WO2023025582A1 - Elektromechanischer bremsaktuator mit pneumatischem federspeicher sowie bremsverfahren - Google Patents

Elektromechanischer bremsaktuator mit pneumatischem federspeicher sowie bremsverfahren Download PDF

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Daniel Geis-Esser
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/24—Electric or magnetic using motors

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical braking device for a vehicle, having at least one friction braking device and an electromechanical actuator for actuating the friction braking device.
  • the present invention relates to an electromechanical braking system for a vehicle and a commercial vehicle that has such a braking device and/or such a braking system and a braking method.
  • Electromechanical commercial vehicle brake systems include an electromechanical actuator for controlling a braking force, in particular the braking force of a service brake.
  • the electromechanical actuator controls a mechanical friction brake device, for example by rotating and/or displacing an actuating device, for example an actuator axis.
  • a brake control device in turn controls the electromechanical actuator depending on the desired braking effect.
  • the braking device can also be designed to implement a parking brake function.
  • a parking brake on a commercial vehicle must be fixed mechanically to ensure that the commercial vehicle remains braked and does not start moving in an uncontrolled manner if the operating energy is lost, regardless of whether it is electric, pneumatic or hydraulic.
  • an electromechanical braking device for a vehicle which has at least one friction braking device and an electromechanical actuator for actuating the friction braking device, the electromechanical braking device having a pneumatically releasable spring-loaded actuator.
  • Pneumatically releasable spring-loaded actuators are known and easy to set up.
  • compressed air is fed, for example, into a cylinder of the spring-loaded actuator that is operatively connected to the spring.
  • the compressed air is vented from the spring accumulator, whereby the spring actuates the friction brake device and the vehicle is held with the required braking effect (in particular for parking).
  • the spring-loaded actuator is arranged in an operative connection together with the friction brake device.
  • the spring-loaded actuator can thus determine the friction brake device and thereby ensure a parking brake function.
  • the spring-loaded actuator can be arranged and/or set up for the direct exertion of force on at least one friction brake element. This corresponds to the traditional arrangement in which the spring-loaded actuator is arranged in the friction brake device and a spring of the spring-loaded actuator acts directly on the friction brake elements, for example brake shoes or brake pads.
  • the spring-loaded actuator is arranged in an operative connection together with the electromechanical actuator.
  • both the spring-loaded actuator and the electromechanical actuator can actuate the friction brake device via a common mechanical force transmission element.
  • the electromechanical actuator has an actuating device for actuating the friction braking device, the friction braking device being arranged and/or set up for control by means of a translation of the actuating device, and the spring-loaded actuator being arranged and/or set up for the direct exertion of force on the actuating device.
  • the friction brake device is kept as simple as possible, since it is triggered by the spring-loaded actuator using the same movement as by the electromechanical actuator and no space is required for the spring-loaded actuator in the friction brake device.
  • an electromechanical braking system for a vehicle which has at least one of the electromechanical braking devices mentioned above.
  • the object is also achieved by a commercial vehicle that has one of the electromechanical braking devices mentioned above or the electromechanical braking system mentioned above.
  • the advantages already mentioned above are realized, in particular that the parking brake function can be realized even if the power supply for the electromechanical brake actuator fails. This improves the operational safety of the commercial vehicle.
  • the object is also achieved by a method for braking a vehicle by means of an electromagnetic brake device according to one of the embodiments mentioned here, which has the step: if the electromechanical actuator is inoperable, the friction brake device is actuated by the spring-loaded actuator to apply a secondary braking function.
  • the spring-loaded actuator is able to actuate the friction brake device and brake and/or fix the vehicle even without supplying energy.
  • the spring-loaded actuator is vented step by step in order to carry out the actuation step of the friction brake device.
  • a gradual venting causes a gradual build-up of the braking force that is created by the actuation of the friction braking device. This allows a slowly bring the vehicle to a standstill. In the case of an immediate, complete venting, on the other hand, a braking force is generated abruptly, which could cause the vehicle to swerve, for example. The safety of the braking device is thus improved by the gradual bleeding.
  • FIG. 2 shows a schematic of an electromechanical braking device according to an embodiment of the invention.
  • a spring-loaded actuator 10 as shown in FIG. 1, has a pressure chamber 12, a mechanical spring 14, an actuating device 16, a compressed air inlet 18 and a piston 20.
  • the spring-loaded actuator 10 In order to tension the spring-loaded actuator 10, ie to store energy in it, air is fed into the pressure chamber 12 through the compressed air inlet 18. The pressure that builds up as a result moves the piston 20, to which the actuating device 16 is attached, to the right in the figure, so that the mechanical spring 14 is tensioned.
  • the compressed air access 18 can be closed after the tensioning, for example by means of a valve, so that the energy stored in the pressure chamber 12 and the mechanical spring 14 remains in the spring-loaded actuator 10 .
  • the electromechanical braking device 22 shown in FIG. 2 has a friction braking device 24 which is arranged on an axle 26, for example.
  • the friction braking device 24 can be actuated by means of an actuating device 28 so that the friction braking device 24 brakes a rotation of the axle 26 .
  • the actuating device 28 is brought into translation, that is to say moved from left to right in the figure or vice versa.
  • the friction braking device 24 can be actuated, for example, by means of an electromechanical actuator 30 .
  • the electromechanical actuator 30 causes a translation of the actuating device 28, for example by means of an electric motor.
  • the electromechanical actuator 30 is therefore in operative connection with the friction brake device 24.
  • the electromechanical braking device 22 also has a spring-loaded actuator 10 which is arranged in operative connection with the friction braking device 24 by means of the actuating device 28 .
  • the spring-loaded actuator 10 is also arranged to exert force directly on the friction brake element 24 by means of the actuating device 16 .
  • the spring-loaded actuator 10 with the friction brake device 24 can activate a parking brake function and thus apply a secondary brake function.
  • the air is released from the pressure chamber 12 so that the spring 14 moves the actuating device 16 and thus also the actuating device 28 and thus actuates the friction braking device 24 .
  • the spring brake actuator 10 is gradually vented in order to cause a gradual build-up of the braking force.
  • Such an electromechanical braking device 22 can be used once or several times in an electromechanical braking system of a vehicle. Such an electromechanical braking device 22 can be used in commercial vehicles in particular.

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Abstract

Elektromechanischer Bremsaktuator mit pneumatischem Federspeicher sowie Bremsverfahren Eine elektromechanische Bremseinrichtung (22) für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung (24) und einen elektromechanischen Aktuator (30) zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung (24), wobei die elektromechanische Bremseinrichtung (22) einen pneumatisch lösbaren Federspeicheraktuator (10) aufweist. Ein elektromechanisches Bremssystem oder ein Nutzfahrzeug können eine derartige Bremseinrichtung aufweisen. In einem Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mittels einer derartigen Bremseinrichtung (22) wird, wenn der elektromechanische Aktuator (30) außer Funktion ist, die Reibungsbremseinrichtung (24) mittels des Federspeicheraktuators (10) betätigt.

Description

BESCHREIBUNG
Elektromechanischer Bremsaktuator mit pneumatischem Federspeicher sowie Bremsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung und einen elektromechanischen Aktuator zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug sowie ein Nutzfahrzeug, das eine derartige Bremseinrichtung und/oder ein derartiges Bremssystem aufweist und ein Bremsverfahren.
Elektromechanische Nutzfahrzeugbremsanlagen umfassen zum Steuern einer Bremskraft, insbesondere der Bremskraft einer Betriebsbremse, einen elektromechanischen Aktuator. Der elektromechanische Aktuator steuert beispielsweise durch Drehen und/oder Verschieben einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise einer Aktuatorachse, eine mechanische Reibungsbremseinrichtung. Eine Bremsregeleinrichtung steuert wiederum den elektromechanischen Aktuator je nach gewünschter Bremswirkung.
Die Bremseinrichtung kann auch dafür ausgelegt sein, eine Parkbremsfunktion umzusetzen. Eine Parkbremse eines Nutzfahrzeugs muss allerdings mechanisch fixiert werden, um sicherzustellen, dass das Nutzfahrzeug beim Wegfall der Betriebsenergie, egal ob elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, weiterhin gebremst bleibt und sich nicht unkontrolliert in Bewegung setzt.
So gibt es Lösungen, im gebremsten Zustand den elektromechanischen Aktuator über Kupplungen zu fixieren und beispielsweise ein Losdrehen der Spindel zu vermeiden. Die technische Umsetzung eines derartigen elektromechanischen Aktuators mit Parkbremsfunktion ist unter Umständen sehr aufwändig, teuer oder bauraumtechnisch sehr herausfordernd. Dies gilt auch dann, wenn die genannten Ansätze verfolgt werden. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den Aufbau einer elektromechanischen Bremseinrichtung der eingangs genannten Art zu vereinfachen und deren Betriebssicherheit zu verbessern.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 1 , ein elektromechanisches Bremssystem gemäß Patentanspruch 6, ein Nutzfahrzeug gemäß Patentanspruch 7 und ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe wird durch eine elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug gelöst, die wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung und einen elektromechanischen Aktuator zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung aufweist, wobei die elektromechanische Bremseinrichtung einen pneumatisch lösbaren Federspeicheraktuator aufweist.
Pneumatisch lösbare Federspeicheraktuatoren sind bekannt und einfach aufzubauen. Um die Feder des Federspeicheraktuators zu spannen, wird Druckluft beispielsweise in einen Zylinder des Federspeicheraktuators geleitet, der mit der Feder in Wirkverbindung steht. So wird zum Feststellen des Fahrzeuges im Stillstand die Druckluft aus dem Federspeicher entlüftet, wodurch die Feder die Reibbremseinrichtung betätigt und das Fahrzeug mit der erforderlichen Bremswirkung gehalten wird (insbesondere zum Parken).
In einer weiteren Ausführungsform ist der Federspeicheraktuator zusammen mit der Reibungsbremseinrichtung in Wirkverbindung angeordnet.
Der Federspeicheraktuator kann somit die Reibungsbremseinrichtung feststellen und dadurch eine Parkbremsfunktion gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Federspeicheraktuator zur unmittelbaren Kraftausübung auf wenigstens ein Reibungsbremselement angeordnet und/oder eingerichtet sein. Dies entspricht der traditionellen Anordnung, bei der der Federspeicheraktuator in der Reibungsbremseinrichtung angeordnet ist und eine Feder des Federspeicheraktuators unmittelbar auf die Reibungsbremselemente, also beispielsweise Bremsbacken oder Bremsklötze, wirkt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Federspeicheraktuator zusammen mit dem elektromechanischen Aktuator in Wirkverbindung angeordnet.
Dies bewirkt, dass das Feststellen der Reibungsbremseinrichtung über denselben Mechanismus erfolgt, wie das Feststellen der Reibungsbremseinrichtung mittels des elektromechanischen Aktuators. Beispielsweise können sowohl der Federspeicheraktuator als auch der elektromechanische Aktuator die Reibungsbremseinrichtung über ein gemeinsames mechanisches Kraftübertragungsglied betätigen.
In einer Ausführungsform weist der elektromechanische Aktuator eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung auf, wobei die Reibungsbremseinrichtung zur Steuerung mittels einer Translation der Betätigungseinrichtung angeordnet und/oder eingerichtet ist, und wobei der Federspeicheraktuator zur unmittelbaren Kraftausübung auf die Betätigungseinrichtung angeordnet und/oder eingerichtet ist.
Dadurch wird die Reibungsbremseinrichtung möglichst einfach gehalten, da sie von dem Federspeicheraktuator mittels derselben Bewegung ausgelöst wird, wie durch den elektromechanischen Aktuator und in der Reibungsbremseinrichtung kein Platz für den Federspeicheraktuator benötigt wird.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug gelöst, das wenigstens eine der oben genannten elektromechanischen Bremseinrichtungen aufweist. Durch die Verwendung eines Federspeicheraktuators für die Parkbremsfunktion werden die oben bereits genannten Vorteile realisiert, insbesondere, dass die Parkbremsfunktion auch bei einem Ausfall der Stromversorgung für den elektromechanischen Bremsaktuator realisiert werden kann.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Nutzfahrzeug, das eine der oben genannten elektromechanischen Bremseinrichtungen oder das oben genannte elektromechanische Bremssystem aufweist, gelöst.
Durch die Verwendung eines Federspeicheraktuators für die Parkbremsfunktion werden die oben bereits genannten Vorteile realisiert, insbesondere, dass die Parkbremsfunktion auch bei einem Ausfall der Stromversorgung für den elektromechanischen Bremsaktuator realisiert werden kann. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Nutzfahrzeugs verbessert.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mittels einer elektromagnetischen Bremseinrichtung gemäß einer der hier genannten Ausführungsformen gelöst, das den Schritt aufweist: Wenn der elektromechanische Aktuator außer Funktion ist, Betätigen der Reibungsbremseinrichtung durch den Federspeicheraktuator zum Aufbringen einer sekundären Bremsfunktion.
Auch, wenn der elektromechanische Aktuator die Reibungsbremseinrichtung nicht betätigen kann, sei es durch einen Ausfall des Bordnetzes oder eine Fehlfunktion des Aktuators selbst, kann so eine ausreichende Bremsfunktion sichergestellt werden. Der Federspeicheraktuator ist auch ohne Energiezufuhr in der Lage, die Reibungsbremseinrichtung zu betätigen und das Fahrzeug abzubremsen und/oder zu fixieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Federspeicheraktuator zur Durchführung des Schritts Betätigen der Reibungsbremseinrichtung schrittweise entlüftet.
Eine schrittweise Entlüftung bewirkt einen schrittweisen Aufbau der Bremskraft, die durch die Betätigung der Reibungsbremseinrichtung entsteht. Dadurch kann ein Fahrzeug langsam zum Stehen gebracht werden. Bei einer sofortigen, vollständigen Entlüftung wird im Gegensatz dazu abrupt eine Bremskraft erzeugt, die beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeugs zur Folge haben könnte. Somit wird durch das schrittweise Entlüften die Sicherheit der Bremseinrichtung verbessert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen lediglich schematisch dargestellt ist. Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 einen Federspeicheraktuator zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung und
Fig. 2 ein Schema einer elektromechanischen Bremseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein Federspeicheraktuator 10, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Druckkammer 12, eine mechanische Feder 14, eine Betätigungseinrichtung 16, einen Druckluftzugang 18 sowie einen Kolben 20 auf.
Um den Federspeicheraktuator 10 zu spannen, also Energie in ihm zu speichern, wird durch den Druckluftzugang 18 Luft in die Druckkammer 12 gegeben. Durch den sich dadurch aufbauenden Druck wird der Kolben 20, an dem die Betätigungseinrichtung 16 befestigt ist, in der Figur nach rechts bewegt, so dass die mechanische Feder 14 gespannt wird. Der Druckluftzugang 18 kann nach dem Spannen, beispielsweise mittels eines Ventils, verschlossen werden, so dass die in der Druckkammer 12 und der mechanischen Feder 14 gespeicherte Energie in dem Federspeicheraktuator 10 verbleibt.
Wird die Energie zur Betätigung einer Einrichtung benötigt, dann wird das Ventil geöffnet, die Luft entweicht aus der Druckkammer 12 und die mechanische Feder 14 entspannt sich, so dass der Kolben 20 und die Betätigungseinrichtung 16 sich so bewegen, dass die die Druckkammer 12 verkleinert wird, also in der Figur nach links. Die in Fig. 2 gezeigte elektromechanische Bremseinrichtung 22 weist eine Reibungsbremseinrichtung 24 auf, die beispielsweise an einer Achse 26 angeordnet ist. Die Reibungsbremseinrichtung 24 ist mittels einer Betätigungseinrichtung 28 betätigbar, so dass die Reibungsbremseinrichtung 24 eine Rotation der Achse 26 bremst. Zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung 24 wird die Betätigungseinrichtung 28 in Translation gebracht, also in der Figur von links nach rechts oder umgekehrt bewegt.
Die Reibungsbremseinrichtung 24 ist beispielsweise mittels eines elektromechanischen Aktuators 30 betätigbar. Der elektromechanische Aktuator 30 bewirkt beispielsweise mittels eines elektrischen Motors eine Translation der Betätigungseinrichtung 28. Der elektromechanische Aktuator 30 ist also in Wirkverbindung mit der Reibungsbremseinrichtung 24.
Die elektromechanische Bremseinrichtung 22 weist darüber hinaus einen Federspeicheraktuator 10 auf, der mittels der Betätigungseinrichtung 28 in Wirkverbindung mit der Reibungsbremseinrichtung 24 angeordnet ist. Der Federspeicheraktuator 10 ist im Übrigen dazu angeordnet, unmittelbar mittels der Betätigungseinrichtung 16 Kraft auf das Reibungsbremselement 24 auszuüben.
Falls der elektromechanische Aktuator 30 außer Funktion ist, beispielsweise weil eine Stromversorgung für den elektromechanischen Aktuator 30 nicht zur Verfügung steht, dann kann mittels des Federspeicheraktuators 10 mit der Reibungsbremseinrichtung 24 eine Parkbremsfunktion aktiviert und somit eine sekundäre Bremsfunktion aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird, wie oben beschrieben, die Luft aus der Druckkammer 12 abgelassen, so dass die Feder 14 die Betätigungseinrichtung 16 und damit auch die Betätigungseinrichtung 28 bewegt und damit die Reibungsbremseinrichtung 24 betätigt.
In weiteren Ausführungsformen wird der Federspeicheraktuator 10 schrittweise entlüftet, um einen schrittweisen Aufbau der Bremskraft zu bewirken.
Eine derartige elektromechanische Bremseinrichtung 22 kann in einem elektromechanischen Bremssystem eines Fahrzeugs ein- oder mehrmals verwendet werden. Eine derartige elektromechanische Bremseinrichtung 22 ist insbesondere in Nutzfahrzeugen einsetzbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Federspeicheraktuator
12 Druckkammer 14 mechanische Feder
16 Betätigungseinrichtung
18 Druckluftzugang
20 Kolben
22 elektromechanische Bremseinrichtung 24 Reibungsbremseinrichtung
26 Achse
28 Betätigungseinrichtung
30 elektromechanischer Aktuator

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektromechanische Bremseinrichtung (22) für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine Reibungsbremseinrichtung (24) und einen elektromechanischen Aktuator (30) zum Betätigen der Reibungsbremseinrichtung (24), dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Bremseinrichtung (22) einen pneumatisch lösbaren Federspeicheraktuator (10) aufweist.
2. Elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicheraktuator (10) zusammen mit der Reibungsbremseinrichtung (24) in Wirkverbindung angeordnet ist.
3. Elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicheraktuator (10) zur unmittelbaren Kraftausübung auf wenigstens ein Reibungsbremselement angeordnet und/oder eingerichtet ist.
4. Elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicheraktuator (10) zusammen mit dem elektromechanischen Aktuator (30) in Wirkverbindung angeordnet ist.
5. Elektromechanische Bremseinrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator (30) eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen einer Reibungsbremseinrichtung (24) aufweist, wobei die Reibungsbremseinrichtung (24) zur Steuerung mittels einer Translation der Betätigungseinrichtung (28) angeordnet und/oder eingerichtet ist, wobei der Federspeicheraktuator (10) zur unmittelbaren Kraftausübung auf die Betätigungseinrichtung (28) angeordnet und/oder eingerichtet ist.
6. Elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens eine elektromechanische Bremseinrichtung (22) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche.
7. Nutzfahrzeug, aufweisend eine elektromechanische Bremseinrichtung (22) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder ein elektromechanisches Bremssystem gemäß Anspruch 6.
8. Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mittels einer elektromechanischen
Bremseinrichtung (22) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:
Wenn der elektromechanische Aktuator (30) außer Funktion ist, Betätigen der Reibungsbremseinrichtung (24) mittels des Federspeicheraktuators (10) zum Aufbringen einer sekundären Bremsfunktion.
9 Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicheraktuator (10) zur Durchführung des Schritts Betätigen der Reibungsbremseinrichtung (24) schrittweise entlüftet wird.
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