastic, particularly preferably rubber-elastic material.
  • the elastic material can preferably consist entirely or partially of an elastomer, with the elastomers again preferably being selected from the group of vulcanizates of natural rubber and silicone rubber.
  • the hydraulic fluid in a motor vehicle's hydraulic release system has the function of transferring energy in the form of pressure with as little loss as possible, for example within a vehicle's clutch system.
  • the hydraulic fluid can also provide lubrication and corrosion protection for the moving parts and metal surfaces of the hydraulic release system. It can also remove impurities (e.g. from abrasion), water and air, as well as waste heat.
  • the central release piston and/or the central release housing are formed from a plastic. This can achieve the effect in particular that the central release can be manufactured cost-effectively and designed to be particularly weight-optimized.
  • the at least one cooling channel of the disc is connected to the brake cooling circuit by means of an axially movable hydraulic connection.
  • a hydraulic connection can be, for example, a flexible hydraulic hose.
  • the central releaser is arranged in the area of the radially outer circumference of the brake disc, so that the central releaser piston actuates the disc in such a way that a frictional connection can be established between the brake disc and the disc in the area of the radially outer circumference of the brake disc.
  • the central releaser is arranged in the area of the radially inner circumference of the brake disc, so that the central releaser piston actuates the disc in such a way that a frictional connection can be established between the brake disc and the disc in the area of the radially outer circumference of the brake disc.
  • This alternative arrangement of the central releaser therefore provides for the central releaser piston to be placed on a smaller diameter.
  • This arrangement could have advantages for the design of the central releaser piston seals and central releaser piston, and the heat capacity of the disc would increase due to the larger mass.
  • more cooling channels could be installed, which can have a positive effect on heat dissipation.
  • the central release mechanism has a central release mechanism housing that is formed integrally, in particular monolithically, with the brake housing, which results in a higher degree of system integration and can consequently also have a positive influence on the manufacturing costs of the brake system.
  • the brake disc can also be advantageous for the brake disc to be connected in a rotationally fixed manner to a brake shaft coupled to the rotor of the electric machine.
  • the brake shaft and the rotor can also be formed in one piece, in particular monolithically.
  • the central release mechanism can be arranged on the side of the brake housing facing the electric machine.
  • an arrangement on the side of the brake housing facing away from the electric machine is also conceivable. brake housing, which can have space and temperature advantages.
  • the invention can also be advantageously designed such that the brake is configured as a dry-running brake. It is therefore preferred that the brake system is designed as a "dry" brake system that has cooling channels or cooling hoses in one of the brake components - preferably in the non-rotating one.
  • a coolant for example a water-glycol mixture or a cooling oil, is transported through these to the thermal management system of the motor vehicle.
  • a "dry” brake system has the advantage that it generates significantly fewer losses when not actuated and the coefficient of friction and thus the braking torque is more constant.
  • Figure 1 shows an axle drive train with a braking system in a schematic axial sectional view
  • Figure 2 shows a braking system in a schematic axial section
  • Figure 3 shows a motor vehicle with an electric drive train in a schematic block diagram.
  • Figure 1 shows a braking system 1 of a motor vehicle 3 that can be driven electrically by means of an electric machine 2.
  • the braking system 1 also has a service braking system for selectively applying braking torque to at least the vehicle wheels 24 of the first vehicle axle and a second vehicle axle.
  • the service braking system has drum or disc brakes arranged on the vehicle wheels.
  • the braking system 1 comprises a brake 4 with a brake disk 5, which can be subjected to a friction torque by means of a brake actuator 7 and thus generates a braking torque.
  • the electric machine 2 has a rotor 8, which is coupled to at least one vehicle wheel 24 of the motor vehicle 3 in a torque-transmitting manner.
  • the brake 4 is accommodated in a brake housing 9 and the brake disk 5 is connected to the rotor 8 of the electric machine 2 in a torque-transmitting manner, so that a braking torque generated by the brake 4 can act on the vehicle wheel 24 via the rotor 8.
  • the brake disk 5 is connected in a rotationally fixed manner to a brake shaft 23 coupled to the rotor shaft 27 of the electric machine 2.
  • three different deceleration moments can act on one or more of the vehicle wheels 24: the deceleration moment generated by the brake 4, the deceleration moment generated by the electric machine 2 and/or the deceleration moment generated by the service brake system.
  • these three available deceleration moments can be combined with one another and applied in a controlled manner.
  • the brake system 1 further comprises a brake cooling circuit 10 for dissipating heat from the brake 4.
  • the brake cooling circuit 10 is separated from the friction surfaces the brake 4 is decoupled so that the brake 4 is configured as a dry-running brake.
  • the heat dissipated from the brake 4 is then made available to a thermal management system of the motor vehicle 3 via the heat exchanger 22.
  • the brake actuator 7 is designed as a central releaser 11, which has a central releaser piston 13 that can be axially displaced by hydraulic pressure application using a hydraulic fluid 12, which can be clearly seen in Figure 2.
  • a rotationally fixed disk 15 with at least one cooling channel 16 connected to the brake cooling circuit 10 is arranged, which can be brought into frictional engagement with the brake disk 5 by the central releaser 11.
  • the at least one cooling channel 16 of the disc 15 is connected to the brake cooling circuit 10 by means of an axially movable hydraulic connection 17 - for example a flexible hydraulic hose.
  • the central releaser 11 is arranged on the side of the brake housing 9 facing the electric machine 2 and in the region of the radially outer circumference of the brake disc 5, so that the central releaser piston 13 actuates the disc 15 such that a frictional connection can be established between the brake disc 5 and the disc 15 in the region of the radially outer circumference of the brake disc 5.
  • the central release mechanism 11 has a central release mechanism housing 6 which is formed integrally, in particular monolithically, with the brake housing 9.
  • Figure 3 also shows that the brake shaft 23 is rotatably mounted in the brake housing 9.
  • This brake shaft 23 has a Connection to the rotor 8 of the electric machine 2 and thus rotates at the engine speed.
  • the brake 4 in the torque flow behind the gearbox 26, so that in this case the brake shaft 23 rotates at the wheel speed of the vehicle wheel 24. In certain driving situations, which are regulated by the vehicle control system, the brake 4 is then actuated via the central releaser 11.
  • the central release piston 13 forms a pressure chamber with the brake housing 9 and the central release piston seals 18, 19.
  • the central release piston 13 is then axially displaced with the aid of a hydraulic fluid 12 and an actuating device (not shown).
  • the disk 15 is attached to the central release piston 13 and has one or more cooling channels 16 and/or hydraulic connections 17 in the form of hydraulic hoses.
  • a braking torque is generated which is absorbed by a torque support 20 on the brake housing 9. Part of the heat generated during braking is transferred to the thermal management system of the motor vehicle 3 via the cooling channels 16 or hoses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Bremse (4) mit einer Bremsscheibe (5) umfasst, welche mittels eines Bremsaktuators (7) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Bremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremsscheibe (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist.

Description

Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Bremse mit einer Bremsscheibe umfasst, welche mittels eines Bremsaktuators mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich beispielsweise aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist.
Hierbei können derartige Kraftfahrzeuge mit einem hybridisierten oder elektrifizierten Antriebstrang nicht nur mit Hilfe einer elektrischen Maschine beschleunigen und sondern auch abbremsen. Beim Bremsvorgang wird hierzu die elektrische Maschine generatorisch betrieben und die rekuperierte Energie beispielsweise zum Laden des Akkus verwendet. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch weiterhin eine weitere, mechanische Bremsvorrichtung benötigt. Bei radnahen Antrieben, wie beispielsweise einem Radnabenmotor oder einer elektrischen Achse, ergibt sich hierbei eine erschwerte Bauraumsituation.
Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem elektrischen Radnabenantrieb, einem sogenannten E-Wheel Drive, kommen oftmals Bremsen mit Lamellen zum Einsatz, um das Fahrzeug abzubremsen. Es sind aber auch Bremsen in der Ausführung als Scheibenbremse mit Schwimmsattel, Scheibenbremse mit Festsattel, Trommelbremse und Mehrscheibenbremse bekannt.
Aus der DE 10 2019 120 409 A1 ist beispielsweise eine Bremsvorrichtung für eine Radnabenantriebsanordnung bekannt, bei der die gegenüber der Umfangsrichtung feststehenden Bremspartner Kühlkanäle aufweisen. Der axial bewegliche Bremspartner wird über Bremszylinder betätigt. Der in Umfangsrichtung bewegliche Bremspartner ist als Lamellenträger ausgebildet.
Ferner existiert eine zunehmende Anforderung, die Emissionen von Bremsabrieb, der häufig als Feinstaub anfällt, zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Bremssystem mit hohen Bremsmomenten, hoher Betriebssicherheit und geringen Bremsstaub-Emissionen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Bremse mit einer Bremsscheibe umfasst, welche mittels eines Bremsaktuators mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Bremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und die Bremsscheibe drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Bremssystem die Rekuperation der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb in Fahrsituationen ergänzt, wo diese allein nicht eine erwünschte Bremsenergie bereitstellen kann. Das sind zum Beispiel Fahrsituationen mit niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. Drehzahl der elektrischen Maschine oder ein Halten zum Stillstand oder Bremsvorgänge bei niedriger Temperatur.
Der Vorteil einer zusätzlichen, gekapselten Bremse ist es, dass die Bremsenergie als Wärme an das Thermomanagement des Kraftfahrzeugs weitergeben kann, ohne dass die Energie zwischendurch beispielsweise in der Batterie des Fahrzeugs gespeichert werden muss. Zudem werden Bremsstaubpartikel nicht an die Umwelt gegeben. Falls die gesetzlichen Regularien dies in Zukunft zulassen, kann zudem beispielsweise auch auf die Radbremsen an einer Achse evtl, verzichtet werden.
Eine derartige Bremse wird gelegentlich auch als Komplementärbremse bezeichnet.
Die Bremse ist bevorzugt in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust die Bremse. Ein Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch einen oder mehrere Bremsaktuatoren aufnehmen. Das Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Bremsgehäuse dem Bremssystem zugeführt wird und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Bremsgehäuse die Komplementärbremse vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Bremsgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Bremsgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Bremsgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Bremsgehäuse einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Bremsgehäuse kann auch vollständig oder teilweise als ein Teil eines Motorgehäuses einer elektrischen Maschine oder eines Getriebegehäuses eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt bilden das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse eine bauliche Einheit. Hierzu kann das Bremsgehäuse beispielsweise mit dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verschraubt sein. Bevorzugt ist das Bremsgehäuse derart ausgeführt, dass beim Bremsen entstehender Abrieb nicht aus dem Bremsgehäuse entweichen kann. Hierdurch kann eine ungewollte Belastung der Umwelt mit Bremsabrieb vermieden werden. Ferner lassen sich durch eine derartige Kapslung des Bremssystems auch Bremsgeräusche gegenüber der Umwelt reduzieren. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt dieser Kapslung ist es, dass die Bremsleistung des Bremssystems unabhängig von den Witterungsbedingungen außerhalb des Kraftfahrzeugs ist. Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden. Der Bremsaktuator ist bevorzugt als hydraulisch aktuierbarer Zentralausrücker konfiguriert.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist bevorzugt für ein mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgesehen. Elektrische Maschinen im Sinne dieser Anmeldung dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung kann eine elektrische Maschine insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Bei derartigen elektrischen Rotationsmaschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Eine elektrische Maschine ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse aufweisen, das auch als Motorgehäuse bezeichnet wird. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik, sowie bevorzugt auch zumindest Teile des Bremssystems aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt wird und/oder die Wärme über die Motorgehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Motorgehäuse der elektrischen Maschine kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Motorgehäuse der elektrischen Maschine einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Die Rotorwelle ist insbesondere mit der Bremswelle der Komplementärbremse koppelbar.
Die elektrische Maschine und/oder die Bremse sind/ist bevorzugt mit einem Getriebe koppelbar, welches insbesondere zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, so dass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und/oder die Bremse sowie das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urform verfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Das Getriebe kann des Weiteren bevorzugt als ein Planetengetriebe konfiguriert sein oder ein Planetengetriebe umfassen. Das Planetengetriebe kann bevorzugt ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar gelagerte Planetenräder aufweisen, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen. Das Getriebe kann ferner ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Um verschiedene Antriebs- bzw. Betriebsmodi für das Kraftfahrzeug zu realisieren, kann eine oder mehrere Trennkupplungen innerhalb des Drehmomentenpfads zwischen der elektrischen Maschine und einem Fahrzeugrad vorgesehen werden. Eine Trennkupplung kann beispielsweise zwischen dem Ausgang der elektrischen Maschine und dem Eingang des Getriebes angeordnet sein, so dass die elektrische Maschine von dem Getriebe entkoppelbar ist, wodurch sich ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen lässt. Auch wäre es denkbar, eine Trennkupplung zwischen dem Ausgang des Getriebes und einem Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern anzuordnen, wodurch ebenfalls ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs realisierbar ist. Schließlich ist es auch möglich, eine Trennkupplung zwischen dem Eingang des Bremssystems und dem Ausgang der elektrischen Maschine anzuordnen, womit sich das Bremssystem vollständig von der elektrischen Maschine entkuppeln lässt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bremssystem ein Bremskühlkreislauf zu Abfuhr von Wärme aus der Bremse aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die durch die Reibungsenergie der Bremse erzeugte Wärme abgeführt und beispielsweise einem Thermomanagement-System eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner kann durch die Kühlung der Bremse deren Bremsleistung erhöht und insbesondere auch ein sog. thermisches Fading, also einen wärmebedingten Bremskraftverlust, verringert werden.
Der Begriff Thermomanagement bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung die bedarfsgerechte und effiziente Lenkung der thermischen Energieströme in einem insbesondere batteriebetriebenen, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug entsprechend dem jeweils vorherrschenden Betriebs- bzw. Lastzustand.
Das Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs kann ein hydraulisches Steuersystem umfassen. Ein hydraulisches Steuersystem lenkt die Volumenströme innerhalb eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs mittels hydraulisch auf ein Fluid einwirkender Schaltelemente, wie beispielsweise Ventile, Schieber, Pumpen und dergleichen. Das hydraulische Steuersystem kann hierzu beispielsweise insbesondere einen Volumenstrom völlig oder teilweise abdrosseln und/oder an die relevanten Wärmequellen und -senken in Subkreisläufen des Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs verteilen. Hierzu werden die hydraulischen Schaltelemente durch die elektronische Steuereinheit gesteuert und geschaltet.
Ein hydraulisches Schaltelement kann eine Hydraulikpumpe, ein Schaltventil, ein steuerbares Drosselventil und dergleichen sein. Bevorzugt ist ein hydraulisches Schaltelement elektrisch ansteuerbar. Des Weiteren weist ein hydraulisches Schaltelement bevorzugt wenigstens zwei voneinander verschiedene, schaltbare Betriebszustände auf, in denen das hydraulische Schaltelement in unterschiedlicher Weise auf das entsprechende Fluid in einem Kreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann also vorgesehen sein, dass die Bremse einen Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Bremskühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Bremskühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die elektrische Maschine einen Motorkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur elektrischen Maschine aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Motorkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Motorkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement-System ferner einen Inverter mit einem Inverterkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Inverter aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Inverterkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Inverterkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die Fahrzeugbatterie einen Batteriekühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Fahrzeugbatterie aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Batteriekühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Batteriekühlkreislauf einwirkt.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Bremsaktuator als ein Zentralausrücker ausgebildet ist, der einen durch hydraulische Druckbeaufschlagung mittels eines Hydraulikfluids axial versetzbaren Zentralausrückerkolben aufweist, wobei an dem in Ausrückrichtung liegenden axialen Ende des Zentralausrückerkolbens eine drehfeste Scheibe mit wenigstens einem an den Bremskühlkreislauf angebundenen Kühlkanal angeordnet ist, welche durch den Zentralausrücker in Reibschluss mit der Bremsscheibe bringbar ist. Es kann hierdurch insbesondere eine hohe Bremskraft bei kurzen Reaktionszeiten des Bremsaktuators bereitgestellt werden. Der Zentralausrücker ist bevorzugt in einem hydraulischen Ausrücksystem integriert. Ein hydraulisches Ausrücksystem verfügt in der Regel über einen Geberzylinder, der den am Geberzylinder erzeugten Druck über eine hydraulische Druckleitung an den Nehmerzylinder, im vorliegenden Fall einem Zentralausrücker, überträgt. Der hydraulische Druck kann insbesondere auch mittels eines sogg. Powerpacks bereitgestellt werden, welches aus einer Hydraulikpumpe und einem von der Hydraulikpumpe beaufschlagbaren hydraulischen Druckspeicher besteht. Hierbei kann dann eine Druckkammer des Nehmerzylinders beispielsweise auch von einem Geberzylinder, der mittels eines Elektromotors von einem Steuergerät gesteuert wird, oder von einer Hydraulikpumpe, gegebenenfalls unter Mitwirkung eines Druckspeichers, hydraulisch druckbeaufschlagt sein. In vorteilhafter Weise kann ein sogenanntes Powerpack eingesetzt werden, das über eine insbesondere zentrale Hydraulikpumpe und entsprechenden Ventilen mehrere Druckkreisläufe schaltet.
Ein Zentralausrücker weist bevorzugt ein Zentralausrückergehäuse auf. Das Zentralausrückergehäuse hat die Funktion Bauteile des Zentralausrückers wie insbesondere den beweglichen Zentralausrückerkolben aufzunehmen und vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Ferner besitzt das Zentralausrückergehäuse die Funktion, eine einfache Montage und Fixierung des Zentralausrückers innerhalb des Bremssystems zu erlauben. Das Zentralausrückergehäuse kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Bevorzugt kann das Zentralausrückergehäuse aus einem Kunststoff, einem metallischen Werkstoff und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Der in dem Zentralausrückergehäuse ausgeformte Zentralausrückerkolbenraum dient der Aufnahme sowie der Führung des linearbeweglich in dem Zentralausrückergehäuse gelagerten Zentralausrückerkolben.
Der Zentralausrücker besitzt ferner einen Zentralausrückerkolben. Der Zentralausrückerkolben hat die Funktion eine hydraulische Druckbeaufschlagung in eine lineare Verschiebung des Zentralausrückerkolbens umzuwandeln, wobei diese bewirkt, dass das Kupplungssystem von einem eingekuppelten Betriebszustand in einen ausgekuppelten Betriebszustand überführbar ist. Der Zentralausrücker kann über einen ringförmigen Zentralausrückerkolben oder mehrere Zentralausrückerkolben (Mehrkolbenausrücker) verfügen.
Des Weiteren verfügt der Zentralausrücker bevorzugt über wenigstens eine Zentralausrückerkolbendichtung. Die Zentralausrückerkolbendichtung dichtet den linearbeweglich geführten Zentralausrückerkolben gegenüber dem den Zentralausrückerkolben aufnehmenden Zentralausrückergehäuse ab. Die Zentralausrückkolbendichtung kann insbesondere als Dichtung ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es, dass die Zentralausrückerkolbendichtung aus einem elastischen, insbesondere bevorzugt gummielastischen Material geformt ist. Das elastische Material kann bevorzugt ganz oder teilweise aus einem Elastomer bestehen, wobei wiederum bevorzugt die Elastomere ausgewählt sind aus der Gruppe der Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.
Die Hydraulikflüssigkeit hat in einem hydraulischen Ausrücksystem eines Kraftfahrzeugs die Funktion, Energie in Form von Druck möglichst verlustfrei beispielsweise innerhalb eines Kupplungssystems eines Fahrzeugs zu übertragen. Neben dieser Hauptaufgabe kann die Hydraulikflüssigkeit insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für die beweglichen Teile und die Metall-oberflächen des hydraulischen Ausrücksystems bereitstellen. Außerdem kann sie insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft sowie Verlustwärme abführen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Zentralausrückerkolben und/oder das Zentralausrückergehäuse aus einem Kunststoff geformt sind/ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass der Zentralausrücker kostengünstig gefertigt und besonders gewichtsoptimiert ausgestaltet werden kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal der Scheibe mittels einer axialbeweglichen Hydraulikverbindung an den Bremskühlkreislauf angebunden ist. Eine derartige Hydraulikverbindung kann beispielsweise ein flexibler Hydraulikschlauch sein. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der Zentralausrücker im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe angeordnet ist, so dass der Zentralausrückerkolben die Scheibe so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe und der Scheibe im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe herstellbar ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass der Zentralausrücker im Bereich des radial inneren Umfangs der Bremsscheibe angeordnet ist, so dass der Zentralausrückerkolben die Scheibe so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe und der Scheibe im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe herstellbar ist. Diese alternative Anordnung des Zentralausrückers sieht also vor, den Zentralausrückerkolben auf einem kleineren Durchmesser zu platzieren. Dazu wäre es von Vorteil, die Scheibe radial nach innen zu verlängern und biegesteif auszuführen. Diese Anordnung könnte Vorteile für die Auslegung der Zentralausrückerkolbendichtungen und Zentralausrückerkolben haben und die Wärmekapazität der Scheibe würde sich durch die größere Masse erhöhen. Außerdem könnten hierdurch auch mehr Kühlkanäle angebracht werden, was die Wärmeabfuhr positiv beeinflussen kann.
Es ist ferner besonders vorteilhaft, dass der Zentralausrücker ein Zentralausrückergehäuse aufweist, dass einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Bremsgehäuse ausgeformt ist, was einen höheren Grad der System integration bewirkt und folglich auch die Herstellkosten des Bremssystems positiv beeinflussen kann.
Auch kann es von Vorteil sein, dass die Bremsscheibe drehfest mit einer an den Rotor der elektrischen Maschine gekoppelten Bremswelle verbunden ist. Es ist in diesem Zusammenhang auch möglich, dass die Bremswelle und der Rotor einstückig, insbesondere auch monolithisch ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren, zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zentralausrücker an der der elektrischen Maschine zugewandten Seite des Bremsgehäuses angeordnet ist. Denkbar ist alternativ auch eine Anordnung auf der der elektrischen Maschine abgewendeten Seite des Bremsgehäuses, was Bauraum- bzw. Temperaturvorteile haben kann.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Bremse als trocken laufende Bremse konfiguriert ist. Es ist somit bevorzugt, dass das Bremssystem als ein "trockenes" Bremssystem ausgeführt ist, dass in einer der Bremskomponenten - vorzugsweise in der nicht-rotierenden - Kühlkanäle oder Kühlschläuche besitzt. Durch diese wird ein Kühlmittel, beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung oder ein Kühlöl, zum Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs transportiert. Gegenüber einem "nassen" (Lamellen-) Bremssystem hat ein "trockenes" Bremssystem den Vorteil, dass es in unbetätigtem Zustand deutlich weniger Verluste erzeugt und der Reibwert und damit das Bremsmoment konstanter ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 einen Achsantriebsstrang mit einem Bremssystem in einer schematischen Axialschnittansicht,
Figur 2 ein Bremssystem in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
Figur 3 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt ein Bremssystem 1 eines mittels einer elektrischen Maschine 2 elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 3. Wie es auch exemplarisch in der Figur 3 skizziert ist. Das Bremssystem 1 verfügt ferner über ein Betriebsbremssystem zur radselektiven Bremsmomentbeaufschlagung wenigstens der Fahrzeugräder 24 der ersten Fahrzeugachse und einer zweiten Fahrzeugachse. Das Betriebsbremssystem verfügt hierzu über an den Fahrzeugrädern angeordnete Trommel- oder Scheibenbremsen. Wie man anhand der Figur 2 gut erkennt, umfasst das Bremssystem 1 eine Bremse 4 mit einer Bremsscheibe 5, welche mittels eines Bremsaktuators 7 mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist und so ein Bremsmoment erzeugt. Die elektrische Maschine 2 weist einen Rotor 8 auf, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad 24 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt ist. Die Bremse 4 ist in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen und die Bremsscheibe 5 ist drehmomentübertragend mit dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 verbunden, so dass ein von der Bremse 4 erzeugtes Bremsmoment über den Rotor 8 auf das Fahrzeugrad 24 einwirken kann. Die Bremsscheibe 5 ist hierzu drehfest mit einer an die Rotorwelle 27 der elektrischen Maschine 2 gekoppelten Bremswelle 23 verbunden.
Man erkennt anhand der Figur 1 gut, dass ein Schließen der Bremse 4 unmittelbar ein Verzögerungsmoment auf den Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 beaufschlagt und weiter ebenfalls auf das Fahrzeugrad 24. Die Bremse 4 ist in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen, welches eine bauliche Einheit mit dem Motorgehäuse 29 der elektrischen Maschine 2 bildet. Die elektrische Maschine 2, die Bremse 4 sowie das Getriebe 26 bilden hierbei eine bauliche Einheit, die auch als Achsantriebsstrang 28 bezeichnet ist. Um beispielsweise einen Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist zwischen dem Fahrzeugrad 24 und der elektrischen Maschine 2 die Trennkupplung 25 angeordnet.
In dieser Konfiguration können also drei verschiedene Verzögerungsmomente auf ein oder mehrere der Fahrzeugräder 24 wirken: Das von der Bremse 4 erzeugte Verzögerungsmoment, dass von der elektrischen Maschine 2 erzeugte Verzögerungsmoment und/oder das von dem Betriebsbremssystem erzeugte Verzögerungsmoment. Je nach Fahrsituation und Verzögerungsbedarf können diese drei zu Verfügung stehende Verzögerungsmomente miteinander kombiniert und gesteuert beaufschlagt werden.
Das Bremssystem 1 weist ferner einen Bremskühlkreislauf 10 zu Abfuhr von Wärme aus der Bremse 4 auf. Der Bremskühlkreislauf 10 ist hierbei von den Reibflächen der Bremse 4 entkoppelt, so dass die Bremse 4 als trocken laufende Bremse konfiguriert ist. Die aus der Bremse 4 abgeführte Wärme wird dann über den Wärmetauscher 22 einem Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs 3 zur Verfügung gestellt.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Bremsaktuator 7 als ein Zentralausrücker 11 ausgebildet, der einen durch hydraulische Druckbeaufschlagung mittels eines Hydraulikfluids 12 axial versetzbaren Zentralausrückerkolben 13 aufweist, was gut aus der Figur 2 zu entnehmen ist. An dem in Ausrückrichtung liegenden axialen Ende 14 des Zentralausrückerkolbens 13 ist eine drehfeste Scheibe 15 mit wenigstens einem an den Bremskühlkreislauf 10 angebundenen Kühlkanal 16 angeordnet, welche durch den Zentralausrücker 11 in Reibschluss mit der Bremsscheibe 5 bringbar ist.
Der wenigstens eine Kühlkanal 16 der Scheibe 15 ist hierbei mittels einer axialbeweglichen Hydraulikverbindung 17 - beispielsweise einem flexiblen Hydraulikschlauch - an den Bremskühlkreislauf 10 angebunden ist.
Der Zentralausrücker 11 ist an der der elektrischen Maschine 2 zugewandten Seite des Bremsgehäuses 9 und im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe 5 angeordnet, so dass der Zentralausrückerkolben 13 die Scheibe 15 so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe 5 und der Scheibe 15 im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe 5 herstellbar ist.
Auch wenn es nicht in der Figur 2 gezeigt ist, so wäre es dennoch auch möglich, dass der Zentralausrücker 11 im Bereich des radial inneren Umfangs der Bremsscheibe 5 angeordnet ist, so dass der Zentralausrückerkolben 13 die Scheibe 15 so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe 5 und der Scheibe 15 im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe 5 herstellbar ist.
Der Zentralausrücker 11 besitzt ein Zentralausrückergehäuse 6 aufweist, dass einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Bremsgehäuse 9 ausgeformt ist.
Anhand der Figur 3 lässt sich auch nachvollziehen, dass in dem Bremsgehäuse 9 die Bremswelle 23 drehbar gelagert ist. Diese Bremswelle 23 besitzt eine Anbindung zum Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 und dreht somit mit der Motordrehzahl. Alternativ wäre es auch möglich, die Bremse 4 im Momentenfluss hinter dem Getriebe 26 anzuordnen, so dass in diesem Fall die Bremswelle 23 mit der Raddrehzahl des Fahrzeugrads 24 dreht. In bestimmten Fahrsituationen, die über die Fahrzeugsteuerung geregelt wird, wird die Bremse 4 dann über den Zentralausrücker 11 betätigt.
Der Zentralausrückerkolben 13 bildet mit dem Bremsgehäuse 9 und den Zentralausrückerkolbendichtungen 18,19 einen Druckraum. Der Zentralausrückerkolben 13 wird dann mit Hilfe eines Hydraulikfluids 12 und einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung axial verschoben. Am Zentralausrückerkolben 13 ist wie oben bereits erläutert die Scheibe 15 befestigt, die einen oder mehrere Kühlkanäle 16 und/oder Hydraulikverbindungen 17 in Form von Hydraulikschläuchen besitzt. Wenn die Scheibe 15 mit Hilfe des Zentralausrückerkolbens 13 gegen die rotierende Bremsscheibe 5 drückt, an der ein oder mehrere Bremsbeläge 21 befestigt sind, wird ein Bremsmoment erzeugt, das über eine Momentenabstützung 20 am Bremsgehäuse 9 abgefangen wird. Ein Teil der Wärme, die beim Bremsvorgang erzeugt wird, wird über die Kühlkanäle 16 bzw. -Schläuche an das Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs 3 übergeben.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
1 Bremssystem
2 elektrische Maschine
3 Kraftfahrzeug
4 Bremse
5 Bremsscheibe
6 Zentralausrückergehäuse
7 Bremsaktuators
8 Rotor
9 Bremsgehäuse
10 Bremskühlkreislauf
11 Zentralausrücker
12 Hydraulikfluids
13 Zentralausrückerkolben
14 Ende
15 Scheibe
16 Kühlkanal
17 Hydraulikverbindung
18 Zentralausrückerkolbendichtung
19 Zentralausrückerkolbendichtung
20 Bremsmomentabstützung
21 Reibbelag
22 Wärmetauscher
23 Bremswelle
24 Fahrzeugrad
25 Trennkupplung
26 Getriebe
27 Rotorwelle
28 Achsantriebsstrang
29 Motorgehäuse

Claims

Ansprüche Bremssystem (1 ) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1 ) eine Bremse (4) mit einer Bremsscheibe (5) umfasst, welche mittels eines Bremsaktuators (7) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine
(2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (24) des Kraftfahrzeugs
(3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremsscheibe (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1 ) ein Bremskühlkreislauf (10) zu Abfuhr von Wärme aus der Bremse
(4) aufweist. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) als ein Zentralausrücker (11 ) ausgebildet ist, der einen durch hydraulische Druckbeaufschlagung mittels eines Hydraulikfluids (12) axial versetzbaren Zentralausrückerkolben (13) aufweist, wobei an dem in Ausrückrichtung liegenden axialen Ende (14) des Zentralausrückerkolbens (13) eine drehfeste Scheibe (15) mit wenigstens einem an den Bremskühlkreislauf (10) angebundenen Kühlkanal (16) angeordnet ist, welche durch den Zentralausrücker (11 ) in Reibschluss mit der Bremsscheibe (5) bringbar ist. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (16) der Scheibe (15) mittels einer axialbeweglichen Hydraulikverbindung (17) an den Bremskühlkreislauf (10) angebunden ist.
5. Bremssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralausrücker (11 ) im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe (5) angeordnet ist, so dass der Zentralausrückerkolben (13) die Scheibe (15) so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe (5) und der Scheibe (15) im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe (5) herstellbar ist.
6. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralausrücker (11 ) im Bereich des radial inneren Umfangs der Bremsscheibe (5) angeordnet ist, so dass der Zentralausrückerkolben (13) die Scheibe (15) so aktuiert, dass ein Reibschluss zwischen der Bremsscheibe (5) und der Scheibe (15) im Bereich des radial äußeren Umfangs der Bremsscheibe (5) herstellbar ist.
7. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralausrücker (11 ) ein Zentralausrückergehäuse (6) aufweist, dass einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Bremsgehäuse (9) ausgeformt ist.
8. Bremssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) drehfest mit einer an den Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) gekoppelten Bremswelle (23) verbunden ist.
9. Bremssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralausrücker (11 ) an der der elektrischen Maschine (2) zugewandten Seite des Bremsgehäuses (9) angeordnet ist. Bremssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (4) als trocken laufende Bremse (4) konfiguriert ist.
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