WO2016096465A1 - Elektromechanischer bremskraftverstärker - Google Patents
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- WO2016096465A1 WO2016096465A1 PCT/EP2015/078579 EP2015078579W WO2016096465A1 WO 2016096465 A1 WO2016096465 A1 WO 2016096465A1 EP 2015078579 W EP2015078579 W EP 2015078579W WO 2016096465 A1 WO2016096465 A1 WO 2016096465A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
- B60T13/00—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
- B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
- B60T13/745—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on a hydraulic system, e.g. a master cylinder
Definitions
- the invention relates to an electromechanical brake booster for a motor vehicle brake system comprising an electric drive motor for generating an amplifying force, a between the electric drive motor and a piston rod or a piston of a master cylinder operatively coupled gear means for translating a drive movement of the electric drive motor in one
- Brake systems for motor vehicles are usually equipped with two independent brake circuits, so that in case of failure of a brake circuit at least one brake circuit for
- Braking the vehicle is available.
- Brake booster conventional design work with a generated by the vehicle engine vacuum. A pressure difference between the engine pressure and the ambient pressure is used to provide the boosting force.
- a pressure difference between the engine pressure and the ambient pressure is used to provide the boosting force.
- Brake booster can be used, which the boosting force using a
- variable-ratio electromechanical brake boosters are known from DE 10 2006 027 039 A1. The invention is based on the object, alternatives to conventional
- an electromechanical brake booster according to claim 1 is proposed, which is an electric drive motor for generating a boosting force, one between the electric drive motor and a piston rod or a piston of a master cylinder effectively coupled
- Transmission device for translating a drive movement of the electric drive motor in a translational movement of the piston rod or the piston with variable
- Drive motor coupled input side of the transmission device is coupled to transmit torque.
- a variable gear ratio can be realized very easily by means of a cam.
- a cam can be in a particularly simple manner, a desired transmission behavior between the drive and the cam.
- Output side of the transmission device represent what is in a defined
- a pinion may be provided on a gear member such as a cam or on the input shaft of the transmission device, which is coupled with the push rod to transmit torque.
- the electric drive motor can be designed as a gear motor in which, for example, a planetary gear or harmonic drive gear is integrated.
- the transmission device has a driven by the electric drive motor cam.
- the outer circumference of the cam defines a variable transmission ratio between the
- the cam is supported via a roller against the piston rod or the piston in order to reduce system friction.
- the roller can be rotatably mounted on the piston rod or on the piston.
- the interface between the transmission device and the piston rod or the piston can accordingly be configured such that an axis perpendicular to the
- Piston rod or the piston or an optional roller extends, the piston rod or the piston cuts.
- FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of an electromechanical brake booster for a vehicle brake system
- FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of a second exemplary embodiment of an electromechanical brake booster for a vehicle brake system in the rest position
- FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the electromechanical brake booster according to the second embodiment in a brake operation
- Figure 4 is a longitudinal sectional view of the electromechanical brake booster according to the second embodiment when reaching the end of the operating range, and in
- Figure 5 is a longitudinal sectional view illustrating the coupling between the
- electromechanical brake booster 1 for installation between a brake pedal 2 and a tandem master cylinder 3 of a not-shown, but known per se vehicle brake system with two independent brake circuits B1 and B2.
- a piston rod 4 extends to a first piston 5 of the tandem master cylinder third
- the electromechanical brake booster 1 shown in FIG. 1 has an electric drive motor 6 for generating an amplifying force. Between the electric drive motor 6 and the piston rod 4 or the piston 5, a transmission device 7 is coupled, which the drive movement of the drive motor 6 in a
- the transmission device 7 can be connected to the piston rod 4 or the piston 5 in such a way that only compressive forces in the direction of the tandem master cylinder 3 are transmitted. This can be achieved, for example, via a driver on the piston rod 4 or on the piston 5. However, it is also possible, an output element of the To connect transmission device 7 such that both a transmission of compressive and tensile forces is possible. When a brake pedal operation, the output member presses the
- Transmission device 7 the piston rod 4 and the piston 5 in the direction of the tandem master cylinder 3, that is, in Figure 1 to the left.
- the pedal force applied by the driver can be measured, for example, with a force sensor.
- Its driving torque is applied via the transmission device 7 as an amplifying force to the first piston 5 of the tandem master cylinder 3 together with the foot force of the driver to produce a corresponding brake pressure in the brake circuits B1 and B2.
- a second piston 8 in the form of a floating piston transmits the pressure in the first brake circuit B1 to the second brake circuit B2 within the tandem master cylinder 3.
- the foot force of the driver is introduced via a push rod 9, which extends from the brake pedal 2 in the direction of the master cylinder 3.
- the push rod 9 with a coupled to the electric drive motor 6 input side of
- Transmission device 7 coupled torque-transmitting. If the brake pedal 2 is actuated, the push rod 9 is displaced axially and causes on the input side of the transmission device 7 a torque which is added to the drive torque of the electric drive device 6.
- This rack section 1 1 meshes with a
- the tooth geometry may, for example, be a pinion 13 rotatably connected to the input shaft 12 or the cam 20. Such a pinion 13 may also be formed integrally with the input shaft 12 or the cam 20. If the input shaft 12 does not simultaneously represent the engine output shaft of the electric drive motor 6, the dremomentübertragende coupling of the
- Push rod 9 also done elsewhere in the drive.
- Brake booster 1 or the entire vehicle electrical system is an operation of the vehicle brake system alone with the driver's foot power possible.
- the force applied to the brake pedal 2 foot force is transmitted in this case via the push rod 9 to the input side of the transmission device 7 and from there to the piston rod 4 and the piston 5.
- Transmission device 7 is brought to the piston rod 4 or the piston 5 to act. Due to the additional gearing, the foot force can be increased, so that the driver can generate correspondingly higher brake pressures with the same foot force. As a result, higher deceleration values can be achieved on a motor vehicle.
- the transmission device 7 allows a variable ratio, as
- Transmission ratio the ratio of the translational movement at the transmission output, that is, the lifting speed of the piston rod 4 or the piston 5, for
- Gear ratio is at the beginning of a brake pedal operation, that is, at a small stroke s of the piston rod 4 or the piston 5 from the initial position initially large and decreases in the course of the brake pedal operation, resulting in a high
- the transmission device 7 has a variable transmission characteristic. If appropriate, this can be modified via the tooth geometry of the push rod 9.
- the transmission device 7 can be configured in particular such that on an input shaft 8 thereof for the operation
- Rotation angle range of 180 ° to 360 ° is available. With about half to full turn can thus cover the required stroke of the piston rod 4 or the piston 5.
- the electric drive motor 6 can be tuned to the transmission device 7 in such a way that a total stroke of the piston rod 4 or of the piston 5 takes place
- Total motor angle is in the range of 180 ° to 360 °. With in about half to full motor revolution thus the entire required translation for the operation of the
- the electric drive motor 6 can be designed as a geared motor with integrated speed reduction.
- Vehicle brake system is merely a modification of the control of the electric
- FIG. 2 to 4 the operation of the transmission device 7 is illustrated, which can be used in an electromechanical brake booster 1 according to FIG.
- This transmission device 7 comprises a cam 20, which is fixed to the input shaft 12.
- the input shaft 12 is coupled to the electric drive motor 6.
- On the Outer circumference 21 of the cam 20 is a variable transmission ratio of
- the outer circumference 21 of the cam 20 is connected to the
- Piston rod 4 is engaged to push them in the direction of the tandem master cylinder 3 and the first piston 5 thereof.
- a roller 22 may be mounted on the piston rod 4 or on the piston 5, which is in contact with the outer circumference 21 of the cam 20.
- the cam 20 is formed such that the operating range for the brake operation is represented by at least 80 percent of the circumferential length of the cam 20. By rolling the outer periphery 21 along the roller 22, the entire available stroke s of the piston rod 4 and the piston 5 can thus be covered.
- the cam 20 is configured such that its radius to the rotation axis A along the outer circumference 21 always corresponds to the respectively desired gear ratio between the motor movement and the stroke movement. Due to the compact dimensions of the cam 20, this results in an approximately kidney-shaped outer contour.
- the cam 20 can be designed as a substantially flat plate whose axis of rotation A extends transversely to the piston rod 4.
- the arrangement for the piston rod 4 may in particular be such that an axis perpendicular to the cam 20, which passes through a pressure point B between the cam 20 and the piston rod 4 or the piston 5 or an optional roller 22, the piston rod 4 or the piston 5 cuts.
- the axis of rotation A and the roller 22 can also be arranged offset from the piston rod 4.
- the roller 22 may also be offset in the direction of the axis of rotation A to the piston rod 4.
- Figure 2 shows the electromechanical brake booster 1 in its rest position and thus at the beginning of the operating range.
- End position with maximum stroke s is achieved, which in this case is achieved at an engine angle MW of 360 °.
- the motor angle range can also be chosen smaller, but this tends to a larger cam 20 and a larger radial footprint of the
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Abstract
Ein elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Kraftfahrzeugbremsanlage umfasst einen elektrischen Antriebsmotor (6) zur Erzeugung einer Verstärkungskraft, eine zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (6) und einer Kolbenstange (4) oder einem Kolben (5) eines Hauptbremszylinders (3) wirksam eingekoppelte Getriebeeinrichtung (7) zur Übersetzung einer Antriebsbewegung des elektrischen Antriebsmotors (6) in eine Translationsbewegung der Kolbenstange (4) oder des Kolbens (5) mit variablem Übersetzungsverhältnis und eine Druckstange (9) zur Kopplung mit einem Bremspedal (2). Die Druckstange (9) ist mit einer mit dem elektrischen Antriebsmotor (6) gekoppelten Eingangsseite der Getriebeeinrichtung (7) drehmomentübertragend gekoppelt.
Description
Beschreibung
Elektromechanischer Bremskraftverstärker
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für eine Kraftfahrzeugbremsanlage umfassend einen elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft, eine zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelte Getriebeeinrichtung zur Übersetzung einer Antriebsbewegung des elektrischen Antriebsmotors in eine
Translationsbewegung der Kolbenstange oder des Kolbens mit variablem
Übersetzungsverhältnis und eine Druckstange zur Kopplung mit einem Bremspedal.
Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit zwei unabhängigen Bremskreisen ausgestattet, damit bei Ausfall eines Bremskreises zumindest noch ein Bremskreis zum
Abbremsen des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Die Versorgung der beiden Bremskreise mit Hydraulikdruck erfolgt über einen Hauptbremszylinder, der vom Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein Bremspedal betätigt wird. Da die vom Fahrer bereitgestellte Fußkraft verhältnismäßig gering ist, wird über einen Bremskraftverstärker in Abhängigkeit der Bremspedalbetätigung eine zusätzliche Kraft auf den Hauptbremszylinder aufgebracht. Diese zusätzliche Verstärkungskraft beträgt in der Regel ein Mehrfaches der vom Fahrer aufgebrachten Fußkraft.
Bremskraftverstärker herkömmlicher Bauart arbeiten mit einem vom Fahrzeugmotor erzeugten Unterdruck. Eine Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck wird dazu genutzt, die Verstärkungskraft bereitzustellen. Bei Dieselmotoren und modernen
Benzinmotoren sowie bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb oder Hybridantrieb steht jedoch kein ausreichender Unterdruck mehr zur Verfügung. Hier können elektromechanische
Bremskraftverstärker eingesetzt werden, welche die Verstärkungskraft mithilfe eines
elektrischen Antriebsmotors erzeugen. Über ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motorwinkel des Antriebsmotors und dem Hub der Kolbenstange oder des Kolbens lässt sich die Verstärkungskraft in Abhängigkeit der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer gezielt zusteuern. Verschiedene Beispiele elektromechanischer Bremskraftverstärker mit variabler Übersetzung sind aus DE 10 2006 027 039 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Alternativen zu herkömmlichen
elektromechanischen Bremskraftverstärkern aufzuzeigen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein elektromechanischer Bremskraftverstärker gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, welcher einen elektrischen Antriebsmotor zur Erzeugung einer Verstärkungskraft, eine zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und einer Kolbenstange oder einem Kolben eines Hauptbremszylinders wirksam eingekoppelte
Getriebeeinrichtung zur Übersetzung einer Antriebsbewegung des elektrischen Antriebsmotors in eine Translationsbewegung der Kolbenstange oder des Kolben mit variablem
Übersetzungsverhältnis und eine Druckstange zur Kopplung mit einem Bremspedal umfasst und sich dadurch auszeichnet, dass die Druckstange mit einer mit dem elektrischen
Antriebsmotor gekoppelten Eingangsseite der Getriebeeinrichtung drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Gemäß ECE 79 werden für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektrischem Bremskraftverstärker bei einem Ausfall des elektrischen Antriebsmotors bestimmte Mindestverzögerungen gefordert. Dazu kann der Fahrer die Fahrzeugbremsanlage allein durch seine am Bremspedal aufgebrachte Fußkraft betätigen. Erfindungsgemäß erfolgt dieser mechanische Durchgriff unter Zwischenschaltung der Getriebeeinrichtung, so dass die Übertragungsfunktion zwischen Fußkraft und Bremsdruck das variable Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinrichtung beinhaltet. Hierdurch kann die Fußkraft des Fahrers verstärkt werden, so dass sich bei einem mechanischen Durchgriff bei gleicher Fußkraft höhere Bremsdrücke und dementsprechend höhere Verzögerungswerte an einem Kraftfahrzeug verwirklichen lassen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann ein variables Übersetzungsverhältnis sehr einfach mittels einer Kurvenscheibe verwirklicht werden. Über eine solche Kurvenscheibe lässt sich auf besonderes einfache Art und Weise ein gewünschtes Übertragungsverhalten zwischen dem Antrieb und der
Ausgangsseite der Getriebeeinrichtung darstellen, was sich in einem definierten
Übersetzungsverhältnis zwischen der Translationsbewegung der Kolbenstange oder des Kolbens und der Drehzahl (Motorwinkel je Zeiteinheit) der elektrischen Antriebseinrichtung niederschlägt.
Weiterhin kann die Druckstange zur drehmomentübertragenden Koppelung einen
Zahnstangenabschnitt aufweisen. Dies gestattet auf einfache Weise eine Übersetzung einer
translatorischen Bewegung der mit dem Bremspedal gekoppelten Druckstange mit einem rotatorischen Glied, beispielsweise einer Eingangswelle der Getriebeeinrichtung oder einem Getriebeglied derselben.
An letzteren kann hierzu eine entsprechende Verzahnungsgeometrie zur
drehmomentübertragenden Koppelung mit der Druckstange vorgesehen sein. Beispielsweise kann dazu ein Ritzel an einem Getriebeglied wie beispielsweise einer Kurvenscheibe oder an der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung vorgesehen sein, welches mit der Druckstange drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Grundsätzlich können jedoch alle Getriebetypen zum Einsatz kommen, welche eine
Übersetzung einer translatorischen Eingangsbewegung in eine rotatorische
Ausgangsbewegung gestatten.
Sollen besonders kompakte elektrische Antriebe zum Einsatz kommen, kann der elektrische Antriebsmotor als Getriebemotor ausgeführt werden, in den beispielsweise ein Planetengetriebe oder Harmonic-Drive-Getriebe integriert ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Getriebeeinrichtung eine durch den elektrischen Antriebsmotor angetriebene Kurvenscheibe auf. Dabei definiert der Außenumfang der Kurvenscheibe ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der
Translationsbewegung der Kolbenstange oder des Kolbens und der Drehzahl des
Antriebsmotors.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kurvenscheibe über eine Rolle gegen die Kolbenstange oder den Kolben abgestützt, um die Systemreibung zu reduzieren. Dabei kann die Rolle an der Kolbenstange oder am Kolben drehbar gelagert sein.
Im Hinblick auf die Vermeidung von Querkräften an der Kolbenstange oder am Kolben ist es ferner von Vorteil, wenn die Krafteinleitung auf Höhe der Kolbenstange oder des Kolbens erfolgt. Die Schnittstelle zwischen der Getriebeeinrichtung und der Kolbenstange oder dem Kolben kann dementsprechend derart konfiguriert sein, dass eine Achse senkrecht zur
Kurvenscheibe, welche durch einen Druckpunkt zwischen der Kurvenscheibe und der
Kolbenstange oder dem Kolben oder einer gegebenenfalls vorhandenen Rolle verläuft, die Kolbenstange oder den Kolben schneidet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Figur 1 eine schematische Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers für eine Fahrzeugbremsanlage,
Figur 2 eine schematische Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers für eine Fahrzeugbremsanlage in Ruhestellung,
Figur 3 eine Längsschnittansicht des elektromechanischen Bremskraftverstärkers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer Bremsbetätigung,
Figur 4 eine Längsschnittansicht des elektromechanischen Bremskraftverstärkers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Erreichen des Endes des Betriebsbereichs, und in
Figur 5 eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Kopplung zwischen der
Druckstange, der Getriebeeinrichtung und der Kolbenstange.
Die den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf einen
elektromechanischen Bremskraftverstärker 1 zum Einbau zwischen einem Bremspedal 2 und einem Tandem-Hauptbremszylinder 3 einer nicht näher dargestellten, jedoch an sich bekannten Fahrzeugbremsanlage mit zwei unabhängigen Bremskreisen B1 und B2. In den Tandem- Hauptbremszylinder 3 erstreckt sich eine Kolbenstange 4 zu einem ersten Kolben 5 des Tandem-Hauptbremszylinders 3.
Der in Figur 1 dargestellte elektromechanische Bremskraftverstärker 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor 6 zur Erzeugung einer Verstärkungskraft auf. Zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 6 und der Kolbenstange 4 oder dem Kolben 5 ist eine Getriebeeinrichtung 7 eingekoppelt, welche die Antriebsbewegung des Antriebsmotors 6 in eine
Translationsbewegung der Kolbenstange 4 und des Kolbens 5 übersetzt.
Die Getriebeeinrichtung 7 kann dabei derart an die Kolbenstange 4 oder den Kolben 5 angeschlossen sein, dass lediglich Druckkräfte in Richtung des Tandem-Hauptbremszylinders 3 übertragen werden. Dies kann beispielsweise über einen Mitnehmer an der Kolbenstange 4 oder am Kolben 5 erzielt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein Ausgangsglied der
Getriebeeinrichtung 7 derart anzuschließen, dass sowohl eine Übertragung von Druck- und Zugkräften möglich ist. Bei einer Bremspedalbetätigung drückt das Ausgangsglied der
Getriebeeinrichtung 7 die Kolbenstange 4 und den Kolben 5 in Richtung des Tandem- Hauptbremszylinders 3, das heißt in Figur 1 nach links. Dazu kann die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft beispielsweise mit einem Kraftsensor gemessen werden. In Abhängigkeit der erfassten Kraft wird der elektrische Antriebsmotor 6 bestromt. Dessen Antriebsmoment wird über die Getriebeeinrichtung 7 als Verstärkungskraft an dem ersten Kolben 5 des Tandem- Hauptbremszylinders 3 zusammen mit der Fußkraft des Fahrers zur Wirkung gebracht, um einen entsprechenden Bremsdruck in den Bremskreisen B1 und B2 zu erzeugen. Ein zweiter Kolben 8 in Form eines Schwimmkolbens überträgt dazu innerhalb des Tandem- Hauptbremszylinders 3 den Druck im ersten Bremskreis B1 auf den zweiten Bremskreis B2.
Die Fußkraft des Fahrers wird über eine Druckstange 9 eingebracht, welche sich von dem Bremspedal 2 in Richtung des Hauptbremszylinders 3 erstreckt. Vorliegend ist die Druckstange 9 mit einer mit dem elektrischen Antriebsmotor 6 gekoppelten Eingangsseite der
Getriebeeinrichtung 7 drehmomentübertragend gekoppelt. Wird das Bremspedal 2 betätigt, so wird die Druckstange 9 axial verlagert und bewirkt an der Eingangsseite der Getriebeeinrichtung 7 ein Drehmoment, welches dem Antriebsmoment der elektrischen Antriebseinrichtung 6 hinzuaddiert wird.
Wie Figur 5 zeigt, ist hierzu ein Endabschnitt 10 der Druckstange 9 mit einem
Zahnstangenabschnitt 1 1 versehen. Dieser Zahnstangenabschnitt 1 1 kämmt mit einer
Verzahnungsgeometrie, welche an einer Eingangswelle 12 oder Kurvenscheibe 20 der
Getriebeeinrichtung 7 vorgesehen ist. Die Verzahnungsgeometrie kann beispielsweise ein drehfest mit der Eingangswelle 12 oder der Kurvenscheibe 20 verbundenes Ritzel 13 sein. Ein solches Ritzel 13 kann auch integral mit der Eingangswelle 12 oder der Kurvenscheibe 20 ausgebildet werden. Stellt die Eingangswelle 12 nicht gleichzeitig die Motorabtriebswelle des elektrischen Antriebsmotors 6 dar, kann die dremomentübertragende Ankopplung der
Druckstange 9 auch an anderer Stelle im Antrieb erfolgen.
In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können zwischen der Druckstange 9 und der Eingangsseite der Getriebeeinrichtung 7 auch andere Getriebetypen zum Einsatz kommen, welche eine Übersetzung einer translatorischen Bewegung der Druckstange 9 in eine rotatorische Antriebsbewegung gestatten.
Bei einem Ausfall des elektrischen Antriebsmotors 6 des elektromechanischen
Bremskraftverstärkers 1 oder des gesamten Fahrzeugbordnetzes ist eine Betätigung der Fahrzeugbremsanlage allein mit der Fußkraft des Fahrers möglich. Die am Bremspedal 2 aufgebrachte Fußkraft wird in diesem Fall über die Druckstange 9 an die Eingangsseite der Getriebeeinrichtung 7 und von dort auf die Kolbenstange 4 und den Kolben 5 übertragen.
Dieser mechanische Durchgriff erfolgt unter Zwischenschaltung der Getriebeeinrichtung 7, so dass die Fußkraft des Fahrers am Bremspedal 2 mit dem Übersetzungsverhältnis der
Getriebeeinrichtung 7 an der Kolbenstange 4 oder dem Kolben 5 zur Wirkung gebracht wird. Durch die zusätzliche Verzahnung kann die Fußkraft verstärkt werden, so dass der Fahrer bei gleicher Fußkraft entsprechend höhere Bremsdrücke erzeugen kann. Hierdurch lassen sich an einem Kraftfahrzeug wiederum höhere Verzögerungswerte erzielen.
Wird zur elektrischen Antriebseinrichtung 6 hin ein Freilauf vorgesehen, so müssen hierbei die Massenträgheiten des Antriebsmotors 6 nicht mitgeschleppt werden. Die Rückführung des Bremspedals 2 in seine Null-Lage kann durch den Gegendruck im Hauptbremszylinder 3 sowie eine gegebenenfalls zusätzlich vorhandene Pedalrückholfeder erfolgen.
Die Getriebeeinrichtung 7 ermöglicht eine variable Übersetzung, wobei als
Übersetzungsverhältnis das Verhältnis aus der Translationsbewegung am Getriebeausgang, das heißt der Hubgeschwindigkeit der Kolbenstange 4 oder des Kolbens 5, zur
Motorwinkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors 6 verstanden wird. Dieses
Übersetzungsverhältnis ist zu Beginn einer Bremspedalbetätigung, das heißt bei einem kleinen Hub s der Kolbenstange 4 oder des Kolbens 5 aus der Ausgangsstellung zunächst groß und nimmt im weiteren Verlauf der Bremspedalbetätigung ab, wodurch sich eine hohe
Antrittsdynamik und ein hoher Aussteuerdruck verwirklichen lassen. Im Antrittsbereich trifft der Fuß des Fahrers mit hoher Geschwindigkeit auf das Bremspedal 2 und erfährt zunächst keine merkliche Gegenkraft der Fahrzeugbremsanlage, da sich der hydraulische Gegendruck im Tandem-Hauptbremszylinder 3 langsam aufbaut. Um in dieser Situation über den Antriebsmotor 6 eine Verstärkungskraft bereitzustellen, müsste dieser aus seiner Ruhestellung stark beschleunigt werden, was jedoch aufgrund der Massenträgheiten des Antriebsmotors 6 problematisch ist. Man behilft sich in dieser Phase mit einer entsprechend hohen
Getriebeübersetzung. Mit einer solch hohen Getriebeübersetzung lassen sich jedoch über den zur Verfügung stehenden maximalen Hub der Kolbenstange 4 und des Kolbens 5 keine hohen Verstärkungskräfte erzielen, weswegen das Übersetzungsverhältnis mit zunehmendem Hub zurückgenommen werden kann.
Generell kann ab einem bestimmten Hub der Druckstange 9 auch ein konstantes Übersetzungsverhältnis vorgesehen werden.
Tritt während des Betriebs der Fahrzeugbremsanlage am Bremspedal 2 beispielsweise ein Leerweg auf, so muss dieser zunächst überwunden werden, bevor es im Tandem- Hauptbremszylinder 3 zu einem Druckaufbau kommt, um das Fahrzeug abzubremsen. Wird dies festgestellt, kann erfindungsgemäß über den elektrischen Antriebsmotor 6 in Verbindung mit einer entsprechend konfigurierten Getriebeeinrichtung 7, der benötigte längere Hub kompensiert werden, um ein schnelleres Ansprechen der Fahrzeugbremsanlage zu
ermöglichen.
Die Getriebeeinrichtung 7 weist eine variable Übersetzungscharakteristik auf. Diese kann gegebenenfalls über die Verzahnungsgeometrie der Druckstange 9 modifiziert werden.
Dabei kann ohne Beschränkung hierauf die Getriebeeinrichtung 7 insbesondere derart konfiguriert sein, dass an einer Eingangswelle 8 derselben für den Betrieb ein
Drehwinkelbereich von 180° bis 360° zur Verfügung steht. Mit in etwa einer halben bis ganzen Umdrehung lässt sich somit der benötigte Hub der Kolbenstange 4 oder des Kolbens 5 abdecken.
Der elektrische Antriebsmotor 6 kann dementsprechend derart auf die Getriebeeinrichtung 7 abgestimmt sein, dass ein Gesamthub der Kolbenstange 4 oder des Kolbens 5 einem
Gesamtmotorwinkel im Bereich von 180° bis 360° liegt. Mit in etwa einer halben bis ganzen Motorumdrehung kann somit die gesamte benötigte Translation für den Betrieb der
Fahrzeugbremsanlage abgedeckt werden. Sollen kleine elektrische Antriebe mit hoher Drehzahl zum Einsatz kommen, kann der elektrische Antriebsmotor 6 als Getriebemotor mit integrierter Drehzahluntersetzung ausgeführt werden.
Für eine Veränderung der Bremskraftunterstützung in Abhängigkeit des Zustands der
Fahrzeugbremsanlage ist lediglich eine Modifikation der Ansteuerung des elektrischen
Antriebsmotors 6 erforderlich. Zusätzliche Stellglieder und Kinematiken werden hierfür nicht benötigt.
In den Figuren 2 bis 4 ist die Wirkungsweise der Getriebeeinrichtung 7 veranschaulicht, welche in einem elektromechanischen Bremskraftverstärker 1 gemäß Figur 1 einsetzbar ist. Diese Getriebeeinrichtung 7 umfasst eine Kurvenscheibe 20, die an der Eingangswelle 12 festgelegt ist. Die Eingangswelle 12 ist mit dem elektrischen Antriebsmotor 6 gekoppelt. Über den
Außenumfang 21 der Kurvenscheibe 20 wird ein variables Übersetzungsverhältnis der
Translationsgeschwindigkeit der Kolbenstange 4 oder des Kolbens 5 zur Drehzahl des
Antriebsmotors 6 definiert. Der Außenumfang 21 der Kurvenscheibe 20 steht mit der
Kolbenstange 4 in Eingriff, um diese in Richtung des Tandem-Hauptbremszylinders 3 und des ersten Kolbens 5 derselben zu drücken. Dazu kann an der Kolbenstange 4 oder auch am Kolben 5 eine Rolle 22 gelagert sein, die mit dem Außenumfang 21 der Kurvenscheibe 20 in Kontakt steht.
Die Kurvenscheibe 20 ist derart ausgebildet, dass der Betriebsbereich für die Bremsbetätigung durch mindestens 80 Prozent der Umfangslänge der Kurvenscheibe 20 dargestellt wird. Durch Abwälzen des Außenumfangs 21 entlang der Rolle 22 kann somit der gesamte zur Verfügung stehende Hub s der Kolbenstange 4 und des Kolbens 5 abgedeckt werden. Die Kurvenscheibe 20 ist derart konfiguriert, dass deren Radius zur Drehachse A entlang des Außenumfangs 21 stets dem jeweils gewünschten Übersetzungsverhältnis zwischen der Motorbewegung und der Hubbewegung entspricht. Aufgrund der kompakten Abmessungen der Kurvenscheibe 20 ergibt sich für diese eine in etwa nierenförmige Außenkontur.
Die Kurvenscheibe 20 kann als im Wesentlichen flache Platte ausgeführt werden, deren Drehachse A quer zur Kolbenstange 4 verläuft. Die Anordnung zur Kolbenstange 4 kann dabei insbesondere derart erfolgen, dass eine Achse senkrecht zur Kurvenscheibe 20, welche durch einen Druckpunkt B zwischen der Kurvenscheibe 20 und der Kolbenstange 4 oder dem Kolben 5 oder einer gegebenenfalls vorhandenen Rolle 22 verläuft, die Kolbenstange 4 oder den Kolben 5 schneidet. Jedoch können die Drehachse A und die Rolle 22 auch versetzt zur Kolbenstange 4 angeordnet werden. Die Rolle 22 kann zudem in Richtung der Drehachse A zur Kolbenstange 4 versetzt sein.
Figur 2 zeigt den elektromechanischen Bremskraftverstärker 1 in seiner Ruheposition und damit zu Beginn des Betriebsbereichs. Bei einer Betätigung des Bremspedals 2 wird die Antriebskraft des elektrischen Antriebsmotors 6 über den am stärksten gekrümmten Abschnitt der
Kurvenscheibe 20 auf die Kolbenstange 4 übertragen. Bei einer Drehung um einen Motorwinkel MW von etwa 180° wird die in Figur 3 dargestellte Stellung erreicht. Dreht man den
Antriebsmotor 6 aus der Stellung gemäß Figur 3 weiter, so wälzt der Außenumfang 21 der Kurvenscheibe 20 kontinuierlich weiter gegen die Kolbenstange 4 ab, bis in Figur 4 die
Endstellung mit maximalem Hub s erreicht wird, welche vorliegend bei einem Motorwinkel MW von 360° erreicht wird. Je nach Konfiguration des Außenumfangs 21 der Kurvenscheibe 20 kann der Motorwinkelbereich auch kleiner gewählt werden, was jedoch tendenziell zu einer
größeren Kurvenscheibe 20 und einem größeren radialen Platzbedarf des
Bremskraftverstärkers führt.
Durch Betreiben des elektrischen Antriebsmotors 6 in einem anderen Motorwinkelbereich kann das Unterstützungsverhalten verändert werden, ohne dass hierzu zusätzliche Stellglieder an der Getriebeeinrichtung 7 erforderlich wären. Durch die vorstehend erläuterte Ausgestaltung wird zudem ein einfacher und besonders kompakter Aufbau erzielt.
Die oben erläuterte Kinematik kann jedoch auch ohne elektrischen Antriebsmotor 6 in einen rein mechanischen Bremskraftverstärker implementiert werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren
Abwandlungen näher erläutert. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiter Einzelmerkmale erläutert wurden, können jedoch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher nicht auf die
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste
1 elektromechanischer Bremskraftverstärker
2 Bremsepedal
3 Hauptbremszylinder
4 Kolbenstange
5 Kolben
6 elektrische Antriebseinrichtung
7 Getriebeeinrichtung
8 Schwimmkolben
9 Druckstange
10 Endabschnitt
1 1 Zahnstangenabschnitt
12 Eingangswelle
13 Ritzel
20 Kurvenscheibe
21 Außenumfang
22 Rolle
A Drehachse der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung
B Achse durch den Druckpunkt der Kurvenscheibe
B1 erster Bremskreis
B2 zweiter Bremskreis
s Weg der Kolbenstange aus der Null-Lage
MW Motorwinkel
Claims
1. Elektromechanischer Bremskraftverstärker für eine Kraftfahrzeugbremsanlage,
umfassend:
einen elektrischen Antriebsmotor (6) zur Erzeugung einer Verstärkungskraft,
eine zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (6) und einer Kolbenstange (4) oder einem Kolben (5) eines Hauptbremszylinders (3) wirksam eingekoppelte Getriebeeinrichtung (7) zur Übersetzung einer Antriebsbewegung des elektrischen Antriebsmotors (6) in eine Translationsbewegung der Kolbenstange (4) oder des Kolbens (5) mit variablem
Übersetzungsverhältnis, und
eine Druckstange (9) zur Kopplung mit einem Bremspedal (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckstange (9) mit einer mit dem elektrischen Antriebsmotor (6) gekoppelten Eingangsseite der Getriebeeinrichtung (7) drehmomentübertragend gekoppelt ist.
2. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange (9) zur drehmomentübertragenden Koppelung einen
Zahnstangenabschnitt (1 1 ) aufweist.
3. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Getriebeeinrichtung (7) oder einer Eingangswelle (12) derselben eine Verzahnungsgeometrie zur drehmomentübertragenden Koppelung mit der Druckstange (9) vorgesehen ist.
4. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ritzel (13) an der Getriebeeinrichtung (7) oder der Eingangswelle (12) derselben vorgesehen ist, welches mit der Druckstange (9) drehmomentübertragend gekoppelt ist.
5. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (7) eine durch den Antriebsmotor (6) angetriebene Kurvenscheibe (20) aufweist und der Außenumfang (21 ) der Kurvenscheibe (20) ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der Translationsbewegung der Kolbenstange (4) oder des Kolbens (5) zur Drehzahl des Antriebsmotors (6) bestimmt.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (20) über eine Rolle (22) gegen die Kolbenstange (4) oder den Kolben (5) abgestützt ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (22') an der Kolbenstange (4) oder am Kolben (5) drehbar gelagert ist.
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