DE102023200411A1

DE102023200411A1 - Bremssystem für ein Kraftrad

Info

Publication number: DE102023200411A1
Application number: DE102023200411.9A
Authority: DE
Inventors: Jaganathan Logachari; Moncey Varghese; Ramprazath Karthikeyan; Komal Praneeth Kota
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Brake-by-Wire-Bremssystem (2) für ein Kraftrad, umfassend
• eine trockene Vorderradbremse (6) und eine trockene Hinterradbremse (10);
• eine Steuer- und Regeleinheit (30), welche ausgangsseitig mit den beiden Radbremsen (6, 10) verbunden ist;
• Raddrehzahlsensoren (34, 38), welche eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit (30) verbunden sind;
• wenigstens einen Bremshebel (44, 60) und einen zugeordneten Bremshebelsensor (50, 64), welcher signaleingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit (30) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftrad.
Hydraulische Bremssysteme für Krafträder, insbesondere Motorräder, weisen gewöhnlich eine Vorderradbremse und eine Hinterradbremse auf, welche hydraulisch vom Fahrer betätigt werden können. Dazu sind ein Handbremshebel für die Vorderradbremse und ein Fußbremshebel für die Hinterradbremse vorgesehen. Bei Betätigung der Bremshebel verschiebt der Fahrer Bremsflüssigkeit in die jeweilige Bremse.
Nachteilig bei diesen bekannten Bremssystemen ist beispielsweise das unkomfortable Gefühl beim statischen Drücken des Bremshebels. Wenn das ABS regelt, führt dies zu einem pulsierenden Gefühl am Bremshebel, wodurch viele Fahrer irritiert werden bzw. dies als störend erachten. Es ergeben sich oft Probleme, welche die Performance und Stabilität betreffen. Bei hydraulischen Bremssystemen ist zudem eine Rückgewinnung von Bremsenergie bzw. ihre Speicherung nicht möglich.
Aus der US 6,397,981 B1 ist ein elektromechanisches Bremssystem für ein Fahrzeug bekannt, welches Bremsaktuatoren aufweist, die an jedem Rad des Fahrzeugs installiert ist, und eine Steuerung zum Steuern eines Betriebs des jeweiligen Bremsaktuators. Der Bremsaktuator ist so aufgebaut, dass er einen Scheibenrotor festklemmt durch ein Paar Bremsbeläge mit einem eine Drehbewegung umwandelnden Mechanismus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bremssystem für Krafträder bereitzustellen, welches sich insbesondere für elektrisch betriebene Krafträder eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bremssystem gemäß Anspruch 1. Das Bremssystem für Krafträder, insbesondere Motorräder, welches als Brake-by-Wire-Bremssystem ausgebildet ist, weist dabei eine trockene Vorderradbremse und eine trockene Hinterradbremse, eine Steuer- und Regeleinheit, welche ausgangsseitig mit den beiden Radbremsen verbunden ist, Raddrehzahlsensoren, welche eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit verbunden sind, wenigstens einen Bremshebel und einen zugeordneten Bremshebelsensor, welcher signaleingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit verbunden ist. Der Begriff der trockenen Radbremse bedeutet insbesondere, dass zum Bremsen keine Bremsflüssigkeit in die Radbremse bzw. den Bremssattel verschoben wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Verwendung eines hydraulischen Bremssystems in einem elektrisch angetriebenen Kraftrad einige Nachteile und Probleme hervorruft. Zunächst ist regeneratives Bremsen nicht vollständig möglich. Das Gefühl am Bremshebel ist oft unangenehm. Ein hydraulisches Bremssystem führt auch oft zu Stabilitäts- und Performanceproblemen.
Die Kosten zur Herstellung und Wartung eines hydraulischen Bremssystems sind hoch, insbesondere da ein separates hydraulisches Leitungssystem benötigt wird. Der Befüll- und Entlüftungsvorgang im Hydrauliksystem ist kompliziert und muss häufig überprüft werden. Durch Anschlüsse oder Bremsleitungen kann Flüssigkeit austreten. Hohe Feuchtigkeit in der Umgebung kann die Qualität der Hydraulikflüssigkeit verändern und zu Korrosion der internen Komponenten führen, was zu Umweltschäden führen kann.
Wie nunmehr erkannt wurde, können diese Probleme gelöst werden durch ein Bremssystem, welches konsequent als Brake-by-Wire-Bremssystem ausgebildet ist, und damit die Abschaffung eines hydraulischen Bremssystems. Es wird also keine Hydraulik in das Bremssystem eingebunden. Die Erfindung schlägt insbesondere vor, eine motorgestützte Steuerung am Radende für normale Bremsen und andere Steuerfunktionen zu verwenden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der jeweilige Bremshebelsensor redundant ausgeführt, wodurch die Zuverlässigkeit des Bremssystems und damit die Sicherheit des Fahrers erhöht wird.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die jeweilige Radbremse als elektromechanische Radbremse ausgebildet. Die elektromechanische Radbremse weist dazu vorteilhafterweise einen Motor auf und einen Motorpositionssensor, welcher eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit verbunden ist.
Vorteilhafterweise weist das Bremssystem wenigstens einen Simulator bzw. Bremsgefühlsimulator für einen Bremshebel auf. Auf diese Weise kann dem Fahrer ein komfortables Bremsgefühl bereitgestellt werden. Der Simulator kann dabei bevorzugt mechanisch und/oder auch hydraulisch ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bremssystem eine wiederaufladbare Batterie auf, wobei die Steuer- und Regeleinheit für rekuperatives Bremsen ausgebildet ist. Eine derartige Ausführung ist insbesondere bei elektrisch betriebenen Krafträdern vorteilhaft, sodass die beim rekuperativen Bremsen gewonnene Energie für den Antrieb des Kraftrads verwendet werden kann.
Die Steuer- und Regeleinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, eine Berganfahrhilfe mit Hebelbetätigung bereitzustellen. Dadurch wird das Anfahren an einer Steigung vereinfacht. Da das System autonom Bremsdruck aufbauen kann, kann das Fahrzeug an einer Steigung im Stillstand gehalten werden und das Herunterrollen verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Regeleinheit ausgebildet für autonomes Notfallbremsen. Dafür können ARAS-Sensoren wie Kamera, RADAR oder Lidar oder Kombinationen davon eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Bremssystem wenigstens ein Bremslicht, wobei die Steuer- und Regeleinheit ausgebildet ist, bei einem Bremsvorgang das Bremslicht und/oder einen hinteren Scheinwerfer des Kraftrades anzusteuern. Dazu ist nur ein einziger Schalter notwendig.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass Probleme wie die Instabilität des Fahrzeugs bei niedriger Mue(µ)-Oberfläche bzw. niedrigem Reibwert, eine unbeabsichtigte Aktivierung von ABS in unregelmäßigen Abständen und ABS Motorgeräusche vermieden werden. In bekannten einkanaligen ABS des Bremssatteldruckes < 3,5 bar einige Zeit. Wenn die Oberfläche einen Wiederbeschleunigungsdruck von < 3,5 bar aufweist, wird das Fahrzeug auf einer derartigen Oberfläche instabil. Das erfindungsgemäße Bremssystem erlaubt dagegen einen schnelleren Druckabbau, sodass diese Probleme vermieden werden.
Während eines ABS-Vorganges kann der Motor der elektromechanischen Radbremse in umgekehrter Richtung gedreht werden, sodass der Motor schnell rotieren kann, um Trägheit und Reibmoment zu überwenden. Dadurch kann das Fahrzeug auch in extrem niedrigen Mue-Bedingungen stabil gehalten werden. Die Geräuschentwicklung bei ABS-Funktionen wird reduziert, da der jeweilige Bremsenmotor nicht mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden muss.
Mit der wachsenden Verbreitung von Elektromotorrädern ist ein Bremssystem, welches das regenerative Bremsen mit Blending unterstützt, geeignet, um die Effizienz des Fahrzeugs zu verbessern. Durch die Ausbildung des Bremssystems als Brake-by-Wire-Bremssystem kann regeneratives Bremsen erfolgen, ohne dass der Fahrer störende Effekte davon am Bremshebel spürt.
Durch die Ausbildung des Bremssystems als Brake-by-Wire-Bremssystem können Zusatzfunktionen wie eine Hill-Hold-Assist-Funktion bei Motorrädern mit Bremshebelmuster-Aktivierung oder eine autonome Notbremsung integriert werden. Die Hanghaltefunktion kann durch Integration eines weiteren IMU-Sensor ausgelöst werden oder auch ohne Sensor durch ein Bremshebelbetätigungsmuster durch den Fahrer, z.B. dreimal Drücken und Loslassen.
Es können eine einfachere Schnittstelle und hohe Flexibilität bei s/w ABS- und Nicht-ABS-Fahrzeugen bereitgestellt werden.
Eine ungewollte und nachteilige Aktivierung von ABS in Bodenwellen oder Löchern in der Fahrbahn kann vermieden werden. In bekannten System kann nicht detektiert werden, ob der Fahrer den Bremshebel drückt oder nicht. Eine ungewollte Aktivierung von ABS kann in dem vorgeschlagenen Bremssystem dadurch verhindert werden, dass mit Hilfe des entsprechenden Bremshebelsensors zuverlässig ermittelt werden kann, ob der Fahrer das Fahrzeug bremsen möchte.
Durch den Wegfall der hydraulischen Komponenten, insbesondere des Hauptbremszylinders, des Niederdruckspeichers, der Ventile und der hydraulischen Leitungen, vereinfachen und verkürzen sich Installation und Wartung des Bremssystems. Die Geräuschentwicklung des erfindungsgemäßen Bremssystems ist geringer als bei konventionellen Bremssystemen. Das Bremssystem ist umweltfreundlich, da nicht Bremsflüssigkeit entsorgt werden muss.
In bekannten Bremssystemen erfolgt bei einer Betätigung der Hinterradbremse auch eine Betätigung der Vorderradbremse mittels einer mechanischen oder hydraulischen Verbindung. Im vorgeschlagenen Bremssystem dagegen kann die Vorderradbremse autonom aktiviert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in stark schematisierter Darstellung ein Bremssystem für Krafträder in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ein in der Figur dargestelltes Bremssystem 2 für ein Kraftrad umfasst eine Vorderradbremse 6 und eine Hinterradbremse 10. Die Vorderradbremse 6 ist als elektromechanische Radbremse 14 ausgebildet und die Hinterradbremse 10 ist optional als elektromechanische Radbremse 18 ausgebildet. Die jeweilige elektromechanische Bremse 14, 18 weist einen elektromechanischen Aktuator auf mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) und einem Rotations-Translationsgetriebe, zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung der Motorwelle in eine Translationsbewegung eines Bremselementes bzw. Bremskolbens und einem Motorpositionssensor 22, 26 zur Erfassung der Motorposition. Die beiden Motorpositionssensoren sind jeweils eingangsseitig mit einer Steuer- und Regeleinheit 30 verbunden.
Das Bremssystem 2 umfasst einen Raddrehzahlsensor 34 für die Erfassung der Raddrehzahl des Vorderrades und einen Raddrehzahlsensor 38 für die Erfassung der Raddrehzahl des Hinterrades. Die beiden Raddrehzahlsensoren 34, 38 sind eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit 30 verbunden.
Das Bremssystem 2 umfasst weiterhin einen Bremshebel 44 für die Vorderradbremse und einen zugeordneten, insbesondere redundant, ausgeführten Bremshebelsensor 50, der insbesondere als Wegsensor und/oder Winkelsensor ausgebildet sein kann. Der Bremshebelsensor 50 ist signaleingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit 30 verbunden. Der Bremshebel 44 ist mit einem, insbesondere mechanischen, Simulator 56 verbunden, sodass der Fahrer ein komfortables Bremshebelgefühl spürt.
Das Bremssystem 2 umfasst weiterhin einen Bremshebel 60 für die Hinterradbremse und optional einen zugeordneten, insbesondere redundant ausgebildeten Bremshebelsensor 64, welcher signaleingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit 30 verbunden ist. Auch der Bremshebelsensor 64 ist insbesondere als Bremshebelwegsensor und/oder Winkelsensor ausgebildet.
Die Steuer- und Regeleinheit 30 ist hardware- und/oder softwaremäßig ausgebildet. Sie verwertet die Eingangssignale der Sensoren 22, 26, 34, 38, 50, 64 und steuert die elektromechanischen Bremsen 14, 18 an. In der Steuer- und Regeleinheit 30 sind vorteilhafterweise Sicherheitsfunktion wie ABS und/oder Komfortfunktion wie Hangbremse etc. hardware- und/oder softwareseitig implementiert.
Das Bremssystem 2 ist als Brake-by-Wire-Bremssystem ausgebildet. Der Fahrer betätigt die Bremshebel 44 , 60, und die Stellung bzw. Position des jeweiligen Bremshebels 44, 60 wird an die Steuer- und Regeleinheit 30 übermittelt. Auf diese Weise wird der Fahrerbremswunsch an die Steuer- und Regeleinheit 30 über Drähte bzw. elektrische Verbindungen oder Leitungen übermittelt. Durch die Raddrehzahlsensoren 34, 38 wird die jeweilige aktuelle Drehzahl der Räder an die Steuer- und Regeleinheit 30 übermittelt, die aufgrund der eingegangenen Informationen bzw. Signale wenigstens ein Sollbremsmoment generiert und die elektromechanischen Radbremsen 14, 18 entsprechend, insbesondere unter Berücksichtigung von Sicherheitsprogramm wie ABS oder Komfortfunktionen, ansteuert.
Die Motorpositionssensoren 22, 26 bzw. der der Vorderradbremse zugeordnete Motorpositionssensor 22 überträgt die Motorposition an die Steuer- und Regeleinheit, sodass die Steuer- und Regeleinheit 30 präzise Regelvorgänge durchführen kann und das eingestellte Bremsmoment plausibilisieren kann, insbesondere durch einen Vergleich des Signals des entsprechenden Motorpositionssensors 22, 26 mit dem jeweiligen Signal des Bremshebelsensors 50, 64. Durch diesen Feedback-Mechanismus kann die Zuverlässigkeit der Signale sichergestellt werden und eine ASIL-Compliance erreicht werden.
Ein direkter Zugriff des Fahrers auf die Radbremsen 6, 10, wie dies bei bekannten hydraulischen Bremssystem der Fall ist, erfolgt nicht.
In der Steuer- und Regeleinheit 30 sind bevorzugt weitere Funktionalitäten implementiert. So kann sie dazu ausgebildet sein, rekuperatives Bremsen zu ermöglichen. Das Bremssystem 2 weist dazu vorteilhafterweise eine wiederaufladbare Batterie bzw. einen Akkumulator auf. Die Steuer- und Regeleinheit 30 ist dabei konfiguriert bei einer Betätigung wenigstens eines Bremshebels 44, 60 wenigstens einen Motor einer der elektromechanischen Radbremsen 14, 18 im Generatorbetrieb laufen zu lassen.
Die Steuer- und Regeleinheit 30 kann weiterhin die Funktionalität einer Berganfahrhilfe und/oder die Funktionalität von autonomen Notfallbremsen aufweisen, die mit Hilfe eines ARAS-Sensors detektiert werden können.
Das Bremssystem 2 ist in einer anderen bevorzugten Ausführung trocken und by-wire nur für die Vorderradbremse 6 ausgebildet, sodass nur der Bremshebel 44 mit der Steuer- und Regeleinheit eingangsseitig verbunden ist. Die Hinterradbremse 10 kann dabei wie bekannt hydraulisch ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

2: Bremssystem
6: Vorderradbremse
10: Hinterradbremse
14: elektromechanische Radbremse
18: elektromechanische Radbremse
22: Motorpositionssensor
26: Motorpositionssensor
30: Steuer- und Regeleinheit
34: Raddrehzahlsensor
38: Raddrehzahlsensor
44: Bremshebel
50: Bremshebelsensor
56: Simulator
60: Bremshebel
64: Bremshebelsensor

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

US 6397981 B1 [0004]

Claims

Brake-by-Wire-Bremssystem (2) für ein Kraftrad, umfassend • eine trockene Vorderradbremse (6) und eine trockene Hinterradbremse (10); • eine Steuer- und Regeleinheit (30), welche ausgangsseitig mit den beiden Radbremsen (6, 10) verbunden ist; • Raddrehzahlsensoren (34, 38), welche eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit (30) verbunden sind; • wenigstens einen Bremshebel (44, 60) und einen zugeordneten Bremshebelsensor (50, 64), welcher signaleingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit (30) verbunden ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 1, wobei der jeweilige Bremshebelsensor (50, 64) redundant ausgeführt ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die jeweilige Radbremse (6, 10) als elektromechanische Radbremse (14, 18) ausgebildet ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 3, wobei die jeweilige Radbremse (6, 10) einen Motor aufweist und einen Motorpositionssensor (22, 26), welcher eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit (30) verbunden ist.
Bremssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend wenigstens einen Simulator (56) für einen Bremshebel (44).
Bremssystem (2) nach Anspruch 5, wobei der Simulator (56) mechanisch und/oder hydraulisch ausgebildet ist.
Bremssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bremssystem (2) eine wiederaufladbare Batterie aufweist, und wobei die Steuer- und Regeleinheit (30) für rekuperatives Bremsen ausgebildet ist.
Bremssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuer- und Regeleinheit (30) ausgebildet ist, eine Berganfahrhilfe mit Hebelbetätigung bereitzustellen.
Bremssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuer- und Regeleinheit (30) ausgebildet ist für autonomes Notfallbremsen.
Bremssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend wenigstens ein Bremslicht, wobei die Steuer- und Regeleinheit (30) ausgebildet ist, bei einem Bremsvorgang das Bremslicht und/oder einen hinteren Scheinwerfer des Kraftrades anzusteuern.