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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung von Bremsaktuatoren
einer elektromotorischen Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Elektrisch
gesteuerte Bremsanlagen, auf die hier Bezug genommen wird, umfassen
mehrere an den Rädern
des Fahrzeugs angeordnete Bremsaktuatoren (Elektromotoren) sowie
ein Steuergerät,
das einen Fahrer-Bremswunsch erkennt und die Aktuatoren entsprechend
ansteuert. Derartige Bremsanlagen werden auch als „Brake-by-wire-Systeme" bezeichnet. Aus
Sicherheitsgründen
werden die Bremsaktuatoren üblicherweise
redundant mit Energie versorgt. Jeder Aktuator kann außerdem im
Falle einer ungewollten Aktivierung von der Energieversorgung getrennt
werden, um ein ungewolltes Bremsen zu verhindern. Ein bekanntes
System umfasst mehrere Energiequellen, die mittels einer Auswähleinrichtung alternativ
ausgewählt
werden können.
Im Normalbetrieb werden die Bremsaktuatoren von einer Fahrzeugbatterie
mit Energie versorgt. Bei Vorliegen eines Fehlers der Energieversorgung,
wie beispielsweise einer Stromkreisunterbrechung oder schwacher
Fahrzeugbatterie, wird die Energieversorgung dagegen auf eine oder
mehrere Hilfsbatterien umgeschaltet, welche die Bremsaktuatoren
in einem Notbetrieb versorgen. Die Energiequellen-Auswähleinrichtung
ist in einer zentralen Elektronikeinheit untergebracht, die einerseits
mit den Energiequellen und andererseits mit sämtlichen Bremsaktuatoren verbunden
ist. Bei einer solchen Anordnung entsteht wegen der langen Verdrahtungsstrecken
und der vielen Steckverbindungen und Anschlüsse ein relativ hoher Vorwiderstand
zwischen den Energiequellen und den Bremsaktuatoren, der die Funktion
der Bremsaktuatoren beeinträchtigen
kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energie-
bzw. Stromversorgung für die
Bremsaktuatoren zu schaffen, die einen wesentlich geringeren Vorwiderstand
hat, bei der die Aktuatoren aber weiterhin redundant versorgt werden
und sicher abgeschaltet werden können.
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Gelöst wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung
durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die Bremsaktuatoren
in verschiedenen Betriebszuständen über unterschiedliche
Versorgungspfade mit Energie zu versorgen. Die Energieversorgung
umfasst erfindungsgemäß einen
ersten Versorgungspfad, über
den die Bremsaktuatoren im Normalbetrieb direkt, d.h. ohne zwischengeschaltete Energiequellen-Auswähleinrichtung,
von einer ersten Energiequelle versorgt werden, sowie einen zweiten Versorgungspfad
mit einer Energiequellen-Auswähleinrichtung, über den
die Bremsaktuatoren im Notbetrieb von einer zweiten Energiequelle
versorgt werden. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die einzelnen
Bremsaktuatoren im Normalbetrieb von der ersten Energiequelle direkt
versorgt werden und somit der Vorwiderstand relativ gering ist.
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Der
zweite Versorgungspfad für
den Notbetrieb umfasst neben der genannten Auswähleinrichtung vorzugsweise
auch eine Schalteinrichtung zum Ein- bzw. Ausschalten bestimmter
Aktuatoren. Dadurch wird es möglich,
bestimmte Aktuatoren, die beispielsweise einen Fehler aufweisen,
selektiv auszuschalten und insbesondere das ungewollte Bremsen einer
Radbremse zu vermeiden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfassen die Radeinheiten der Bremsanlage jeweils eine
eigene Bremsen-Steuereinheit zum Ansteuern der Bremsaktuatoren.
Die Energieversorgung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die
Steuereinheiten im Normalbetrieb über den zweiten Versor gungspfad
(vorzugsweise von derselben Energiequelle wie die Bremsaktuatoren)
mit elektrischer Leistung versorgt werden. In diesem Fall werden
also die Bremsaktuatoren über
den ersten Versorgungspfad und die Bremsen-Steuereinheiten über den
zweiten Versorgungspfad mit Leistung versorgt.
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Im
ersten Versorgungspfad ist vorzugsweise ein Schalter angeordnet,
mit dem eine Rückspeisung von
Energie in die Fahrzeugbatterie im Falle eines Batteriefehlers verhindert
werden kann.
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Zwischen
dem ersten und dem zweiten Versorgungspfad ist vorzugsweise ein
Verbindungspfad mit wenigstens einem zusätzlichen Schalter vorgesehen.
Dieser zusätzliche
Schalter wird im Notbetrieb eingeschaltet, so dass der betreffende
Bremsaktuator über
den zweiten Versorgungspfad, einschließlich des Verbindungspfads,
mit Leistung versorgt wird. Im Normalbetrieb ist der Schalter vorzugsweise
ausgeschaltet. Das Ein- bzw. Ausschalten des Schalters wird vorzugsweise
von einer Elektronik gesteuert, die eine Spannung misst und den
Schalter unter bestimmten Bedingungen einschaltet, z.B. wenn ein Spannungseinbruch
vorliegt.
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Der
im Verbindungspfad angeordnete Schalter umfasst vorzugsweise zwei
anti-seriell angeordnete Transistoren. Damit wird auch eine Rückspeisung über eine
Body-Diode des anderen Transistors vermieden. Eine Body-Diode ist
insbesondere eine Diode, die aufgrund des Herstellungsprozesses
des Transistors anti-parallel zwischen Source und Drain eines Transistors,
insbesondere eines MOSFET's, eingebaut
ist.
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Das
Umschalten vom Normalbetrieb in den Notbetrieb erfolgt vorzugsweise
unter Kontrolle eines oder mehrerer Steuergeräte, die mit den genannten Schaltern
und der Energiequellen-Auswähleinrichtung
verbunden sind.
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Die
Steuereinheit eines Bremsaktuators wird im Fall einer ungewollten
Bremsaktivierung vorzugsweise deaktiviert, um ein unerwünschtes
Ansprechen des Bremsaktuators zu verhindern. Zu diesem Zweck kann
beispielsweise eine Schalteinheit zum Ausschalten der Steuereinheit
im Notbetrieb vorgesehen sein.
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Die
Bremsaktuatoren sind vorzugsweise jeweils Bestandteil einer Radeinheit,
die neben dem jeweiligen Bremsaktuator und einer Bremsen-Steuereinheit
einen im ersten Versorgungspfad angeordneten Schalter zum Unterbrechen
der direkten Energieversorgung und eine Spannungssensorik umfasst.
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Die
Bremsaktuatoren werden im Normalbetrieb vorzugsweise von einer Fahrzeugbatterie,
und im Notbetrieb von einer ersten und vorzugsweise auch von einer
zweiten Hilfsbatterie versorgt.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild einer Energieversorgung für die Bremsaktuatoren
einer elektrisch gesteuerten Bremsanlage.
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Die
in 1 dargestellte Bremsanlage umfasst mehrere Radeinheiten 5 (von
denen aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nur eine gezeigt ist) mit jeweils einem Bremsaktuator 16,
der wahlweise von einer Fahrzeugbatterie 1 oder einer der
Hilfsbatterien 2, 3 mit elektrischer Leistung
versorgt wird. Eine zentrale Steuereinheit 4 steuert die
Auswahl der Energiequellen 1–3 mit Hilfe einer
entsprechenden Auswähleinrichtung 6.
Die Steuereinheit 4 ist darüber hinaus in der Lage, bestimmte
Radeinheiten 5 bei Bedarf auszuschalten. Zu diesem Zweck
ist eine weitere Schalteinrichtung 7 vorgesehen. Die Schalter 6 und 7 können auch
in einen Block integriert werden.
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Die
elektrische Energieversorgung der Bremsaktuatoren 16 ist
redundant aufgebaut und umfasst einen ersten Versorgungspfad 8, über den der
Bremsaktuator 16 im Normalbetrieb direkt mit Leistung versorgt
wird, und einen zweiten Versorgungspfad 9a, 17 bzw. 9b, 17, über den
der Bremsaktuator 16 in einem Notbetrieb über die
zentrale Steuereinheit 4 mit Energie versorgt wird. Die
Energieversorgung wird in den Notbetrieb umgeschaltet, wenn z.B.
eine Unterspannung oder ein anderer Batteriefehler festgestellt
wurde. Die entsprechenden ersten und zweiten Versorgungspfade zu
den anderen Radeinheiten 5 sind mit FR, FL, RR bezeichnet, wobei
FR für
vorne rechts, FL für
vorne links und RR für
hinten rechts steht.
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Wie
erwähnt,
werden die Bremsaktuatoren 16 im Normalbetrieb direkt von
der Fahrzeugbatterie 1 versorgt. Bei einem Fehler der Energieversorgung, wie
z.B. einer Stromkreisunterbrechung oder einer zu schwachen Fahrzeugbatterie 1,
wird die Energieversorgung mittels der Auswähleinrichtung 6 auf
eine der Hilfsbatterien 2, 3 umgeschaltet. Gleichzeitig
wird ein im ersten Versorgungspfad 8 angeordneter Schalter 15 geöffnet, um
eine Rückspeisung
von Energie in die Fahrzeugbatterie 1 zu verhindern.
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Die
Bremsanlage ist hier mit einer X-Bremskreisaufteilung ausgelegt,
wobei im Notbetrieb ein Bremskreis (FR, RL) von der ersten 2 und
der andere Bremskreis (FL, RR) von der zweiten Hilfsbatterie 3 versorgt
wird.
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Die
Energiequellen-Auswähleinrichtung 6 umfasst
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwei Wechselschalter, die jeweils zwischen der Fahrzeugbatterie 1 und
einer der Hilfsbatterien 2, 3 umschaltbar sind.
Im Notbetrieb werden die Bremsaktuatoren 16 dann über den
zweiten Versorgungspfad 9a bzw. 9b und einen Verbindungspfad 17 mit
elektrischer Energie versorgt. Die zweiten Versorgungspfade zu den
anderen Bremsaktuatoren sind wiederum mit FR, FL und RR gekennzeichnet.
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Der
Verbindungspfad 17 verbindet den ersten 8 mit
dem zweiten Versorgungspfad 9a bzw. 9b und umfasst
einen Schalter 11, der im Normalbetrieb geöffnet und
im Notbetrieb geschlossen ist. Zur Überwachung der Energieversorgung
ist eine Spannungssensorik 10 vorgesehen, die die Spannung
auf dem ersten Versorgungspfad 8 überprüft. Wenn die Batteriespannung
der Fahrzeugbatterie 1 unter einen vorgegebenen Schwellenwert
sinkt, wird der Schalter 11 geschlossen und der im ersten
Versorgungspfad 8 angeordnete Schalter 15 geöffnet. Der
Bremsaktuator 16 wird dann über den zweiten Versorgungspfad 9a und
den Verbindungspfad 17 mit Energie versorgt. Schalter 11 und
Spannungssensorik 10 sind hier Bestandteil der Radeinheit 5,
ebenso wie der Schalter 15.
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Der
Schalter 11 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zwei anti-seriell
geschaltete MOS-Transistoren. Dadurch wird verhindert, dass im Normalbetrieb
eine Umladung von einer der Hilfsbatterien 2, 3 in
die Fahrzeugbatterie 1 oder umgekehrt stattfindet.
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Die
zentrale Steuereinheit 4 umfasst außerdem eine Schalteinrichtung 7,
mittels der die einzelnen Bremsen 9a, 9b separat
abgeschaltet werden können.
Dies kann z.B. erforderlich sein, wenn einer der Bremsaktuatoren 16 defekt
ist. Der betreffende Aktuator 16 kann somit über den
zugehörigen
Schalter der Schalteinrichtung 7 deaktiviert werden.
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Die
Schalteinrichtung 7 umfasst mehrere anti-seriell geschaltete
MOS-Transistoren. Für
jeden Bremskreis FR, RL bzw. FL, RR sind dabei zwei Transistoren
vorgesehen.
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Die
Radeinheiten 5 umfassen ferner jeweils eine dem Bremsaktuator 16 zugeordnete
Steuereinheit 13, die insbesondere zur Regelung der Bremskraft
dient. Höhere
Bremsfunktionen wie z.B. ABS etc. werden im zentralen Steuergerät in der
Steuereinheit 14 gerechnet. Die Steuereinheiten 13 sind hierzu über Steuerleitungen 18 mit
den Bremsaktuatoren 16 verbunden. Im Normalbetrieb werden
die Steuereinheiten 13 über
den zweiten Versorgungspfad 9a mit elektrischer Leistung
versorgt. Im Falle einer ungewollten Bremsaktivierung wird die betroffenen
Steuereinheit 13 vorzugsweise vollständig deaktiviert. Hierzu kann
z.B. eine Ausschalteinrichtung 12 vorgesehen sein, die
die zugehörige
Steuereinheit 13 ausschaltet. Dadurch wird in jedem Fall
verhindert, dass im Notbetrieb eine Modulation der Bremskraft stattfindet.
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Die
Steuereinheit 13 der Radeinheit 5 ist außerdem über einen
Systembus mit einem zentralen Steuergerät 14 verbunden, das
Bestandteil der zentralen Steuereinheit 4 ist. Dieser Aufbau
der Bremsanlage ermöglicht
eine direkte Versorgung der einzelnen Bremsaktuatoren 16 im
Normalbetrieb bei einem relativ geringen Vorwiderstand und ermöglich trotzdem
eine Deaktivierung einzelner Bremsen im Falle einer ungewollten
Bremsaktivierung.
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- 1
- Fahrzeugbatterie
- 2
- erste
Hilfsbatterie
- 3
- zweite
Hilfsbatterie
- 4
- zentrale
Energiemanagement-Einheit
- 5
- Radeinheit
- 6
- erste
Schalteinrichtung
- 7
- zweite
Schalteinrichtung
- 8
- erster
Versorgungspfad
- 9a,
9b
- zweiter
Versorgungspfad
- 10
- Spannungs-Sensorik
- 11
- Schalter
- 12
- Ausschalt-Einrichtung
- 13
- Steuereinheit
der Radeinheit
- 14
- Steuereinheit
der zentralen Energiemanagement-Einheit
- 15
- Schalter
- 16
- Bremsaktuator
- 17
- Verbindungspfad
- 18
- Steuerleitung