CZ24428U1

CZ24428U1 - Electronically controlled braking system

Info

Publication number: CZ24428U1
Application number: CZ201226279U
Authority: CZ
Inventors: Kocourek@Petr; Novák@Jirí
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze,
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2012-10-15

Description

Elektronicky řízený brzdový systémElectronically controlled braking system

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká elektronicky řízeného brzdového systému, napájeného z vozidlové rozvodné napájecí sítě a sestávajícího z brzdového kotouče spojeného se vstupní hřídelí poloosy, ke kterému jsou umístěny brzdové segmenty uložené v brzdovém třmenu.The invention relates to an electronically controlled braking system powered by a vehicle power supply network and consisting of a brake disc coupled to an input shaft of a half-axle to which the brake segments mounted in the brake caliper are located.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Provozní hydraulické kotoučové brzdy jsou tvořeny brzdovým třmenem s dvěma brzdovými segmenty. K brzdovému třmenu je připevněn hydraulický válec s pístem, který vytváří potřebnou tlakovou sílu na brzdový segment. Letmým uchycením brzdového třmenu se dociluje brzdného io účinku obou brzdových segmentů. Brzdný účinek ovládá řidič tlakem nohy na brzdový pedál. Pro zvýšení brzdného účinku se využívá posilovačů. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost rozvodu hydraulické kapaliny a omezené možnosti elektronického řízení jízdních parametrů vozidla pomocí ABS, ESP, ASR. Implementace elektronického řízení je řešena jednotkou ABS s nutným hydraulickým čerpadlem a řízením 8 až 12 hydraulickými ventily pro řízení optimálních brzdíš ných účinků jednotlivých kol.The service hydraulic disc brakes consist of a brake caliper with two brake segments. Attached to the brake caliper is a hydraulic cylinder with a piston that generates the necessary compressive force on the brake segment. By flying the brake caliper, the braking effect of both brake segments is also achieved. The braking effect is controlled by the driver's foot pressure on the brake pedal. Boosters are used to increase the braking effect. The disadvantage of this solution is the necessity to distribute hydraulic fluid and limited possibilities of electronic control of vehicle driving parameters by means of ABS, ESP, ASR. Implementation of electronic control is solved by ABS unit with necessary hydraulic pump and control by 8 to 12 hydraulic valves to control optimal braking effects of individual wheels.

Elektricky ovládané kotoučové brzdy se používají pouze jako parkovací brzdy. Jedno řešení využívá k vyvození brzdného účinku vícepólový elektromotor s převodovkou pohánějící Šroub, který axiálním pohybem vytváří přítlačnou sílu na brzdové segmenty. Druhým typem řešení je rozevření klínových segmentů kuželovým šroubem poháněným opět stejnosměrným motorem vyvozujícím přítlak na brzdové segmenty. Nevýhodou těchto řešení je nemožnost regulace přítlačné síly brzdy a časové zpoždění brzdného účinku řádu stovky ms. Taková řešení nejsou akceptovatelná pro provozní brzdy, kde vyžadujeme rychlou reakci brzdného účinku včetně regulace přítlačné síly nezávisle na jednotlivých kolech.Electrically operated disc brakes are only used as parking brakes. One solution utilizes a screw-driven multi-pole electric motor to generate a braking effect, which generates a thrust force on the brake segments by axial movement. The second type of solution is to open the wedge segments with a conical screw driven again by a DC motor applying pressure on the brake segments. The disadvantage of these solutions is the impossibility of regulating the brake force and the time delay of the braking effect of the order of hundreds of ms. Such solutions are not acceptable for service brakes where we require a fast braking response, including pressure adjustment independently of each wheel.

Provozní vozidlové brzdy se používají hydraulické včetně hydraulického posilovače nebo jsou známé elektrohydraulické brzdové systémy. Ve druhém případě hydraulická část brzdy kola pracuje na podobném principu jako v prvém případě hydraulické brzdy. U elektrohydraulického systému se pro tlak kapaliny vytvářející přítlačnou sílu využívá elektricky napájeného aktuátoru umístěného u brzdy a ovládajícího pouze jednu brzdu. Aktuátor vytváří tlak na píst hydraulického válce. Nízká přítlačná síla aktuátoru se zvyšuje použitím malého průměru pístu válce aktuátoru a většího průměru pístu brzdového válce. Elektrohydraulický systém neřeší požadavek odstranění hydraulické soustavy brzdového systému.Service vehicle brakes are used hydraulic including hydraulic booster or electrohydraulic brake systems are known. In the latter case, the hydraulic portion of the wheel brake operates on a similar principle as in the first case the hydraulic brake. In the electrohydraulic system, an electrically powered actuator located at the brake and actuating only one brake is used for the pressure of the pressure-producing fluid. The actuator exerts pressure on the piston of the hydraulic cylinder. The low actuating force of the actuator is increased by using a small diameter of the actuator cylinder piston and a larger diameter of the brake cylinder piston. The electrohydraulic system does not address the requirement to remove the hydraulic system of the brake system.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Nevýhody hydraulických provozních brzd a elektromechanických parkovacích brzd odstraňuje elektronicky řízený brzdový systém s krátkou časovou odezvou sestávající z brzdového třmenu, v němž jsou dva třecí segmenty spolupůsobící na brzdový kotouč, přičemž na brzdovém třmenu je upevněn aktuátor opatřený krokovým motorem s rotorovým šroubem, jehož axiální pohyb vytváří záběr jednoho z třecích segmentů, letmým uložením brzdového třmenu je vytvářen i přítlak druhého třecího segmentu.Disadvantages of hydraulic service brakes and electromechanical parking brakes are eliminated by an electronically controlled, short time response braking system consisting of a brake caliper in which two friction segments cooperate on the brake disc, the brake caliper being fitted with an actuator equipped with a stepper motor with rotor screw whose axial movement it creates an engagement of one of the friction segments, and by loosely mounting the brake caliper, the pressure of the other friction segment is also created.

Výhodou elektronicky řízeného brzdového systému je přímé vytváření přítlačné síly krokovýmThe advantage of the electronically controlled braking system is the direct application of a stepping force

4d elektromotorem s rotorovým šroubem, odstranění hydraulických částí brzdové soustavy běžné u stávajících brzdových systémů, podstatně jednodušší a komfortnější řízení brzdové soustavy vozidla a tím zlepšení jízdních vlastností vozidla při kritických stavech decelerace.4d electric motor with rotor screw, removal of hydraulic parts of the braking system common with existing braking systems, significantly simpler and more comfortable control of the braking system of the vehicle and thus improving the driving characteristics of the vehicle in critical deceleration states.

Příkladem možného dalšího využití, mezi jinými, je elektronicky řízený brzdový systém s krokovým motorem pro adaptivní řízení decelerace vozidla podle momentálních jízdních podmínek, ve kterých se vozidlo nalézá. Lze využít zpětnovazebního vyhodnocení údajů ze senzoru otáčení kol, akcelerometrů a senzoru rychlosti vozidla.An example of a possible further use, inter alia, is the electronically controlled stepper motor braking system for adaptive control of vehicle deceleration according to the current driving conditions in which the vehicle is located. Feedback evaluation of wheel rotation sensor, accelerometers and vehicle speed sensor can be used.

- 1 CZ 24428 Ul- 1 CZ 24428 Ul

Dalším možným využitím navrhovaného systému je zvýšení stability vozidla ve smyku, kdy účinněji řídí přibrzďování kol než systém ESP na bázi hydraulických systémů.Another possible use of the proposed system is to increase the shear stability of the vehicle by controlling wheel braking more effectively than the ESP-based hydraulic system.

Další výhodou oproti standardním systémům je možnost kalibrace systému např, pri/před/po každém uvedení vozidla do chodu, kdy se řízený brzdový systém kalibruje a umožňuje optimální nastavení brzdových segmentu, a tím koriguje jejich opotřebení.Another advantage over standard systems is the ability to calibrate the system eg, before / after / after each vehicle operation, when the controlled brake system is calibrated and allows optimal adjustment of the brake segments, thereby correcting their wear.

Další výhodou navrženého řešení je možnost diagnostiky stavu brzdových segmentů pomocí signálů inkrementálního čidla, které definuje absolutní polohu rotorového šroubu. Tím odstraňuje současný systém diagnostiky brzdových segmentů realizovaný vodičem implementovaným v brzdovém segmentu a sledováním přerušení tohoto vodiče při dosažení kritické tloušťky brzdoio vého segmentu. Této výhody lze například využít pro průběžnou diagnostiku opotřebení brzdových segmentů bez vizuální kontroly mechanikem.Another advantage of the proposed solution is the possibility of diagnosing the condition of the brake segments by means of incremental encoder signals, which define the absolute position of the rotor screw. Thus, it eliminates the current brake segment diagnostics system implemented by the wire implemented in the brake segment and by monitoring the break of the wire when the critical thickness of the brake segment is reached. For example, this advantage can be used to continuously diagnose wear of the brake segments without visual inspection by a mechanic.

Pomocí navrženého řešení lze ať jíž částečně, či úplně nahradit hydraulický systém brzdového systému. Navržený systém je energeticky úsporný, spotřebovává energii pouze při změně režimu brzdy. V odbrzdčném stavu krokový motor nemusí být napájen, a při konstantním brzdění může být poloha brzdových segmentů udržována samosvomostí rotorového šroubu s případným jištěním sníženým napájecím napětím krokového motoru.With the proposed solution, the hydraulic system of the braking system can be partially or completely replaced. The proposed system is energy efficient, consumes energy only when the brake mode is changed. When released, the stepper motor need not be powered, and with constant braking, the position of the brake segments can be maintained by the self-locking of the rotor bolt, possibly with a reduced supply voltage of the stepper motor.

Velkou výhodou navrženého řešení je krátká časová odezva, umožňující využití pro provozní brzdové systémy vozidel oproti používaným elektrickým parkovacím brzdovým systémům s dlouhou časovou konstantou.A great advantage of the proposed solution is a short response time, allowing use for vehicle service braking systems compared to the electric parking braking systems used with a long time constant.

Navržené řešení zcela odstraňuje hydraulický systém, čímž je montážně i provozně značně výhodnější. Výroba i montáž je jednodušší, což přináší nejen technické, ale i ekonomické výhody. Důležitá je i průběžná diagnostika opotřebení třecích segmentů.The proposed solution completely eliminates the hydraulic system, which makes installation and operation considerably more advantageous. Production and assembly is simpler, which brings not only technical but also economic benefits. Continuous diagnostics of wear of friction segments is also important.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Elektronicky řízený brzdový systém podle obr. 1, napájený z vozidlové rozvodné napájecí sítě, sestává z brzdového kotouče 2 spojeného se vstupní hřídelí i poloosy a jsou k němu umístěny brzdové segmenty 6 uložené v brzdovém třmenu 5 posuvném pomocí vodicích čepů 8 a příruba 3 kola. Vstupní hřídel [je uložena v unášeči 4 s ložiskem. K brzdovému třmenu 5 je pevně připojen aktuátor tvořený krokovým motorem 7 s inkrementálním čidlem, rotorový šroub krokového motoru 7 přitlačuje jeden brzdový segment 6 brzdovému kotouči 2. Inkrementální čidlo je umís30 těno na rotorovém šroubu krokového motoru 7 pro definování polohy rotorového šroubu a jeho úhlového natočení. Krokový motor 7 s rotorovým šroubem je podle obr. 2 připojen k řídicí jednotce 10, na jejíž vstupy jsou připojeny senzor Π polohy brzdového pedálu, senzory' 12 otáček kol umístěných v nábojích poloos, akcelerometr 13, senzor J4 rychlosti vozidla a senzor 15. natočení volantu.The electronically controlled braking system according to FIG. 1, supplied from the vehicle power supply network, consists of a brake disc 2 connected to both the input shaft and the half-axle, and there are brake segments 6 mounted in the caliper 5 movable by guide pins 8 and wheel flange 3. The input shaft [is mounted in the carrier 4 with the bearing. The actuator consisting of a stepper motor 7 with an incremental encoder is firmly connected to the brake caliper 5, the rotor screw of the step motor 7 presses one brake segment 6 to the brake disc 2. The incremental sensor is mounted on the rotor screw of the step motor 7 to define the rotor screw position and angular rotation. . According to FIG. 2, the stepper motor 7 with the rotor screw is connected to a control unit 10, the inputs of which are connected to the brake pedal position sensor Π, the wheel speed sensors 12, the accelerometer 13, the vehicle speed sensor 14 and the rotation sensor 15. steering wheel.

V první fázi, po připojení napájení k řídicímu modulu krokového motoru 2, je nutné nastavit potřebnou vůli mezi brzdovými segmenty 6 a brzdovým kotoučem 2, což provede řídící jednotka 10 posunem rotorového šroubu k brzdovému segmentu 6 až do stavu, kdy řídicí jednotka 10 omezí napájecí proud krokového motoru 7 na předem danou maximální hodnotu. Tím je docíleno maximální přítlačné síly brzdy. Následně rotor reverzuje pohyb a otočí se o předem definovaný úhel, který určuje vůli mezi brzdovými segmenty 6 a brzdovým kotoučem 2. Při brzdění senzor JT polohy snímá pohyb brzdového pedálu a následně řídicí jednotka l_0 krokového motoru 7 pootočí rotorem krokového motoru 7 tak, aby brzdové segmenty 6 se přiblížily k brzdovému kotouči 2 a byl vytvořen brzdný účinek odpovídající poloze brzdového pedálu. Při změně polohy brzdového pedálu se bude otáčet rotorový Šroub krokového motoru 7, a tím se bude měnit poloha brzdových segmentů 6 i brzdný účinek až do odpojení napájení krokového motoru 7 při klidové poloze brzdového pedálu. Při zastavení vozidla elektronicky řízený brzdový systém s krokovým motorem 7 přebírá funkci parkovací brzdy a podobně jako u známé elektricky ovládané parkovací brzdy je možné před vypnutím napájení řídicí jednotky 10 sešlápnout brzdový pedál a následně vypnout napájení. Tím zůstane při vyřazení vozidla z provozu brzdový systém zabrzděn. Po uvedení vozíCZ 24428 Ul dla do chodu se cyklus bude opakovat včetně kalibrace polohy brzdových segmentů 6 k brzdovému kotouči 2.In the first stage, after connecting the power supply to the stepper motor control module 2, it is necessary to adjust the necessary clearance between the brake segments 6 and the brake disc 2 by the control unit 10 by moving the rotor screw to the brake segment 6 until the control unit 10 limits the power supply. current of the stepper motor 7 to a predetermined maximum value. This achieves the maximum brake contact force. Subsequently, the rotor reverses the movement and rotates by a predefined angle which determines the clearance between the brake segments 6 and the brake disc 2. During braking, the position sensor JT senses the movement of the brake pedal and subsequently the stepper motor control unit 10 rotates the rotor of the stepper motor 7 the segments 6 have approached the brake disc 2 and a braking effect corresponding to the position of the brake pedal has been created. When changing the brake pedal position, the rotor bolt of the stepper motor 7 will rotate, thereby altering the position of the brake segments 6 and the braking effect until the stepper motor 7 is de-energized when the brake pedal is in the rest position. When the vehicle is stopped, the electronically controlled braking system with stepper motor 7 assumes the function of the parking brake and, like the known electrically operated parking brake, it is possible to depress the brake pedal before switching off the power to the control unit 10 and then turn off the power. As a result, the brake system remains locked when the vehicle is taken out of service. Once the truck has been started, the cycle will be repeated, including the calibration of the position of the brake segments 6 to the brake disc 2.

Pohyb krokového motoru 7 řídí řídicí jednotka 10, která vyhodnocuje signály ze senzorů 12 otáčení kol, akcelerometru 13, senzoru rychlosti 14 a senzoru 15 natočení volantu. Na základě získaných údajů optimalizuje průběh brzdění jednotlivých kol tak, aby adheze všech kol byla shodná, vozidlo nevybočovalo z požadované trajektorie pohybu, případně pomocí posilovače řízení koriguje natočení řízené nápravy.The movement of the stepper motor 7 is controlled by a control unit 10 which evaluates the signals from the wheel rotation sensors 12, the accelerometer 13, the speed sensor 14 and the steering wheel sensor 15. Based on the obtained data, it optimizes the braking behavior of individual wheels so that the adhesion of all wheels is identical, the vehicle does not deviate from the required trajectory of movement, or corrects the steering axle rotation using the power steering.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Elektronicky řízený brzdový systém, podle tohoto technického řešení, nalezne uplatnění v podstatě u všech typů vozidel.The electronically controlled brake system according to this technical solution will find application in virtually all types of vehicles.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

An electronically controlled braking system, powered from a vehicle power supply network, comprising a brake disc (2) coupled to an input shaft (1) of a half-axle, to which are located brake segments (6) mounted in a brake caliper (5) movable by guide pins (8), characterized in that the stepping motor (7) with an incremental encoder is fixedly connected to the brake calliper (5), the rotor screw of which is in contact with at least one brake segment (6) to cause a change in the contact force of the brake.

An electronically controlled brake system according to claim 1, characterized in that an incremental sensor is provided on the rotor screw of the stepper motor (7) to define the position of the rotor screw and its angular rotation.

An electronically controlled brake system according to claims 1 and 2, characterized in that the stepper motor (7) with the rotor screw is connected to a control unit (10) to which inputs from the brake pedal position sensor (11) of at least one sensor are connected. (12) wheel speed, at least one accelerometer (13), vehicle speed sensor (14) and steering wheel sensor (15).

An electronically controlled braking system according to any one of the preceding claims, characterized in that it is located on each wheel of the vehicle to control the trajectory and stability of the vehicle by controlled independent braking of the individual wheels of the vehicle.

An electronically controlled system according to any one of the preceding claims, characterized in that it is provided with feedback and diagnostics of the condition of the brake segments (6).