DE102005036827B4

DE102005036827B4 - Sicherheitssystem einer geregelten elektromechanischen Fahrzeugbremsausrüstung

Info

Publication number: DE102005036827B4
Application number: DE102005036827.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Guttenberg Philipp; Daniel Lüdicke; Dr. Müller Reinhard; Dr. Roberts Richard; Akos Semsey
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: DE102005036827A1

Abstract

Elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage mit
- mehreren elektromechanischen Radbremsen (RB1), die jeweils zumindest einen elektrisch steuerbaren Aktor zum Aufbauen, Halten und Abbauen eines Bremsmoments umfassen,
- einer elektronischen zentralen Steuerung (ECU), die zum Empfang von ihr zugeführten Signalen und zum Erzeugen von ersten Ansteuerbefehlen auf der Grundlage der zugeführten Signale ausgebildet ist, und
- wenigstens einer Radsteuerung (WCU) für jede der elektromechanischen Radbremsen (RB1), wobei die Radsteuerung (WCU) zum Empfang des von der elektronischen zentralen Steuerung (ECU) erzeugten ersten Ansteuerbefehls und zum Erzeugen weiterer Ansteuerbefehle für die Leistungselektronik und den Aktor der Radbremse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , dass
- die elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage für jede der elektromechanischen Radbremsen (RB1) ferner wenigstens eine Notöffnungseinrichtung aufweist, die zum Lösen der Radbremse im Störfall auf der Grundlage eines weiteren Ansteuerbefehls ausgebildet ist, und
- die elektronische zentrale Steuerung (ECU) zum Erzeugen eines ersten Ansteuerbefehls ausgebildet ist, der eine Anweisung an die Radsteuerung (WCU) zum Erzeugen eines oder mehrerer weiterer Ansteuerbefehle auf der Grundlage von Störfallsignalen repräsentiert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsausrüstung. Darunter sind sowohl herkömmliche elektrische Kraftfahrzeugbremsen verstanden, als auch sog. Keilbremsen, die mit der selbstverstärkenden Wirkung eines Keils arbeiten. Bei Keilbremsen wird durch Stellelemente die Position des Keils, bezogen auf eine Bremsscheibe und somit die Bremskraft verändert.
Eine derartige Bremse ist zum Beispiel in der DE 198 19 564 A1 veranschaulicht. Hierbei bringt ein elektrischer Aktor eine Betätigungskraft auf, die die Reibbeläge der Bremse an die sich drehende Bremsscheibe anlegt. Eine Selbstverstärkungseinrichtung in Gestalt einer Keilanordnung nutzt die in der sich drehenden Bremsscheibe enthaltene kinetische Energie zum weiteren Zustellen der Reibbeläge.
Die Selbstverstärkung funktioniert dabei so, dass eine mit dem Reibbelag verbundene keilförmige Belagträgerplatte bei einer Bremsung von der sich drehenden Bremsscheibe mitgenommen wird, wodurch eine erste Keilfläche auf einer zugeordneten komplementären zweiten Keilfläche einer Abstützung entlang gleitet. Dabei bildet für einen ausgewählten Reibwert die Reibkraft, mit der Reaktionskraft aus der Keillagerung ein Gleichgewicht. Dadurch wird der direkt betätigte Reibbelag in zunehmendem Maß gegen die Bremsscheibe gepresst, ohne dass der Aktor seine Betätigungskraft erhöht. Somit können die Aktoren den Keil praktisch kraftfrei verstellen und mit minimalem Aufwand sehr hohe Bremskräfte erzeugen. Bei abweichenden Reibwerten zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe müssen die Aktoren die Abweichung vom idealen Kräftegleichgewicht abstützen, d.h. den Keil entweder aktiv in den Keilspalt drücken oder den Keil zurückhalten, damit der nicht weiter in den Keilspalt gezogen wird. Dennoch ergeben sich auch in diesen Betriebszuständen noch deutliche Energieeinsparungen gegenüber sog. Normalkraft-Elektromechanischen Bremsen (EMB). Weitere Details hierzu sind der oben genannten Druckschrift zu entnehmen.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind von den unterschiedlichsten Herstellern die vielfältigsten Konzepte vorgestellt worden, wie geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsausrüstungen, die Antiblockier- (ABS), Antriebsschlupfregelung (ASR), Stabilitäts- (ESP) und andere Funktionen ermöglichen, gegen Ausfälle während des Betriebes unanfälliger gestaltet werden können. Dabei ist üblicherweise für ein Kraftfahrzeug ein elektronisches Bremspedal vorgesehen, also ein Sensor an einem mit einem Pedalwegsimulator gekoppelten Bremspedal, der den „Bremswunsch“ erfasst und an eine zentrale elektronische Steuerung leitet. Der zentralen elektronischen Steuerung werden noch weitere Signale eingespeist (Raddrehzahlen, Fahrdynamik-Messwerte wie Längs-, und Querbeschleunigungsmomente sowie Gierrate des Kraftfahrzeuges, etc.). Aus diesen Signalen ermittelt die zentrale elektronische Steuerung für alle vier Räder die notwendigen Ansteuerbefehle, um die elektromechanischen Fahrzeugbremsen zu betätigen. (Bremsmoment aufbauen, Bremsmoment halten, Bremsmoment abbauen). Diese Ansteuerbefehle werden den einzelnen Fahrzeugbremsen aller vier Räder zugeführt, die diese in eine entsprechende Betätigung der Antriebe der jeweiligen elektromechanischen Bremsen umsetzen.
Bei einer Keilbremse, aber auch bei einer Scheiben-, oder Trommelbremse kann die Bremswirkung je nach aktuellem (durch Temperatur, Feuchtigkeit, Schmutz, Rost, etc. beeinflusstem) Reibwert zwischen Bremsscheibe bzw. Bremstrommel und Reibbelag erheblich schwanken. Im Fall einer Keilbremse kann die Selbstverstärkung dabei so hoch, bzw. so niedrig sein, dass der Keil durch die Reibkräfte in den Spalt zwischen dem Bremsträger und der Bremsscheibe hineingezogen, bzw. herausgedrückt wird, was im normalen Betrieb durch Keilantrieb und Regelung verhindert wird. Aus regelungstechnischen und Wirkungsgrad-Gründen hat ein nicht selbsthemmender Antrieb des Keils deutliche Vorteile eingesetzt. Dieser hat jedoch die Eigenschaft, dass beim Ausfall des Keilantriebs bei entsprechenden Reibwertverhältnissen an der Scheibe der Keil in den Spalt zwischen dem Bremsträger und der Bremsscheibe hineingezogen werden kann und folglich das entsprechende Kraftfahrzeug-Rad blockieren kann. Dies führt je nach Fahrsituation zu einer reduzierten oder verlorenen Fahrstabilität des Fahrzeuges.
Für die Keilbremse ist für diesen Fall eine separate mechanische Notöffnungsfunktion vorgesehen, durch die die blockierte Bremse sicher geöffnet (und ggf. anschließend wieder geschlossen) wird. Allerdings kann die Bremsfunktion für das entsprechende Rad anschließend nur verzögert wieder hergestellt werden. Dies verlängert den Bremsweg und ist insbesondere im Falle einer Vollbremsung nachteilig.
Der Erfindung zugrunde liegendes Problem
Die Erfindung sucht eine Lösung des Problems, eine in den unterschiedlichsten Fahrsituationen des Kraftfahrzeuges und bei möglichst vielen unterschiedlichsten Fehlerarten und deren Kombinationen ein angemessenes Notfall-Verhalten der Bremsausrüstung sicherzustellen.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieses Problems stellt die Erfindung eine elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage bereit, mit mehreren elektromechanischen Radbremsen, die durch elektromechanische Aktoren im Sinne eines Aufbauens, Haltens und Abbauens von Bremsmoment anzusteuern sind, einer elektronischen zentralen Steuerung, die in Abhängigkeit von ihr zugeführten Signalen Ansteuerbefehle für die Radbremsen ausgibt, jeder Radbremse zugeordneten elektronischen Radsteuerungen, die aus den Ansteuerbefehlen der elektronischen zentralen Steuerung die für die elektromechanischen Aktoren der jeweiligen Radbremse erforderlichen Ansteuersignale erzeugen, wobei die zentrale Steuerung ihre Ansteuerbefehle in zeitlichen Zyklen erzeugt und an die Radsteuerungen der Radbremsen ausgibt, für einen in der Zukunft liegenden Zyklus die für wenigstens eine der Radbremsen im Falle eines Defektes zu ergreifende Maßnahme ermittelt, und eine entsprechende Nachricht an die dieser Radbremse zugeordnete elektronische Radsteuerung sendet.
Dabei liegt der Erfindung das Konzept zugrunde, dass eine zentrale Regelinstanz den lokalen Regelinstanzen fallbezogene Handlungsanweisungen zur Fehlerbehandlung gibt, die auf den Gesamtfahrzeugzustand abgestimmt sind. Damit können einerseits die Probleme deutlich effizienter auf lokaler Ebene gelöst werden, andererseits kann die Fehlerbehandlung auf das Verhalten und die Sicherheit des Gesamtsystems, d.h. den Fahrzustand des Fahrzeugs, abgestimmt werden. Diese Fehlerbehandlung hat unter anderem dem Vorteil auch dann noch zu funktionieren, wenn gleichzeitig mit Eintreten des Fehlers die Kommunikation unterbrochen sein sollte.
Durch ihre hohe Verstelldynamik eignet sich eine selbstverstärkende Bremse, wie sie zum Beispiel eingangs beschrieben ist, für Regelaufgaben wie ABS und ESP, die als wesentlicher Bestandteil moderner elektronischer Bremssysteme gesehen werden. Dabei erfüllt ein lokales Bremsteuergerät die lokalen Steuer - und Regelaufgaben, während ein übergeordneter Regler dazu dient, zentrale Regelaufgaben wie die Bremskraftverteilung auf die einzelnen Bremsen und im Falle einer drohenden Instabilität die ESP- Funktionalität durchzuführen.
Die zentrale elektronische Steuerung ermittelt dabei über Brems- und das Bremspedal und Schaltstellung, etc. den Fahrerwunsch und erfasst gleichzeitig über Raddrehzahlen, Beschleunigungs-, Gierratensensor, etc. die dynamischer Fahrsituation (Kurvenradius, Beschleunigung, Kräfte) und im Fahrzeug der Zukunft bald auch die Umgebung und den Verkehr. In Abhängigkeit von Fahrerwunsch und Fahrsituation werden Ansteuerbefehle für die Radbremsen, an die jeder Radbremse zugeordneten elektronischen Radsteuerung weitergegeben, die diese in Abhängigkeit des Radschlupfs in Ansteuerbefehle für die elektromechanischen Aktoren der jeweiligen Bremse umgesetzt. Die zentrale Steuerung erzeugt ihre Ansteuerbefehle in zeitlichen Zyklen von weniger als ca. 50 msec. Im Falle eines auftretenden Fehlers ist die Reaktion von Zentralregelung und den Bremsmodulen abzustimmen, auch wenn zum Beispiel die Kommunikation versagt.
Zusätzliche Vorteile, Wirkungen und Weiterbildungen der Erfindung
Dieses erfindungsgemäße Vorgehen erlaubt in einem so komplexen System wie einer Kraftfahrzeug-Bremsausrüstung der eingangs geschilderten Art die quasi-autarke Behandlung und Bewältigung von Notfällen an der Stelle im System oder möglichst dicht daran, an der der Notfall oder das Problem/die Störung auftritt. Dies gilt umso mehr, als nicht ohne weiteres sicherzustellen ist, dass die elektronische zentrale Steuerung in Problemsituationen noch in ungestörter und rechtzeitig auszuführender Kommunikation mit der/ den Radbremsen bzw. den diesen zugeordneten elektronischen Radsteuerungen steht. Dennoch erlaubt die Erfindung, eine der Stabilität des Kraftfahrzeuges insgesamt förderliche Betätigung der Radbremsen, da die elektronische zentrale Steuerung aus allen ihr zur Verfügung gestellten Signalen die Gesamtsituation erfassen kann und so die für die nahe Zukunft adäquate Problemlösung - sollte denn ein Notfall eintreten - vorherbestimmen kann.
Im Fall von Keilbremsen der eingangs geschilderten Art kann auf diese Weise zum Beispiel erreicht werden, dass die Notöffnung nur betätigt wird, wenn dies unbedingt erforderlich ist, d.h. insbesondere wenn die Fahrzeugstabilität durch das blockierte Rad gefährdet ist (Gefahr des Schleuderns). Außerdem kann durch die Erfindung eine komplett redundante Anordnung von Bremsen-Regelung und Keilantrieb, die zum einen erheblichen Mehraufwand in Kosten, Gewicht und Bauraum bedeutet und zudem die Komplexität und damit wiederum die Fehleranfälligkeit erhöht, vermieden werden. Mit anderen Worten implementiert die Erfindung eine zentral vor-ermittelte Notfallstrategie für mehrere kommunizierende Regeleinheiten. Damit kann eine angemessene fahrsituationsspezifische Notfall-Reaktion sichergestellt werden.
Da bei einer ausgelösten Notöffnung die jeweilige Radbremse - zumindest vorübergehend - kein Bremsen mehr ermöglicht, sieht die Erfindung vor, auch eine in bestimmter Hinsicht defekte Radbremse solange bremsen zu lassen, wie dies die Fahrzeugstabilität nicht gefährdet. Die Bremse wird dabei vom jeweiligen Regler lokal überwacht und gegebenenfalls durch die Notöffnung deaktiviert.
Der Ausfall von Strom und Kommunikation mit der elektronischen zentralen Steuerung und lokale Probleme werden erfindungsgemäß mit minimalem Zeitverzug behandelt.
Die elektronische zentrale Steuerung bestimmt die optimale Reaktion aus dem Fahrzustand, der Verkehrssituation und den anderen ihr zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen für jedes Rad.
Da die elektronische zentrale Steuerung die Radsteuerungen anweist, wie sich im Notfall jede einzelne Radbremse zu verhalten hat, geht die elektronische zentrale Steuerung bei ihrer weiteren Erzeugung von Ansteuerbefehlen davon aus, dass die Radsteuerungen die jeweiligen Radbremsen im Notfall auch entsprechend ansteuern. Diese Kenntnis über das Notfallverhalten der jeweiligen Radbremsen in dem Zyklus für den die Ansteuerbefehle ausgegeben wurden, bezieht die elektronische zentrale Steuerung bei der Erzeugung weiterer Ansteuerbefehle mit ein.
Vorzugsweise ermittelt und sendet die zentrale Steuerung (ECU) die Nachricht für wenigstens eine Radbremse zu jedem Zyklus für den nächstfolgenden Zyklus. Damit hat diese Nachricht Gültigkeit für die elektronischen Radsteuerungen (WCU), bis im nächsten Zyklus eine neue Nachricht gesendet wird, wie sich die jeweiligen Radbremsen im übernächsten Zyklus zu verhalten haben, sollte ein Notfall eintreten.
Die zentrale Steuerung (ECU) berücksichtigt bei der Erzeugung der Nachrichten Daten über den Fahrerwunsch, Fahrdynamik-Messwerte und/oder Messwerte der den Radbremsen zugeordneten elektronischen Radsteuerungen (WCU), Umwelt- und Verkehrssituations-Daten, und/oder Informationen aus Fahrer-Assistenz-Systemen zur Ermittlung der im Notfall in den einzelnen Rädern zu ergreifenden Maßnahmen. Dabei versteht es sich, dass diese Nachrichten zu jedem Zyklus für die einzelnen Räder unterschiedlich sein können.
Sofern die Radbremsen als Keilbremsen ausgestaltet sind, sieht die Erfindung vor, dass die die zentrale Steuerung als Nachricht an die den Radbremsen zugeordneten elektronische Radsteuerungen sendet, die die lokale Steuerung instruieren, ob für den Fall, dass der Keil der Keilbremse wegen eines Defektes unkontrollierbar wird,

1) ein Blockieren des jeweiligen Rades nicht erlaubt wird, oder
2) ein Ansteigen des Bremsmomentes an dem jeweiligen Rad nicht erlaubt wird, oder
3) kein Bremsmoment an dem jeweiligen Rad erlaubt wird (sofortiges Öffnen der Notöffnung), oder ob für den Fall der Verlust der Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung und einer der elektronischen Radsteuerungen
4) ein momentanes Bremsmoment zu halten ist, oder
5) ein vorherdefiniertes Ändern des Bremsmomentes über die Zeit auszuführen ist, oder ob für den Fall der Verlust der Stromversorgung an der zentralen Steuerung, und/oder einer der elektronischen Radsteuerungen
6) einem Notöffnungs-Mechanismus die Kontrolle über die Radbremse zu übergeben ist.

Weiterhin sieht die Erfindung in einer Ausführungsform vor, dass für einen in der Zukunft liegenden Zyklus die wenigstens eine der Keilbremsen zugeordnete elektronische Radsteuerung Nachrichten für einen der jeweiligen Keilbremse zugeordneten Notöffnungs-Mechanismus in Zyklen erzeugt und an diesen sendet, um im Fall eines Defektes bei der Keilbremse oder bei einem Ausfall einer elektronischen Radsteuerung

1) die Notöffnung der Keilbremse sofort auszulösen,
2) die Notöffnung der Keilbremse nach bestimmten Kriterien auszulösen, oder
3) die Notöffnung der Keilbremse nicht auszulösen.

Dies wird zum Beispiel dadurch hervorgerufen, dass ein Watchdog-Signal zur Überwachung der Radsteuerung erstirbt.
Alternativ oder zusätzlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die elektronische Radsteuerung dem Notöffnungs-Mechanismus der jeweiligen Keilbremse Messwerte der Raddrehzahl, das momentane Bremsmoment und/oder die Nachrichten von der zentralen Steuerung sendet, so dass der Notöffnungs-Mechanismus in Abhängigkeit von diesen Informationen die Notöffnung der Keilbremse im Notfall auslöst.
Ersichtlich wird durch die Erfindung eine hierarchische Struktur zwischen der zentralen Steuerung, den einzelnen Radsteuerungen und den, den einzelnen Radbremsen zugeordneten Notöffnungs-Mechanismen realisiert. In dieser hierarchischen Struktur wird für die Teilnehmer (zentrale Steuerung, Radsteuerungen, Notöffnungs-Mechanismen) deren Reaktion - oder zumindest die Kriterien für die Reaktion - von der Spitze der Hierarchie (= zentrale Steuerung) stufenweise nach unten (Radsteuerungen, Notöffnungs-Mechanismen ...) vorvereinbart und durch die gesendeten Nachrichten für den jeweiligen Zyklus festgelegt. Dies erlaubt eine schnelle und vorhersehbare und vorherdefinierte Reaktion der einzelnen Radbremsen auch bei Kommunikations-Ausfall zwischen den Teilnehmern.
Die Ansteuerbefehle, die die elektronische zentrale Steuerung für die Radbremsen ausgibt und die Nachrichten mit denen im Fall eines Defektes zu ergreifenden Maßnahmen an die den Radbremsen zugeordneten elektronischen Radsteuerungen übermittelt werden, werden in einem festen Zeitzyklus, der typischerweise unter 50 msec liegt, übertragen.
In schnellerem als dem vorstehend beschriebenen zeitlichen Zyklus werden von den einzelnen elektronischen Radsteuerungen im Fall von Keilbremsen Nachrichten für jeden der jeweiligen Keilbremse zugeordneten Notöffnungs-Mechanismus erzeugt und an diesen gesendet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektronisch geregelten elektromechanischen Fahrzeugbremsanlage mit mehreren elektromechanischen Radbremsen, die durch elektromechanische Aktoren im Sinne eines Aufbauens, Haltens und Abbauens von Bremsmoment auzusteuern sind, einer elektronischen zentralen Steuerung, die in Abhängigkeit von ihr zugeführten Signalen Ansteuerbefehle für die Radbremsen ausgibt, jeder Radbremse zugeordneten elektronischen Radsteuerungen, die aus den Ansteuerbefehlen der elektronischen zentralen Steuerung die für die elektromechanischen Aktoren der jeweiligen Radbremse erforderlichen Ansteuersignale erzeugen, mit den Schritten: Erzeugen von Ansteuerbefehlen durch die die zentrale Steuerung in Zyklen, und Ausgeben der Ansteuerbefehle an die Radsteuerungen der Radbremsen, Ermitteln von für einen in der Zukunft liegenden Zyklus die für wenigstens eine der Radbremsen im Falle eines Defektes zu ergreifende Maßnahme, und Senden einer entsprechenden Nachricht an die dieser Radbremse zugeordnete elektronische Radsteuerung.
Bevorzugt sendet die zentrale Steuerung die Nachricht für die wenigstens eine Radbremse zu jedem Zyklus für den nächstfolgenden Zyklus.
Die zentrale Steuerung berücksichtigt in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der im Notfall zu ergreifenden Maßnahme Daten über den Fahrerwunsch, Fahrdynamik-Messwerte und Messwerte der den Radbremsen zugeordneten elektronischen Radsteuerungen, Umwelt- und Verkehrssituations-Daten, und/oder Informationen aus Fahrer-Assistenz-Systemen.
Sofern die Radbremsen als Keilbremsen ausgestaltet sind, die zentrale Steuerung als Nachricht an die den Radbremsen zugeordneten elektronische Radsteuerungen sendet, ob, für den Fall, dass der Keil der Keilbremse wegen eines Defektes unkontrollierbar wird, ein Blockieren des jeweiligen Rades nicht erlaubt wird, oder ein Ansteigen des Bremsmomentes an dem jeweiligen Rad nicht erlaubt wird, oder kein Bremsmoment an dem jeweiligen Rad nicht erlaubt wird, und/oder ob für den Fall der Verlust der Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung und einer der elektronischen Radsteuerungen ein momentanes Bremsmoment zu halten ist, oder ein vorher definiertes Ändern des Bremsmomentes über die Zeit auszuführen ist, und/oder ob für den Fall der Verlust der Stromversorgung an der zentralen Steuerung oder einer elektronischen Radsteuerungen einem Notöffnungs-Mechanismus die Kontrolle über die Radbremse zu übergeben ist.
Weiterhin kann bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Erzeugen von Nachrichten durch wenigstens eine einer der Radbremsen zugeordnete elektronische Radsteuerung für einen in der Zukunft liegenden Zyklus für einen der jeweiligen Radbremse zugeordneten Notöffnungs-Mechanismus umfassen, ob für den Fall eines Defektes bei der Radbremse oder der ihr zugeordneten elektronischen Radsteuerung der Notöffnungs-Mechanismus die Notöffnung der Keilbremse sofort auslösen soll, die Notöffnung der Keilbremse nach bestimmten Kriterien auslösen soll, oder die Notöffnung der Keilbremse nicht auslösen soll, und
ein Senden der Nachrichten an diese Notöffnungs-Mechanismen erfolgen.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte umfassen: Erzeugen von Nachrichten durch wenigstens eine einer der Radbremsen zugeordnete elektronische Radsteuerung für einen in der Zukunft liegenden Zyklus für einen der jeweiligen Radbremse zugeordneten Notöffnungs-Mechanismus, ob für den Fall eines Defektes bei der Radbremse oder der ihr zugeordneten elektronischen Radsteuerung der Notöffnungs-Mechanismus die Notöffnung der Keilbremse sofort auszulösen hat, die Notöffnung der Keilbremse nach bestimmten Kriterien auszulösen hat, oder die Notöffnung der Keilbremse nicht auszulösen hat.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte umfassen: Erzeugen von Nachrichten in wenigstens einer der elektronischen Radsteuerungen für den Notöffnungs-Mechanismus der jeweiligen Keilbremse mit Messwerten der Raddrehzahl, des momentanen Bremsmoment und/oder den Nachrichten von der zentralen Steuerung (ECU), und Senden der Nachrichten an die jeweiligen Notöffnungs-Mechanismen, so dass diese in Abhängigkeit von diesen Informationen die Notöffnung der jeweiligen Keilbremse im Notfall auslösen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren betragen die Abstände der einzelnen Zyklen, in denen die elektronische zentrale Steuerung Ansteuerbefehle für die Radbremsen ausgibt und die Nachrichten mit den im Fall eines Defektes zu ergreifenden Maßnahmen an die den Radbremsen zugeordneten elektronischen Radsteuerungen mit einem Zyklus unter 50 msec.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computer-Softwareprogrammprodukt, enthaltend ein Speichermedium mit einem Computerprogramm, das im Zusammenwirken mit einem Computer dazu eingerichtet und programmiert ist, das Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Verfahrensansprüche auszuführen.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden an Hand der nachstehenden Beschreibung erläutert, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist. Dabei versteht sich für einen Fachmann, dass nicht alle nachstehend beschriebenen und erläuterten Merkmale in Gesamtheit zur Realisierung des erfindungsgemäßen Konzeptes erforderlich sind.
Figurenliste

1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Bremsausrüstung, soweit sie für das Verständnis der Erfindung durch einen Fachmann erforderlich ist.
2 veranschaulicht die Struktur des Datenflusses in einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Bremsausrüstung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
In 1 ist eine elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage teilweise veranschaulicht, die mehrere elektromechanische Radbremsen in Form von selbstverstärkenden Keilbremsen hat, von denen eine Radbremse RB1 gezeigt ist. Die übrigen Radbremsen sind analog gestaltet und daher nicht weiter veranschaulicht. Jede dieser Radbremsen RB ist durch einen oder mehrere elektromechanische Aktoren in Form von Linearmotoren, Stellmotoren oder dergl. im Sinne eines Aufbauens, Haltens oder Abbauens von Bremsmoment durch Betätigung und Regelung eines jeweiligen Keilantriebes anzusteuern.
Eine elektronische zentrale Steuerung ECU erhält - ggf. über einen nicht weiter veranschaulichten Datenbus, zum Beispiel CAN BUS, LIN BUS oder dergl. - Signale, die vom Fahrerinterface (Bremsvorgabe, Lenkvorgabe, Beschleunigungsvorgabe, etc.), von Fahrdynamiksensoren (Längs-, Querbeschleunigung, Gierrate) und von den Radbremsen (Raddrehzahl, Bremsmoment, etc.) kommen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um die Daten, die bereits bei existierenden Bremssystemen mit elektronischen Stabilitäts-Programm (ESP) erfasst und ausgewertet werden. Aus diesen Signalen ermittelt die zentrale Steuerung ECU für jedes Rad ein Soll-Bremsmoment und versendet dieses ermittelte Soll-Bremsmoment an jeweilige, jeder Radbremse zugeordnete elektronische Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 - ggf. ebenfalls über den Datenbus. In steigendem Umfang werden auch Umgebungsdaten (Umwelt- und Verkehrssituationsdaten, d.h. Abstand zu anderen Fahrzeugen, Verlauf der Strecke, Hindernisse voraus, etc. mittels Video, Radar, GPS, etc. erfasst und zur Ermittlung des Soll-Bremsmomentes für jedes Rad mit ausgewertet.
Die elektronischen Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 steuern und regeln in Abhängigkeit von dem von der zentralen Steuerung ECU empfangenen Soll-Bremsmoment für ihre Radbremse die Leistungselektronik die elektromechanische Aktoren des Keilantriebs an. Zusätzlich zu den elektronischen Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 ist für jedes Rad ein elektromechanischer Notöffnungs-Mechanismus vorgesehen, der über Signal-Leitungen mit der jeweiligen Radbremse RB1 verbunden ist und im Notfall eine Notöffnung der Radbremse auslöst. Der Notöffnungs-Mechanismus einerseits und die übrigen Komponenten der Bremsausrüstung (elektronische Radsteuerungen, Leistungselektronik, Keilantrieb und Sensoren) andererseits werden für jedes Rad mit getrennten Stromkreisen E1, E2 versorgt. Damit ist die Bremsausrüstung im Fall eines Stromkreis-Ausfalls- zumindest eingeschränkt - im Sinne einer Fail Safe Strategie noch funktionsfähig. Dazu werden im Kraftfahrzeug diagonal jeweils zwei Notöffnungs-Mechanismen und zwei Radbremsen (Radsteuerungen, Leistungselektronik, Keilantrieb und Sensoren) jeweils mit einem der beiden Stromkreise E1, E2 verbunden.
Diese Soll-Bremsmomente für jede Radbremse erzeugt die zentrale Steuerung ECU in zeitlichen Zyklen von etwa 20 msec gibt sie an die Radsteuerungen der Radbremsen aus. Außerdem ermittelt die zentrale Steuerung ECU für den nächsten in der Zukunft liegenden Zyklus die für jede der Radbremsen im Falle eines Defektes zu ergreifenden Maßnahme und sendet zusammen oder unabhängig von den jeweiligen Soll-Bremsmomenten entsprechende Nachrichten an die den Radbremsen RBn zugeordneten elektronischen Radsteuerungen WCUn.
Mit den vorstehend beschriebenen Daten und Eingangssignalen verfügt die zentrale Steuerung ECU über alle notwendigen Daten, um für jedes Rad ein optimales Notfall-Verhalten für die unterschiedlichsten Störungsszenarien zu ermitteln.
Unter Notfall ist hierbei das Versagen des Keilantriebs oder dessen Regelung, der Ausfall einer Stromversorgung, der Ausfall der Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten der Bremsausrüstung, oder dergl. verstanden. Dabei sind auch bestimmte Mehrfachausfälle, also zum Beispiel der gleichzeitige Ausfall von Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten der Bremsausrüstung und ein Ausfall der Regelung des Keilantriebs durch die erfindungsgemäße Anordnung aufzufangen.
Ein wesentliches Kriterium ist dabei in den meisten Notfällen/Störungsszenarien: Kann ein blockiertes Rad in der aktuellen Fahrsituation mittels drei noch funktionierender Bremsen und ggf. ESP-Eingriff so kompensiert werden, dass das Fahrzeug nicht schleudert.
Sofern der zentralen Steuerung ECU aus einem Abstandsradarsystem der Abstand zum nächsten Fahrzeug zur Verfügung steht, wird dieses vorstehend erläuterte Kriterium dadurch präzisiert, dass die Bremsmomente bzw. deren Verläufe über der Zeit für die jeweils anderen drei Räder in Anhängigkeit vom Abstand zum nächsten Fahrzeug ermittelt werden.
Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden als HandlungsAnweisungen, kodiert in Nachrichten mit so genannten Anweisungs-Bits B1 ... Bn, für verschiedene Störfälle über den Datenbus zyklisch an jede einzelne der elektronischen Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 gesendet und dort ständig aktualisiert. Im Notfall ermöglichen es diese Handlungsanweisungen der Radbremse im Zusammenspiel mit ihrer Radsteuerung und ihrem Notöffnungs-Mechanismus) im Störfall in Abstimmung mit der Gesamt-Situation des Fahrzeugs sofort autonom zu reagieren, auch wenn es zum Beispiel zu gleichzeitigem Ausfall von Kommunikation und Keilantrieb kommt.
Die nachstehende Tabelle gibt beispielhaft einzelne Fälle für Nachrichten mit den Anweisungs-Bits wieder:

Keil wegen Defekt unkontrollierbar

B1 blockierendes Rad nicht erlaubt

B2 ansteigendes Bremsmoment nicht erlaubt

B3 kein Bremsmoment erlaubt

Verlust der Kommunikation

B4 Bremsmoment halten oder kontrolliert reduzieren

Verlust der EnergieVersorgung

Notöffnungs-Mechanismus übernimmt Kontrolle
Das heißt, dass z.B. beim Ausfall der jeweiligen Keilregelung, eine der elektronischen Radsteuerungen das Verhalten des Rades und der Radbremse über die Messwerte zunächst weiter beobachtet und erst dann den Notöffnungs-Mechanismus auslöst, wenn ein unerlaubter Zustand eintritt. Das Auslösen des Notöffnungs-Mechanismus erfolgt durch ein Signal an dessen Steuerung, die den Befehl der elektronischen Radsteuerung sofort ausführt. Es versteht sich, dass diese Nachrichten nur beispielhaft und nicht abschließend dargestellt sind.
Die elektronische Radsteuerung ist dazu eingerichtet und programmiert, ein sog. Watch-Dog-Signal in sehr kurzen Zeitabständen an den zur selben Radbremse gehörenden Notöffnungs-Mechanismus auszusenden. Komplementär dazu ist jeder Notöffnungs-Mechanismus dazu eingerichtet und programmiert, das rechtzeitige Eintreffen des Watch-Dog-Signals zu überwachen. Für den Fall, dass die elektronische Radsteuerung zum Beispiel wegen einer defekten Radsteuerungs-Hardware, wegen Stromausfall, oder dergl. ausfallen sollte, registriert dies der Notöffnungs-Mechanismus.
In analoger Weise wie die zentralen Steuerung ECU an die einzelnen Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 Nachrichten mit Maßnahmen für Notfälle sendet, werden auch in jeder der einzelnen Radsteuerungen WCU1 ... WCU4 für einen in der Zukunft liegenden Zyklus Nachrichten für einen der jeweiligen Radbremse zugeordneten Notöffnungs-Mechanismus in Zyklen erzeugt und an diesen gesendet. Auch diese Nachrichten enthalten Anweisungs-Bits, die im Normalbetrieb regelmäßig von den Radsteuerungen an die Notöffnungs-Mechanismen übermittelt werden. Diese Anweisungs-Bits bestimmen das Verhalten der Notöffnungs-Mechanismen, sofern diese aufgrund eines Störfalles autark zu reagieren haben, also wenn das Watch-Dog-Signal nicht rechtzeitig eintreffen sollte.
Dabei weist die Nachricht den Notöffnungs-Mechanismus an, ob für den Fall eines Defektes bei der Radbremse oder der ihr zugeordneten elektronischen Radsteuerung WCU der Notöffnungs-Mechanismus die Notöffnung der Keilbremse sofort auslösen soll, die Notöffnung der Keilbremse nach bestimmten Kriterien auslösen soll, oder die Notöffnung der Keilbremse nicht auslösen soll.

Die nachstehende Tabelle gibt beispielhaft einzelne Fälle für Nachrichten mit den Anweisungs-Bits der elektronischen Radsteuerung WCU für den Notöffnungs-Mechanismus wieder:

Watchdog-Signal fehlt
	B5	Notöffnung der Keilbremse hat sofort auszulösen
	B6	Notöffnung der Keilbremse ist nach bestimmten Kriterien auszulösen
	B7	die Notöffnung der Keilbremse ist nicht auszulösen

Unter Bezugnahme auf die Struktur des Datenflusses in einer Kraftfahrzeugbremsausrüstung, wie er in 2 veranschaulicht ist, werden nachstehend zwei Notfall-Szenarien erläutert.
Die zentrale Steuerung ECU sendet wie bereits oben beschrieben zyklisch die jeweiligen Anweisungs-Bits an die entsprechenden elektronischen Radsteuerungen WCU.
Bit B1 bis B3 kodieren Handlungsanweisungen der zentralen Steuerung ECU für den Fall „Keil wegen Defekt unkontrollierbar“. Da ein zu schnelles Öffnen der Notöffnung einen Verlust an Bremsverzögerung bedeutet, ein blockierendes Rad jedoch eine Gefahr darstellt, wird die Notöffnung von der Radsteuerung WCU nicht automatisch ausgelöst. Stattdessen wird das Rad mit der unkontrollierten Bremse in Bezug auf Rad-Drehzahl und Bremsmoment beobachtet. Die Rad-Drehzahl und das Bremsmoment werden als Messdaten von der Radbremse an die ihr zugeordnete Radsteuerung WCU und von dieser an die zentrale Steuerung ECU gesendet. Die Notöffnung wird nur dann ausgelöst (Kommando-Bit B5 an den Notöffnungs-Mechanismus wird auf wahr gesetzt), wenn eine sich aus den Anweisungen ergebende Bedingung verletzt ist. Wenn zum Beispiel „B1 = wahr“ gesetzt ist, dann wird die Notöffnung betätigt, wenn dass Rad blockiert, bzw. ein Blockieren absehbar ist. Bei „B1 = falsch“ wird ein blockierendes Rad toleriert, was zum Beispiel bei einer Notbremsung in der Geradeausfahrt sinnvoll ist.
Allerdings kann beim Bremsen in Kurvenfahrt schon ein Anstieg des Bremsmoments eine Gefahr bedeuten. Ist B2 = wahr, so wird entsprechend die Notöffnung betätigt.
In extremer Kurvenfahrt mit sehr geringem Bremsen kann es sinnvoll sein, die Notöffnung in jedem Fall zu Öffnen. Dann wird B3 = wahr gesetzt.
Für den Fall, dass die Bus-Kommunikation unterbrochen wird, ermöglicht das Anweisungs-Bit B4, festzulegen, ob das Bremsmoment gehalten werden soll, oder ob eine vordefinierte Bremsprozedur (Bremsmoment als Funktion der Geschwindigkeit und/oder der Zeit) abläuft.
Für den Fall, dass eine Radsteuerung WCU durch Stromausfall oder interne Fehler ausfallen sollte, erstirbt das Watch-Dog-Signal an den Notöffnungs-Mechanismus, die vom zweiten Bordnetz versorgt wird entsprechend dem Anweisungs-Bit B6 wird in diesem Fall die Notöffnung betätigt (B6 = wahr) oder nicht. Das Anweisungs-Bit wird in der normalen Operation von der Radsteuerung WCU entsprechend den Anweisungs-Bits B1 bis B3 und der Raddrehzahl belegt.
Optional kann die Notöffnungs-ECU auch mit den Messwerten von Raddrehzahl und Bremsmoment und den Bits B1 bis B3 versorgt werden. Diese kann dann die Notöffnung wiederum in Abhängigkeit der Raddrehzahl und den Bit 1 und 3 auslösen.
Des Weiteren können Status-Bits von der Radsteuerung WCU zur zentralen Steuerung ECU wichtige Zustände bei der Radbremse und der ihr zugeordneten Komponenten anzeigen. Zum Beispiel zeigt das Bit S1, ob der Reibwert in der Bremse kritisch ist, d.h. ob die Bremse beim Versagen des Keilantriebs zum Blockieren neigt. Diese Information kann zum einen wiederum bei der Berechnung des optimalen Notfallverhaltens verwendet werden, zum anderen kann beim Störfall und Ausfall der Kommunikation zu einem Rad, ein blockierendes Rad, bzw. das Auslösen der Notöffnung (die Reaktion der Radbremse) vorhergesehen werden. Das gibt auch der zentralen Steuerung ECU oder anderen Steuereinheiten (zum Beispiel ESP) die Möglichkeit, besser auf die Anforderungen zu reagieren.

Claims

Elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage mit - mehreren elektromechanischen Radbremsen (RB1), die jeweils zumindest einen elektrisch steuerbaren Aktor zum Aufbauen, Halten und Abbauen eines Bremsmoments umfassen, - einer elektronischen zentralen Steuerung (ECU), die zum Empfang von ihr zugeführten Signalen und zum Erzeugen von ersten Ansteuerbefehlen auf der Grundlage der zugeführten Signale ausgebildet ist, und - wenigstens einer Radsteuerung (WCU) für jede der elektromechanischen Radbremsen (RB1), wobei die Radsteuerung (WCU) zum Empfang des von der elektronischen zentralen Steuerung (ECU) erzeugten ersten Ansteuerbefehls und zum Erzeugen weiterer Ansteuerbefehle für die Leistungselektronik und den Aktor der Radbremse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , dass - die elektronisch geregelte elektromechanische Fahrzeugbremsanlage für jede der elektromechanischen Radbremsen (RB1) ferner wenigstens eine Notöffnungseinrichtung aufweist, die zum Lösen der Radbremse im Störfall auf der Grundlage eines weiteren Ansteuerbefehls ausgebildet ist, und - die elektronische zentrale Steuerung (ECU) zum Erzeugen eines ersten Ansteuerbefehls ausgebildet ist, der eine Anweisung an die Radsteuerung (WCU) zum Erzeugen eines oder mehrerer weiterer Ansteuerbefehle auf der Grundlage von Störfallsignalen repräsentiert.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der elektronischen zentralen Steuerung (ECU) zugeführten Signale Sensorenwerte von Fahrzeugführer-Bedieneinrichtungen umfassen.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der elektronischen zentralen Steuerung (ECU) zugeführten Signale Sensorenwerte von Fahrdynamiksensoren und/oder Radbremssensoren umfassen.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radbremse als elektromechanische Keilbremse ausgestaltet ist, deren Keil mittels des elektrisch steuerbaren Aktors steuerbar ist.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung (B1) an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, bei einer Störung der Keilsteuerung die Radbremse mithilfe der Notöffnungseinrichtung zu lösen, falls ein das Rad blockiert.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung (B2) an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, bei einer Störung der Keilsteuerung die Radbremse mithilfe der Notöffnungseinrichtung zu lösen, falls das Bremsmoment an der Radbremse ansteigt.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung (B3) an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, bei einer Störung der Keilsteuerung die Radbremse mithilfe der Notöffnungseinrichtung zu lösen, falls die Bremsmomentvorgabe für die Radbremse Null ist.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung (B4) an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, bei einer Störung der Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung (ECU) und der Radsteuerung (WCU) ein aktuell von der Radbremse erzeugtes Bremsmoment aufrechtzuerhalten.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung (B4) an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, bei einer Störung der Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung (ECU) und der Radsteuerung (WCU) ein aktuell von der Radbremse erzeugtes Bremsmoment gemäß einem vorgegebenen Verlauf abzubauen.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ansteuerbefehl eine Anweisung an die Radsteuerung (WCU) repräsentiert, die Notöffnungseinrichtung so zu steuern, dass diese die Radbremse bei einem Ausfall der Stromversorgung der Radsteuerung (WCU) löst.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansteuerbefehl eine Anweisung (B5) an die Notöffnungseinrichtung repräsentiert, die Radbremse zu lösen, falls die Notöffnungseinrichtung das von der Radsteuerung (WCU) gesendete Watch-Dog-Signal innerhalb eines bestimmten Zeitraum nicht empfängt.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansteuerbefehl eine Anweisung (B6) an die Notöffnungseinrichtung repräsentiert, die Radbremse gemäß vorgegebenen Kriterien zu lösen, falls die Notöffnungseinrichtung das von der Radsteuerung (WCU) gesendete Watch-Dog-Signal innerhalb eines bestimmten Zeitraum nicht empfängt.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansteuerbefehl eine Anweisung (B7) an die Notöffnungseinrichtung repräsentiert, die Radbremse nicht zu lösen, falls die Notöffnungseinrichtung das von der Radsteuerung (WCU) gesendete Watch-Dog-Signal innerhalb eines bestimmten Zeitraum nicht empfängt.
Fahrzeugbremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Notöffnungseinrichtung ausgebildet ist, Messwerte bezüglich Raddrehzahl und aktuellem Bremsmoment zu empfangen, und das Lösen der Bremse auf der Grundlage der empfangenen Messwerte zu bewirken.
Verfahren zum Steuern einer elektromechanischen Fahrzeugbremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren Schritte umfasst zum: - zum Erzeugen von ersten Ansteuerbefehlen mithilfe der elektronischen zentralen Steuerung (ECU), - zum Weiterleiten der ersten Ansteuerbefehle an die wenigstens eine Radsteuerung (WCU), - zum Erzeugen weiterer Ansteuerbefehle mithilfe der Radsteuerung zur Steuerung der Leistungselektronik und des Aktors der Radbremse, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ansteuerbefehle Anweisungen umfassen, die in Verbindung mit Störfallsignalen die Radsteuerung (WCU) zum Erzeugen eines oder mehrerer weiterer Ansteuerbefehle unter Einbeziehung der Störfallsignale veranlassen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen von ersten Ansteuerbefehlen unter Berücksichtigung von Sensorensignalen von Fahrzeugführer-Bedieneinrichtungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen von ersten Ansteuerbefehlen unter Berücksichtigung von Sensorensignalen von Fahrdynamiksensoren und/oder Radbremssensoren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt zum Weiterleiten von Messwerten bezüglich Raddrehzahl und aktuellem Bremsmoment an die Notöffnungseinrichtung und einen Schritt zum das Lösen der Bremse auf der Grundlage der weitergeleiteten Messwerte umfasst.