DE102008033263A1

DE102008033263A1 - Fahrzeugbremse mit einem elektromechanischen Antrieb

Info

Publication number: DE102008033263A1
Application number: DE102008033263A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Giering; Benedikt Ohlig; Gregor Poertzgen
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2009-09-17
Also published as: US20090223755A1

Abstract

Für eine Fahrzeugbremse mit einem elektromechanischen Antrieb, mittels dem in einen Elektromotor eingespeiste elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, um Bremskräfte zu erzeugen, wobei die elektrische Energie über eine elektronische Steuereinheit in den Elektromotor eingespeist wird, wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor (12) eine bürstenlose Gleichstrommaschine ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse mit einem elektromechanischen Antrieb, mittels dem in einen Elektromotor eingespeiste elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, um Bremskräfte zu erzeugen, wobei die elektrische Energie über eine elektronische Steuereinheit in den Elektromotor eingespeist wird.
Im Stand der Technik ist eine derartige Fahrzeugbremse unter anderem aus der DE 197 32 168 C2 und der DE 198 07 328 C2 bekannt. Diese bekannten Fahrzeugbremsen weisen jeweils einen elektromechanischen Antrieb auf, der einen Elektromotor umfasst, dessen Drehbewegung mittels eines Spindel/Mutter-Getriebes in eine Linearbewegung umgesetzt wird. Die Linearbewegung wird auf Reibelemente der Fahrzeugbremse übertragen, um Bremskräfte zu erzeugen. Dabei wird die über eine elektronische Steuereinheit in den Elektromotor eingespeiste elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Bei der aus der DE 198 07 328 C2 bekannten Fahrzeugbremse handelt es sich um eine rein elektromechanische Bremse (EMB), bei der sowohl die Funktionen der Betriebs- als auch die der Feststellbremse elektromechanisch erfolgen. Demgegenüber handelt es sich bei der aus der DE 197 32 168 C2 bekannten Fahrzeugbremse um eine elektrische Parkbremse (EPB), bei der nur die Funktion der Feststellbremse elektromechanisch erfolgt, während für die Funktion der Betriebsbremse eine konventionelle hydraulische Betätigung vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine eingangs erwähnte Fahrzeugbremse eine elektrisch verbesserte Technik anzugeben.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor eine bürstenlose Gleichstrommaschine ist; englisch ”BrushLess Direct Current” (BLDC).
Bei einer bürstenlosen Gleichstrommaschine handelt es sich um eine Umkehrung des Aufbaus einer konventionellen Gleichstrommaschine, da der drehbar gelagerte Teil – Rotor – aus Permanentmagneten und der feststehende Teil – Stator – aus mehreren Magnetspulen besteht. Deshalb entfallen bei einer bürstenlosen Gleichstrommaschine die für eine Schleif-Kontaktierung sonst üblichen Bürsten, so dass gegenüber einer konventionellen Gleichstrommaschine keine Funkenbildung bei den Bürsten auftritt. Denn diese auch als Bürstenfeuer bezeichnete Funkenbildung ist die Hauptursache für hochfrequente Störungen, die eine konventionelle Gleichstrommaschine in das Bordnetz des Fahrzeugs zurückspeist und die andere elektrische Verbraucher stören. Des Weiteren wird durch das Bürstenfeuer nicht nur die maximale Drehzahl begrenzt, da die Bürsten bei hohen Drehzahlen heiß werden, sondern es führt auch zu einem sehr hohen Bürstenverschleiß, was sich negativ auf den Wirkungsgrad, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Fahrzeugbremse auswirkt. All diese Nachteile umgeht eine bürstenlose Gleichstrommaschine.
Vor allem, weil eine bürstenlose Gleichstrommaschine nahezu keine Störungen verursacht, kann in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die elektronische Steuereinheit aus wenigstens zwei Steuerkomponenten besteht, von denen eine erste Steuerkomponente integraler Bestandteil der Fahrzeugbremse ist. Aufgrund der Integration der ersten Steuerkomponente in die Fahrzeugbremse kann die Fahrzeugbremse dem Prinzip eines so bezeichneten „Smart”-Aktuators, wie in der DE 10 2004 059 546 A1 beschrieben, folgen, wobei die erste Steuerkomponente über ein Kommunikations- bzw. Bussystem, wie z. B. CAN (Controller Area Network) oder LIN (Local Interconnect Network), mit den anderen Steuerkomponenten der elektronischen Steuereinheit durch Datenaustauschen zusammenwirkt.
Durch Ausgestaltung der Fahrzeugbremse als „Smart”-Aktuator besteht der weitere Vorteil, dass die erste Steuerkomponente elektronische Schaltkreise für die Kommutierung des Elektromotors umfassen kann. Wegen dem Entfall der Schleifbürsten ist bei einer bürstenlosen Gleichstrommaschine eine elektronische Kommutierung erforderlich. Dafür werden die mehrere – häufig drei – Phasen umfassenden Magnetspulen des Stators in der Regel über eine Brückenschaltung mit Halbleiterschaltelementen, wie z. B. Transistor, MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), die auch in einem IC (Integrated Circuit) integriert sein kann, kommutiert. Dies bedeutet im Fall einer dreiphasigen Ausführung der Magnetspulen für eine Ansteuerung von 120 elektronischen Grad, dass eine aus drei, bei Beschaltung des Sternpunktes sogar aus vier, Leitungen bestehende elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der elektronischen Kommutierung notwendig ist. Diese Verbindung erfolgt aufgrund der Integration der elektronischen Kommutierung in die erste Steuerkomponente in unmittelbarer räumlicher Nähe, sozusagen „auf kürzestem Weg vor Ort”, weshalb es keines hohen elektrischen Verbindungsaufwands bedarf und eine hohe Störsicherheit gewährleistet ist.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die erste Steuerkomponente elektronische Schaltkreise für die Drehzahl- und Drehrichtungsregelung des Elektromotors umfassen kann, so dass auch diese in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem Elektromotor angeordnet sind. Damit besteht eine sehr gute Leistungs- und Signalübertragung, die eine hochdynamische Regelung des Elektromotors bzw. der Fahrzeugbremse ermöglicht, was z. B. bei einer Antiblockierregelung (ABS) von großer Bedeutung ist.
Der Elektromotor kann eine sensorlose bürstenlose Gleichstrommaschine sein, bei der keine separaten Sensoren zur Erfassung der Rotorposition bzw. Drehzahl benötigt werden. Da die Rotorposition bekannt sein muss, um den Schlupf zwischen der Drehzahl des Drehfelds des Stators und der tatsächlichen Drehzahl des Rotors zu regeln, wird häufig die Gegenspannung bzw. Gegen-EMK herangezogen. Dazu werden bei einer dreiphasigen Ausführung immer nur zwei Magnetspulen gleichzeitig bestromt, während eine Magnetspule immer unbestromt bleibt; die durch die Drehbewegung des Rotors in einer unbestromten Magnetspule jeweils induzierte Spannung wird dann zur Bestimmung der Rotorposition verwendet.
Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor eine sensorgesteuerte bürstenlose Gleichstrommaschine ist, die Sensoren zur Erfassung der Rotorposition aufweist, so dass die Phasen in Abhängigkeit von der Rotorposition geregelt werden können. Dies ermöglicht eine besonders präzise Regelung des Elektromotors und somit eine sehr feinfühlige und ruckfreie Betätigung der Fahrzeugbremse, woraus ein hoher Bremskomfort resultiert, der z. B. bei einer automatischen Abstandsregelung (ACC) von Bedeutung ist. Als Sensoren kommen unter anderem magnetische, elektrische oder optische Sensoren, wie z. B. Hall-Sensoren, Potentiometer oder Inkrementalgeber, zum Einsatz. Bei Integration der ersten Steuerkomponente in die Fahrzeugbremse ergeben sich auch der zuvor genannte Vorteil, dass die elektrische Verbindung der Sensoren in unmittelbarer räumlicher Nähe erfolgt, wodurch der elektrische Verbindungsaufwand gering gehalten und eine sehr gute Signalübertragung sowie eine hohe Störsicherheit gewährleistet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dazu ist in der Zeichnung 1 schematisch der Aufbau einer Fahrzeugbremse 10 dargestellt. Die Fahrzeugbremse 10 weist einen elektromechanischen Antrieb auf, der einen Elektromotor 12 umfasst, dessen Drehbewegung mittels eines Spindel/Mutter-Getriebes 11 in eine Linearbewegung umgesetzt wird, die auf mit einer Bremsscheibe 50 zusammenwirkende Bremsbeläge 51 und 52 übertragen wird, wodurch die in den Elektromotor 12 eingespeiste elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, um Bremskräfte zu erzeugen.
Die elektrische Energie wird in den Elektromotor 12 über eine elektronische Steuereinheit eingespeist, die aus einer ersten Steuerkomponente 21 und einer zweiten Steuerkomponente 22 besteht. Die Steuerkomponenten 21 und 22 sind dezentral angeordnet; sind also an unterschiedlichen Einbauorten im Fahrzeug untergebracht.
Die erste Steuerkomponente 21 ist integraler Bestandteil der Fahrzeugbremse 10, was bedeutet, dass die erste Steuerkomponente 21 innerhalb des Gehäuses der Fahrzeugbremse 10 angeordnet ist oder in einem separaten Gehäuse untergebracht ist, das unmittelbar am Gehäuse der Fahrzeugbremse 10 angeordnet ist. Auch umfasst die erste Steuerkomponente 21 die elektronischen Schaltkreise (nicht näher dargestellt) für die Kommutierung sowie die Drehzahl- und Drehrichtungsregelung des Elektromotors 12. Wesentlich ist dabei, dass die elektrische Anbindung des Elektromotors 12 an die erste Steuerkomponente 21 „auf kürzestem Weg vor Ort” erfolgen kann. Bei einer sensorgesteuerten bürstenlosen Gleichstrommaschine sind dies die elektrischen Leitungen bzw. der Kabelbaum zur Übertragung der Ansteuersignale A sowie der Sensorsignale S. Dieser Kabelbaum müsste gesondert im Fahrzeug verlegt werden, wäre die erste Steuerkomponente 21 nicht integraler Bestandteil der Fahrzeugbremse 10, so dass zu dem hohen Verkabelungsaufwand noch eine hohe Störanfälligkeit hinzukommen würde.
Die erste Steuerkomponente 21 wirkt über ein Kommunikationssystem 30 mit der zweiten Steuerkomponente 22 in der Weise zusammen, einerseits, dass sie Ansteuerbefehle zum Betätigen der Fahrzeugbremse 10 empfängt, andererseits, dass sie Betriebszustände der Fahrzeugbremse 10 zurückmeldet. Die zweite Steuerkomponente 22 ist einer Systemeinheit 40 zugeordnet, bei der es sich um eine Eingabeeinheit, einem Pedal-, Schalt- oder Tastmittel, über das den Fahrer den Wunsch zur Betätigung der Fahrzeugbremse absetzt, oder um eine Steuereinheit, wie z. B. das elektronische Steuergerät der Betriebsbremsanlage, handeln kann. An das Kommunikationssystem 30 sind weitere Steuerkomponenten, wie z. B. eine elektronische Motorleistungssteuerung und ein elektronisches Lenkungssystem (nicht näher dargestellt), angeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19732168 C2 [0002, 0002]
- DE 19807328 C2 [0002, 0002]
- DE 102004059546 A1 [0006]

Claims

Fahrzeugbremse mit einem elektromechanischen Antrieb, mittels dem in einen Elektromotor eingespeiste elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, um Bremskräfte zu erzeugen, wobei die elektrische Energie über eine elektronische Steuereinheit in den Elektromotor eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) eine bürstenlose Gleichstrommaschine ist.
Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit aus wenigstens zwei Steuerkomponenten (21, 22) besteht, von denen eine erste Steuerkomponente (21) integraler Bestandteil der Fahrzeugbremse (10) ist.
Fahrzeugbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerkomponente (21) elektronische Schaltkreise für die Kommutierung des Elektromotors (12) umfasst.
Fahrzeugbremse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerkomponente (21) elektronische Schaltkreise für die Drehzahl- und Drehrichtungsregelung des Elektromotors (12) umfasst.
Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) eine sensorgesteuerte bürstenlose Gleichstrommaschine ist.