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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 4 sowie die Verwendung dieser Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9.
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In heutigen Kraftfahrzeugen werden die Bremsen in der Regel über hydraulische Bremsensteuergeräte mit elektrisch angesteuerten Hydraulikventilen zur Beeinflussung des Bremsdrucks, zum Beispiel zur Vermeidung von unerwünschtem Bremsschlupf (ABS-Funktion), angesteuert. Die elektrische Ansteuerung der zur Betätigung der Hydraulikventile vorhandenen Ventilspulen erfolgt in einem Steuergerät, welches platzsparend in sogenannter integrierter Bauweise ausgeführt ist. Neuere Bremsensteuergeräte umfassen zudem Einrichtungen, mit denen aktiv in die Fahrdynamik durch gezieltes Bremsen oder Entbremsen einzelner Räder in Abhängigkeit vom Fahrzustand, welcher über Sensoren erfaßt wird, eingegriffen werden kann (ESP-, TCS-Funktion). Die integrierten Steuergeräte sind aufgeteilt in einen elektronischen Regler (ECU) und einen durch ein Stecksystem mit dem elektronischen Regler verbundenen mechanisch/hydraulischen Block (HCU), der u. a. die zur Steuerung der Bremsen notwendigen Hydraulikventile und eine Rückförderpumpe enthält.
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Gegenüber den zuvor beschriebenen Bremssystemen weiterentwickelte elektromechanische Bremssysteme leiten nicht den von einer Bremspedal-Hauptzylinder-Einheit erzeugten hydraulischen Bremsdruck in die Bremsen weiter, sondern diese wandeln ein elektrisches Sollsignal eines Pedalweggebers in ein hydraulisches Signal für die Bremsen um (EHB).
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Es hat sich gezeigt, daß die elektrische Energieversorgung der weiter oben beschriebenen konventionellen elektronischen Bremssysteme die an eine moderne Bremsanlage gestellten Anforderungen hinsichtlich eines zuverlässigen Betriebs nicht in ausreichendem Maße erfüllen können. Dies ist unter anderem auf einen höheren Anteil der elektrischen Funktionen an der durch das Steuergerät zur Verfügung gestellten Bremsfunktion in den zukünftigen Bremssystemen zurückzuführen. So kann es bei einer Bremsanlage, die im wesentlichen elektrisch arbeitet, wenn nicht Gegenmaßnahmen ergriffen werden, bei einem Kabelbruch oder bei einem Kurzschluß in einer Versorgungsleitung des Steuergeräts zu einem vollständigen oder teilweisen Ausfall der Bremse kommen.
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Das im Prioritätsintervall der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte Patent
DE 199 21 451 C1 beschreibt ein Mehrspannungsbordnetz zur Versorgung elektrisch betriebener Verbraucher bei Kraftfahrzeugen, das bei Ausfall eines Bordnetzkreises eine Versorgung der daran angeschlossenen Verbraucher aus einem anderen Bordnetzkreis sicherstellt.
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Es besteht daher die Aufgabe, die elektrische Versorgung von elektrisch oder teilweise elektrisch betriebenen Bremssystemen zu verbessern und damit deren Betriebssicherheit zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Die Erfindung schlägt außerdem zur Lösung der obigen Aufgabe eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 vor, die folgende Komponenten umfaßt:
- – Eine Strom- und Spannungsversorgungsschaltung, die über elektrische Versorgungsleitungen mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist.
- – Einen Verbraucher, innerhalb dem eine oder mehrere über Teilnetzleitungen versorgte Funktionselemente vorhanden sind. Der Verbraucher weist zudem eine mit den Versorgungsleitungen verbundene Leitungsüberwachungsschaltung auf.
- – Die Leitungsüberwachungsschaltung ist nach der Erfindung mit Erkennungsmitteln zur Erkennung eines Leitungsfehlers ausgestattet. Geeignete Erkennungsmittel sind beispielsweise Potentialprüfschaltungen, wie etwa Spannungsteilerschaltungen mit Widerstandselementen. Die Leitungsüberwachungsschaltung weist außerdem Umschaltmittel zur Umschaltung zwischen einzelnen internen und externen Versorgungsleitungen auf. Bei diesen Umschaltmitteln kann es sich beispielsweise um Dioden, bipolare Transistoren, FETs, elektronische Schalter usw. handeln. Die Leitungsüberwachungsschaltung ist so aufgebaut, daß die Stromführung von defekten Versorgungs- und/oder Teilnetz-Leitungen auf intakte Versorgungs- und/oder Teilnetz-Leitungen umgeschaltet werden kann. Dies erfolgt bevorzugt mit Logikelementen in der Leitungsüberwachungsschaltung oder durch einen innerhalb oder außerhalb der Leitungsüberwachungsschaltung angeordneten Mikrocontroller.
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Die Leitungsüberwachungsschaltung, welche ein integrierter Schaltkreis sein kann und/oder aus diskreten Bauelementen bestehen kann, ist zweckmäßigerweise gemeinsam mit dem überwiegenden Teil der Verbraucher auf einem gemeinsamen Schaltungsträger angeordnet.
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Besonders bevorzugt wird mit der Leitungsüberwachungsschaltung nach der Erfindung die Anzahl der an die Leitungsüberwachungsschaltung angeschlossenen Versorgungsleitungen auf eine kleinere Anzahl von angeschlossenen Teilnetzleitungen reduziert. Unter einem Teilnetz wird zum Beispiel in einer Zweikreisbremsanlage der Stromkreis der Ventilgruppe des ersten Bremskreises verstanden.
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Bei der Strom- und Spannungsversorgungsschaltung kann es sich um eine Batterie, einen Generator oder um eine Batterie-Generator-Einheit handeln, wie sie in Kraftfahrzeugen üblicherweise eingesetzt wird.
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Beschrieben wird außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem elektrischen Bremssystem für Kraftfahrzeuge, in dem die Übertragung des Bremsdrucksollsignals eines Bremswertgebers an das Steuergerät des Bremssystems überwiegend über eine elektrische Leitung erfolgt. Entsprechende Bremssysteme sind als ”Brake-By-Wire”-, EHB- oder EMB-Bremssysteme bekannt.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und
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2 eine detailliertere schematische Darstellung des Versorgungskonzepts bei einer Zweikreisbremsanlage.
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In 1 ist zur Energieversorgung des elektronischen Bremsenssteuergeräts 34 die Batterie-/Generator-Einheit 44 über Leitungen 35, 35', die mit dem positiven Pol der Einheit 44 elektrisch verbunden sind, und Leitungen 36, 36', die mit dem Minuspol der Einheit 44 elektrisch verbunden sind, an das Bremsensteuergerät angeschlossen. Die Versorgungsleitungen sind doppelt oder mehrfach ausgeführt, so daß eine redundante Stromversorgung des Bremsenssteuergeräts sichergestellt ist. Von den elektrischen Funktionselementen des Steuergeräts sind unter anderem die diskreten Bauelemente und die integrierten Schaltungsbausteine 41, 42 auf einer Leiterplatte 38 angeordnet. Weitere elektrische Funktionselemente des Steuergeräts, wie der Pumpenmotor 43 oder die Ventilspulen 48 für die Hydraulikventile im Ventilblock 46 können außerhalb der Leiterplatte angeordnet sein, sind aber über kurze Verbindungsleitungen mit der Leiterplatte verbunden. Die integrierten Schaltkreise können in einem gemeinsamen Gehäuse eines integrierten Schaltungsbausteins zusammengefaßt sein. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Schaltkreise zur Bildung von voneinander unabhängigen Bremskreisen auf zwei oder mehrere Gehäuse 41, 42 aufgeteilt werden. Weitere an die Stromversorgung angeschlossene elektrische Funktionselemente des Steuergeräts sind die Ventilspulen der Hydraulikventile im Ventilblock 46 und ein Pumpenmotor 43 zur Förderung von Hydraulikflüssigkeit.
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Die elektrischen Funktionselemente werden über Leiterbahnen 39, 40 elektrisch versorgt, die zu einer Leitungsüberwachungsschaltung 37 verbunden sind. In der 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der sämtliche elektrischen Bauelemente der Leitungsüberwachungsschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind. Es ist aber auch möglich, wie in 2 dargestellt, daß ein Teil dieser Bauelemente auf der Leiterplatte in Form von diskreten Einzelbauelementen angeordnet sind. Nach der Erfindung ist jeder elektrische Verbraucher des Steuergeräts über getrennte Versorgungsleiterbahnen mit der Leitungsüberwachungsschaltung verbunden.
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Kommt es auf Grund eines Kabelbruchs zu einem Ausfall einer Versorgungsleitung, beispielsweise der Leitung 35, so wird dies durch die Leitungsüberwachungsschaltung 37 festgestellt. Schaltung 37 schaltet nach der Erkennung des Fehlers sofort auf eine funktionstüchtige Leitung 35' um. Schaltung 37 kann zusätzlich den Leitungsbruch an eine Fehlerverarbeitungsvorrichtung, die z. B. im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, weitermelden. Eine intelligente Fehlerverarbeitung in der Schaltung 37 ist notwendig, da neben Leitungsbrüchen auch Fehler wie Kurzschlüsse oder Überspannungen auftreten können, die eine unterschiedliche Reaktion der Schaltung 37 erfordern. Besonders bevorzugt ist Schaltung 37 so ausgelegt, daß auch Fehler in den Leiterbahnen oder in den elektrischen Verbrauchern so behandelt werden, daß bei Ausfall eines Verbrauchers keine Beeinträchtigung der elektrischen Versorgung eines anderen Verbrauchers hervorgerufen wird.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt, die zur Steuerung einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) geeignet ist.
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Die Leiterplatte 1 ist über Klemmen 3, 4, 5, 6 an den positiven Pol 7 der Batterie-/Generator-Einheit 2 angeschlossen. In 2 ist zur vereinfachten Darstellung der Einheit 2 lediglich ein Batteriesymbol gezeichnet. Die elektrische Verbindung zur Batterie erfolgt, ggf. über Sicherungen, mittels vier elektrischer Leitungen 18, 19, 20 und 21, von denen zwei für die beiden Ventilstromkreise und zwei für die elektronischen Schaltkreise vorgesehen sind. An den Minuspol 8 der Batterie sind zwei getrennte Masseleitungen 24 und 25 angeschlossen, die zu den Klemmen 9 und 10 der Leiterplatte führen.
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An Klemme 3 wird die Batteriespannung über das Zündschloß des Fahrzeugs herangeführt. Die integrierten Schaltkreise 11 und 12 werden hierdurch aktiviert. An die Klemmen 3, 4, 5 und 6 sind in Stromrichtung leitende Dioden 45 angeschlossen, die elektrische Verbindungen zu den integrierten Schaltkreisen 11, 12 und den Ventilen 48 herstellen. Die Ausgangsseite der Dioden an Klemme 5 ist mit der Ausgangsseite der Diode an Klemme 6 über eine Leitungsbrücke 49 elektrisch verbunden. Hierdurch wird bei einem Ausfall einer Leitung an den Klemmen 5 oder 6 eine Stromversorgung der an diesen Klemmen angeschlossenen Verbraucher sichergestellt. Eine elektrische Verbindung der Ausgangsseite der Dioden an den Klemmen 3 und 4 wird durch elektrische Verbindung mit zwei in Serie geschaltete Dioden 45' hergestellt. Zur Messung des Spannungspotentials an den Klemmen 3, 4, 5 und 6 sind an den Klemmen gegen Masse verbundene Spannungsteiler 31 vorgesehen. Von den Mittelpolen 53 der Spannungsteiler bestehen elektrische Verbindungen zu einem integrierten Teil einer der Leitungsüberwachungsschaltung, welcher in 2 nicht gesondert dargestellt ist.
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Die Ventilspulen sind in Richtung zum positiven Pol der Versorgung über elektronische Halbleiterschaltelemente 47 an die mit den Klemmen 5 und 6 verbundenen Dioden angeschlossen. Die Halbleiterschaltelemente werden von dem nicht dargestellten integrierten Teil der Leitungsüberwachungsschaltung, welche auch die Potentiale der Eingänge überwacht, angesteuert. Wie weiter unten näher beschrieben wird, kann durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente beispielsweise bei einem Kurzschluß an Leitung 18 ein Betrieb der Ventilspulen über den funktionsfähigen Leiter 19 fortgesetzt werden.
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Vorzugsweise besitzt der Pumpenmotor 32 zwei getrennte Wicklungskreise, so daß hierdurch eine Trennung in zwei unabhängige Versorgungskreise ermöglicht wird. Die durch die Trennung der Wicklungen vorhandenen beiden positivseitigen Anschlüsse des Motor 32 werden jeweils über Halbleiterschaltelemente 54 an Klemme 5 bzw. Klemme 6 geführt. Jeder positivseitige Motoranschluß ist zudem mit Klemme 3 verbunden. Auch hier werden zum Motor hin die Potentiale an den Halbleiterschaltelementen durch Spannungsteiler 31 überwacht.
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Die Leiterplatte umfaßt zwei getrennte Masseklemmen 9 und 19 sowie zwei getrennte Masseleitungen 24, 25, die zur Batterie führen. Mit Masseklemme 10 sind beide negativseitigen Motorwicklungen über Leitung 50 verbunden. Von Klemme 10 besteht eine Verbindung über eine in Leitungsrichtung geschaltete Diode 45 mit den beiden positiven Anschlüssen des Motors, wobei von der Diode zwei getrennte Leitungen über jeweils ein Halbleiterschaltelement 49 geführt sind, die zu den positivseitigen Wicklungsanschlüssen des Motor führen. Das Potential an Leitung 50 kann mit Spannungsteiler 31, welcher mit Klemme 10 verbunden ist, überprüft werden. Eine weitere Verbindung besteht von Masseklemme 10 über ein Halbleiterschaltelement 33 zur zweiten Masseklemme 9. Die Verbindung ist in der Stromrichtung von Klemme 10 zu Klemme 9 sperrbar. Von Klemme 9 führt eine Leiterbahn über integrierte Halbleiterschalter 51, welche zur Spulensteuerung vorgesehen sind, zu den negativseitigen Anschlüssen der Ventilspulen 48.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der Schaltung beschrieben. Zur Erkennung von Leitungsfehlern werden die Potentiale mittels der Brückenschaltungen 31, die mit einer Auswerteschaltung (Logik, Mikrocontroller) verbunden sind, überwacht. Je nach Leitungszustand werden die Halbleiterschaltelemente über nicht dargestellte elektrische Leitungen von der Auswerteschaltung angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt in der Weise, daß stets die maximal mögliche Anzahl von Verbrauchern mit Strom versorgt ist. Im Normalbetrieb sind die Halbleiterschaltelemente an den Klemmen 5 und 6 geöffnet. Wird durch die Überwachungsschaltung an Klemme 5 mittels Brückenschaltungen 52 ein Absinken des Potentials unterhalb eines kritischen Schwellenwertes festgestellt, so wird das der Klemme 5 zugeordnete Halbleiterschaltelement gesperrt, das mit Klemme 6 verbundene Halbleiterschaltelement bleibt hingegen geöffnet. Der Betrieb zumindest eines Schaltkreises bleibt erhalten. Wird andernfalls ein überhöhtes Potential an Klemme 5 festgestellt, können beide Halbleiterschaltelemente an den Klemmen 5 und 6 geöffnet bleiben. Die nötige Spannungsversorgung beider Ventilkreise ist über Leitung 18 und Klemme 6 gesichert. In analoger Weise kann ein Fehler auf den Masseleitungen 24 und 25 behandelt werden.
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Ergänzend sei bemerkt, daß eine gewisse Einschränkung bei der dargestellten Schaltung darin besteht, daß bei Ausfall einer Leitung 18 oder 19 zwar beide Ventilkreise versorgt werden können, allerdings lediglich eine Motorwicklung angesteuert werden kann. Bei einer geeigneten Auslegung des Motors mit getrennten Wicklungen ist es jedoch möglich, diesen lediglich mit nur einer versorgten Wicklung mit ausreichender Förderleistung zu betreiben.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen eine höhere Verfügbarkeit bzw. Teilverfügbarkeit der elektrischen Funktionen des Bremssystems erzielt wird.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich ein Fehlerfall, der zum Beispiel durch Kurzschluß oder Unterbrechung einer Versorgungsleitung auftreten kann, erkennen. In einem Fehlerfall bleiben die wesentlichen Funktionen der Bremsanlage erhalten.
