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STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bremssystem für
ein Kraftfahrzeug mit zwei Bremskreisen.
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In
Bremssystemen für Kraftfahrzeuge werden kritische Komponenten
und Funktionalitäten redundant ausgelegt, um sicherzustellen,
dass ein Ausfall einzelner Komponenten nicht zum Ausfall des Gesamtsystems
und somit zum Verlust der Bremsleistung führt. So ist beispielsweise
aus der
WO9513946A1 ein
elektrisches Bremssystem bekannt, welches ein Zentralmodul sowie
zwei Bremsmodule aufweist, welche jeweils den Rädern der
Vorderachse bzw. der Hinterachse zugeordnet sind. Die Bremsmodule
sind mit dem Zentralmodul über ein Kommunikatonssystem
verbunden und erhalten von diesem Soll-werte. Bei Ausfall des Zentralmoduls
berechnen die Bremsmodule selbst die Sollwerte für die ihnen
zugeordneten Räder. Fallen die Bremsmodule aus, so wird
ein hydraulisches Back-Up wirksam. Somit wird die Funktionalität
des Bremssystems auch bei Ausfall von einzelnen Komponenten weitgehend aufrecht
erhalten.
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Ferner
ist aus der
DE 196
34 567A ein elektrisches Bremssystem bekannt mit einer
Pedaleinheit, welche einen Fahrerbremswunsch erfasst, Radpaareinheiten,
welche Aktoren zum Ausüben eines Bremsmoments ansteuern,
sowie einer Verarbeitungseinheit, welche das auszuübende
Bremsmoment errechnet und den Radpaareinheiten entsprechende Ansteuersignale
zuführt. Zur Energieversorgung sind zwei Bordnetze vorgesehen,
so dass auch bei Ausfall eines der Bordnetze noch eine gewisse Funktonalität
gewährleistet werden kann.
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Schließlich
offenbart die
DE 103
57 373A1 ein elektronisches Bremssystem für ein
Fahrzeug mit mindestens zwei Bremskreisen und einem Zentralsteuergerät
für alle Bremskreise. Jedem der Bremskreise ist eine Bremskreissteuerung
zugeordnet. Bei Ausfall des Zentralsteuergerätes kann eine
Bremskreissteuerung autark vom Zentralsteuergerät die Ansteuerung
eines Bremskreises wahrnehmen.
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Bei
einer direkten Versorgung des elektronischen Bremssystems aus dem
Basisbordnetz des Fahrzeugs besteht der Nachteil, dass ein Ausfall
des Basisbordnetzes zu einem kompletten Ausfall des Bremssystems
führt. Ferner stellen die zentralen Komponenten, wie z.
B. das Zentralsteuergerät oder die Spannungsversorgung,
welche pro Bremskreis nur einmal vorgesehen sind, einen Engpass
für die Verfügbarkeit und Sicherheit des Bremssystems
dar und es besteht ein Bedarf für weitere Maßnahmen, die
die Verfügbarkeit dieser Komponenten erhöhen.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Demgemäß vorgesehen
ist ein elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug
mit zwei Bremskreisen, wobei jeder der Bremskreise Folgendes aufweist:
mindestens
einen Radbremsaktor, welcher einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet
ist und auf dieses Rad eine Bremskraft bzw. ein Bremsmoment ausübt;
ein
dem Radbremsaktor zugeordnetes Radbremsaktor-Steuergerät,
welches den Radbremsaktor steuert;
ein zentrales Steuergerät,
welches mit dem Radbremsaktor-Steuergerät kommunikativ
verbunden ist und die von dem mindestens einen Radbremsaktor ausgeübte
Bremskraft bzw. das Bremsmoment einstellt; und
ein Bremskreisversorgungsnetz
zur Spannungsversorgung des Radbremsaktor-Steuergeräts
und des zentralen Steuergeräts dieses Bremskreises, wobei das
Bremskreisversorgungsnetz Folgendes aufweist:
eine Batterie,
welche das Radbremsaktor-Steuergerät und/oder des zentralen
Steuergeräts des dazugehörigen Bremskreises zumindest
nach einem Ausfall des Basisbordnetzes des Fahrzeuges mit Spannung versorgt;
und
mindestens einen DC/DC-Wandler, mit welchem die Batterie
an das Basisbordnetz koppelbar ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
ist es, dass sie eine erhöhte Verfügbarkeit gewährleistet:
Bei Ausfall des Basisbordnetzes übernehmen die Batterien
der Bremskreisversorgungsnetze die Spannungsversorgung der Bremskreise,
so dass auch in diesem Falle ein geregelter Bremsvorgang für
zumindest eine durch die Ladekapazität der Batterie bestimmte
Zeit möglich ist. Bei Ausfall eines der DC/DC-Wandler wird
die Spannungsversorgung des betroffenen Bremskreises ebenfalls durch
die Batterie gewährleistet. Und bei Ausfall der Batterie
steht dem betroffenen Bremskreis immer noch die Spannungsversorgung über den
DC/DC-Wandler zur Verfügung. Lediglich wenn mehrere der
genannten Komponenten gleichzeitig ausfallen kann es zu einem Totalausfall
des betroffenen Bremskreises kommen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen
Bremssystems ist es, dass die Bremskreise von dem Basisbordnetz
durch einen Spannungswandler entkoppelt sind, so dass sich Fehler
und Störungen im Basisbordnetz nicht unmittelbar auf die
Bremskreise auswirken.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes der zwei Bremskreisversorgungsnetze
mindestens zwei DC/DC-Wandler auf, die zueinander parallel geschaltet
sind. Somit steht die Ladespannung der Batterie auch dann noch zur
Verfügung, wenn einer der DC/DC-Wandler ausfällt,
so dass die Verfügbarkeit erhöht wird.
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In
einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist das elektrisches Bremssystem
ferner Schalter auf, die im Fahrbetrieb des Fahrzeugs die Radbremsaktor-Steuergeräte
an die Spannungsversorgung des ihnen zugeordneten Bremskreisversorgungsnetzes
anschließen und im Parkierzustand des Fahrzeugs die Radbremsaktor-Steuergeräte
von der Spannungsversorgung des ihnen zugeordneten Bremskreisversorgungsnetzes
trennen. Somit wird sichergestellt, dass die Radbremsaktor-Steuergeräte im
Parkierzustand (Ruhezustand) des Fahrzeugs keinen Strom ziehen und
somit nicht die Batterien entleeren.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Bremskreisversorgungsnetze die ihnen zugeordneten
zentralen Steuergeräte auch im Parkierzustand (Ruhezustand) des
Fahrzeugs mit Spannung versorgen. Dies stellt sicher, dass die zentralen
Steuergeräte auch bei abgestelltem Fahrzeug umgehend durch
ein Wecksignal aktiviert werden können und ein Bremsvorgang umgehend
eingeleitet werden kann.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn jedes der zwei Bremskreisversorgungsnetze
durch redundant vorgesehene Schutzelemente gegen Überspannung
geschützt ist. Diese Schutzelemente können beispielsweise
als Zenerdioden oder dergl. ausgelegt sein. Somit ist ein Ausfall
beider Schutzelemente erforderlich, bevor eine Überspannung
auf dem Basisbordnetz in der Versorgungsspannung des Bremskreises anliegen
und diesen zerstören kann.
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Jedes
der zwei Bremskreisversorgungsnetze kann ferner ein Spannungsversorgungs-Steuergerät
aufweisen, welches die Spannungsversorgung des dazugehörigen
Bremskreises steuert. Dieses Spannungsversorgungs-Steuergerät
kann beispielsweise die Schalterstellung der Schalter einstellen.
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Die
zwei zentralen Steuergeräte können operativ durch
einen bidirektionalen Datenbus miteinander verbunden sein, wobei
an mindestens einem der Anschlüsse der zwei zentralen Steuergeräte an
den Datenbus ein elektrisches Schutzelement vorgesehen ist, welches
eine Entkopplung zwischen den beiden zentralen Steuergeräten
bewirkt. Eine solche Entkopplung zwischen den beiden zentralen Steuergeräten
gewährleistet, dass sich Spannungsstörungen oder
Fehler (Überspannung, Kurzschluss o. dergl.) in einem zentralen
Steuergerät nicht auf das andere zentrale Steuergerät
auswirken.
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Das
Bremssystem kann ferner einen Datenbus aufweisen, an den die zwei
zentralen Steuergeräte angeschlossen sind und an den externe
Steuergeräte anschließbar sind, wobei an den Anschlüssen der
zwei zentralen Steuergeräte an den Datenbus jeweils ein
elektrisches Schutzelement vorgesehen ist, und wobei die elektrischen
Schutzelemente eine Entkopplung zwischen den beiden zentralen Steuergeräten
und den externe Steuergeräte bewirken. Eine solche Entkopplung
gewährleistet, dass sich Spannungsstörungen oder
Fehler (Überspannung, Kurzschluss o. dergl.) in einem der
angeschlossenen Steuergeräte nicht auf die anderen Steuergeräte auswirken.
Die elektrischen Schutzelemente können beispielsweise optische,
transformatorische oder kapazitive Mittel zur Entkopplung oder Mittel
zur Strombegrenzung und/oder Spannungsbegrenzung (z. B. Widerstände
und Zenerdioden) aufweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigt dabei:
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1 eine schematische Darstellung eines Vergleichsbeispiels
zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines elektrischen Bremssystems;
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines elektrischen Bremssystems;
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3 ein Blockdiagramm eines Bremsbordnetzes;
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4a ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltung
eines Bremsbordnetzes; und
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4b ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltung
eines Bremsbordnetzes.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche
Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit
gleichen Bezugszeichen versehen worden.
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1 ist eine schematische Darstellung eines
Vergleichsbeispiels und 2 ist eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines elektrischen Bremssystems. Vorteile und
Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden im Folgenden anhand einer Kontrastierung mit dem Vergleichsbeispiel
in 1 erläutert.
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Vergleichsbeispiel
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Das
in 1 dargestellte elektrische Bremssystem
für ein Kraftfahrzeugs weist zwei Bremskreise auf. Die
Elemente des ersten Bremskreises werden im Folgenden durch den Index „1"
gekennzeichnet (SCU1, ACU11 usw.), wohingegen die Elemente des zweiten
Bremskreises durch den Index „2" ge kennzeichnet werden
(SCU2, ACU21 usw.). Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise vier
Räder auf, nämlich zwei Vorderräder R11
und R21 sowie zwei Hinterräder R12 und R22. Das linke Vorderrad
R11 und das rechte Hinterrad R12 sind dem ersten Bremskreis zugeordnet,
wohingegen das rechte Vorderrad R21 und das linke Hinterrad R22
dem zweiten Bremskreis zugeordnet sind. An jedem der Räder
ist ein Radbremsaktor RA11, RA12, RA21, RA22 angeordnet, welcher
auf das dazugehörige Rad mittels Bremszangen oder dergl.
eine einstellbare Bremskraft ausüben kann. Jeder der Radbremsaktoren RA11,
RA12, RA21, RA22 wird von einem dazugehörigen Radbremsaktor-Steuergerät
ACU11, ACU12, ACU21, ACU22 angesteuert, welches den Elektronikumfang
beinhaltet, der für den sicheren Betrieb der Radbremsaktoren
notwendig ist.
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Ferner
weist jeder der zwei Bremskreise ein zentrales Steuergerät
SCU1 bzw. SCU2 auf. Die Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11
und ACU12 des ersten Bremskreises sind über einen ersten
Datenbus AB1 und die Radbremsaktor-Steuergeräte ACU21 und
ACU22 des zweiten Bremskreises sind über einen zweiten
Datenbus AB2 mit den jeweiligen zentralen Steuergeräten
SCU1 bzw. SCU2 verbunden. Die Datenbusse AB1 und AB2 können
als CAN-, LIN- oder FlexRay-Busse oder dergl. ausgelegt werden.
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Ferner
ist ein Bremspedal BP mit zwei Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2
vorgesehen. Die Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2 erfassen, unabhängig
voneinander, die Wegstrecke, um welche das Bremspedal BP niedergedrückt
wird und senden jeweils ein diese Wegstrecke repräsentierendes
Signal an das zentrale Steuergerät SCU1 bzw. SCU2. Die
zentralen Steuergeräte SCU1 und SCU2 errechnen aus den
von den Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2 empfangenen Signalen die
Bremskraft, mit welcher die einzelnen Radbremsaktoren RA11 bis RA22
auf die Räder R11 bis R22 einwirken sollen und senden entsprechende
Steuersignale an die Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11 bis
ACU22. Die zentralen Steuergeräte SCU1 und SCU2 sind über einen
Datenbus CB miteinander verbunden, über welchen sie die
von den Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2 empfangenen Signale austauschen.
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Zur
Energieversorgung der Steuergeräte SCU1, SCU2 und ACU11
bis ACU22 ist ein Basisbordnetz PN vorgesehen, an welches die einzelnen Steuergeräte
angeschlossen sind. Das Basisbordnetz ist mit einem Generator (der
Lichtmaschine) verbunden und stellt eine Gleichspannung bereit,
mit welcher Verbraucher im Fahrzeug gespeist werden. Problematisch
ist hierbei jedoch, dass ein Ausfall des Basisbordnetzes PN auch
zu einem Ausfall der beiden Bremskreise und somit zum Verlust der
Bremswirkung führt. Ferner können sich Störungen
im Basisbordnetz, wie z. B. Spannungsschwankungen, auf beide Bremskreise
auswirken und somit als Common-Cause-Fehler einen gleichzeitigen
Ausfall beider Bremskreise bewirken. Das im Folgenden beschriebene
Ausführungsbeispiel der Erfindung schlägt eine
Anordnung vor, mit welcher auch bei einem Ausfall des Basisbordnetzes
PN eine ausrei chende Bremswirkung erzielt wird und die beiden Bremskreise
vor Störungen im Basisbordnetz PN gesichert werden.
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Ausführungsbeispiel
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2 ist eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
eines elektrischen Bremssystems. Komponenten, welche eine gleiche
oder ähnliche Funktion wie solche in 1 erfüllen
sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und werden, um Wiederholungen
zu vermeiden, nicht erneut erläutert.
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Das
dargestellte Bremssystem weist, wie das Bremssystem des Vergleichsbeispiels,
zwei Bremskreise auf, die jeweils ein zentrales Steuergerät
SCU1 bzw. SCU2, Radbremsaktoren RA11, RA12 bzw. RA21, RA22, Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11,
ACU12 bzw. ACU21, ACU22 und einen Datenbus AB1 bzw. AB2 umfassen.
Dabei weist das Bremssystem eine diagonale Bremskreisaufteilung auf,
das heißt, das linke Vorderrad R11 und das rechte Hinterrad
R12 sind dem ersten Bremskreis zugeordnet, wohingegen das rechte
Vorderrad R21 und das linke Hinterrad R22 dem zweiten Bremskreis
zugeordnet sind. Diese X-Bremskreisaufteilung ermöglicht
einen symmetrischen Aufbau der beiden Bremskreise. Insbesondere
können für beide Bremskreise gleichartige Batterien
(siehe unten) verwendet werden. Ferner kann bei einer X-Bremskreisaufteilung, anders
als bei einer Bremskreisaufteilung in welcher die beiden Bremskreise
jeweils den linken bzw. den rechten Rädern zugeordnet sind,
das bei einem Bremskreisausfall entstehende Giermoment kompensiert
werden, indem das Bremsmoment in geeigneter Weise auf Vorder- und
Hinterrad des verbleibenden Bremskreises verteilt wird. Die erfindungsgemäße
Architektur ist jedoch nicht nur bei einer X-Bremskreisaufteilung
sondern auch auf Bremssysteme anwendbar, in welchem beispielsweise
dem ersten Bremskreis die Räder der Vorderachse und dem
zweiten Bremskreis die Räder der Hinterachse zugeordnet
sind.
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Zusätzlich
sind die beiden Bremskreise dieses Ausführungsbeispiels
jeweils mit einem Bremsbordnetz BPN1 bzw. BPN2 versehen, welche über die
Versorgungsleitungen PNS1 bzw. PNS2 mit dem Basisbordnetz PN verbunden
und von diesem versorgt werden. Wie in 3 dargestellt
weist jedes der Bremsbordnetze BPN1, BPN2 einen Energiespeicher
in Form einer Batterie 31, sowie einen DC/DC-Wandler 32 auf.
Eingangsseitig ist der DC/DC-Wandler 32 an das Basisbordnetz
PN und ausgangsseitig ist er an die Batterie 31 angeschlossen.
Die Batterie 31 ist über Anschlüsse BPNx0, BPNx1,
BPNx2 an die verschiedenen Komponenten (Steuergeräte usw.)
des Bremskreises angeschlossen. Die Batterie 31 wird über
den DC/DC-Wandler 32 aufgeladen und hat eine ausreichende
Kapazität, um den ihr zugeordneten Bremskreis bei Ausfall
des Basisbordnetzes PN für eine vorgegebene Zeit (z. B. 0,5
h) mit Energie zu versorgen.
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Die
Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11 und ACU12 des ersten Bremskreises
werden von dem Bremsbordnetz BPN1 mit Spannung versorgt. Die Radbremsaktor-Steuergeräte
ACU21 und ACU22 des zweiten Bremskreises werden von dem Bremsbordnetz
BPN2 mit Spannung versorgt. Die Radbremsaktor-Steuergeräte
ACU11 bis ACU22 und die Radbremsaktoren RA11 bis RA22 sind failsilent ausgelegt.
Das heißt, ein Fehler im Radbremsaktor-Steuergerät
oder im Radbremsaktor wird von dem Radbremsaktor-Steuergerät
erkannt und der betreffende Radbremsaktor wird stillgelegt, d. h.
die Radbremse wird geöffnet, so dass das Rad frei und ungebremst
läuft.
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Das
zentrale Steuergerät SCU1 des ersten Bremskreises wird
von dem Bremsbordnetz BPN1 mit Spannung versorgt und das zentrale
Steuergerät SCU2 des zweiten Bremskreises wird von dem Bremsbordnetz
BPN2 mit Spannung versorgt. Die zentralen Steuergeräte
SCU1, SCU2 sind über Bremskreis-Datenbusse AB1 bzw. AB2
mit den Radbremsaktor-Steuergeräten ACU11, ACU12 bzw. ACU21,
ACU22 verbunden.
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Die
oben beschriebene Auslegung der Bremsbordnetze BPN1 und BPN2 stellt
sicher, dass eine ausreichende Bremswirkung in nahezu allen Fehlerzuständen
möglich ist. So versorgen die Batterien 31 die
Bremsbordnetze BPN1, BPN2 mit Energie wenn die Bremsbordnetze BPN1,
BPN2 vom Basisbordnetz getrennt werden und stellen somit sicher, dass
bei einem Ausfall des Basisbordnetzes PN eine geregelte Bremsung
beider Diagonalen für eine vorgegebene Zeit möglich
ist.
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Der
DC/DC-Wandler 32 stellt sicher, dass das Basisbordnetz
PN vom Bremsbordnetz BPN1 bzw. BPN2 und den daran angeschlossenen
Komponenten entkoppelt ist. Somit wird vermieden, dass sich Störungen
des Basisbordnetzes PN, wie zum Beispiel Kurzschlüsse, Überspannungen,
Unterspannungen und dergl. auf das Bremsbordnetz BPN1 bzw. BPN2
auswirken. Ferner werden die Bremskreise auch bei einem Ausfall
der Batterien 31 noch aus den DC/DC-Wandlern 32 versorgt.
Hierbei ergibt sich lediglich eine mögliche Einschränkung
der Bremsdynamik und somit eine mögliche Bremswegverlängerung
des betroffenen Bremskreises. Der DC/DC-Wandler 32 ist
auch bei niedrigen Spannungen des Basisbordnetzes PN von beispielsweise
6 bis 8 V noch in der Lage, die Batterie 31 aufzuladen.
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Am
Bremspedal BP sind, wie bereits oben beschrieben, zwei Bremspedalsensoren
BPS1 und BPS2 angeordnet, welche jeweils dem ersten bzw. dem zweiten
Bremskreis zugeordnet sind. Die Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2
erzeugen Signale, die in einem stetigen monotonen funktionalen Zusammenhang
(pedaläquivalent) mit dem Pedalwinkel bzw. Pedalweg stehen.
Die Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2 beruhen auf unterschiedlichen
Sensorprinzipien und weisen im statischen sowie im dynamischen Betrieb
einen Gleichlauf auf. So kann der erste Bremspedalsensor BPS1 beispielsweise
als Hall-Sensor und der zweite Bremspedalsensor BPS2 beispielsweise
als Kraftsensor ausgelegt sein. Somit werden die Bremspedalsensoren
BPS1 und BPS2 nicht gleichzeitig aufgrund eines Common- Mode-Fehlers
oder Common-Cause-Fehlers unkwirksam. Abhängig vom Pedalwinkel
bzw. Pedalweg geben die Bremspedalsensoren BPS1, BPS2 eine Analogspannung
an das zentrale Steuergerät SCU1, SCU2 von beispielsweise
0 bis 5 V aus.
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Zusätzlich
zu den Bremspedalsensoren BPS1 und BPS2 sind zwei Bremslichtschalter
BLS1 und BLS2 vorgesehen, welche jeweils dem ersten bzw. dem zweiten
Bremskreis zugeordnet sind und operativ mit dem ersten bzw. zweiten
zentralen Steuergerät SCU1 bzw. SCU2 verbunden sind. Bei
Betätigung des Bremspedals BP geben die Bremslichtschalter
BLS1 und BLS2 ein Schwellwertsignal an das ihnen zugeordnete zentralen
Steuergerät SCU1, SCU2 aus.
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Eine
integrierte Parkbremse ist an zwei oder vier der Räder
angeordnet und kann über einen Parkbremshebel PB aktiviert
werden. Dem Parkbremshebel PB sind zwei Parkbremsschalter PBS1 und
PBS2 zugeordnet, die wiederum dem ersten bzw. dem zweiten Bremskreis
zugeordnet sind. Bei Aktivierung der Parkbremse geben die Parkbremsschalter
PBS1 und PBS2 ein Parkbremssignal an das ihnen zugeordnete zentralen
Steuergerät SCU1, SCU2 aus.
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Die
Bremspedalsensoren, Bremspedalschalter und Parkbremsschalter sind
zum einen redundant ausgelegt, was die Funktionsfähigkeit
auch bei Ausfall einzelner Sensoren und Schalter gewährleistet, und
zum anderen werden diese redundanten Sensoren und Schaltern jeweils
von unterschiedlichen Bremsbordnetzen BPN1, BPN2 gespeist, so dass auch
beim Ausfall eines der Bremsbordnetze die Funktionsfähigkeit
gewährleistet werden kann.
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Jedem
Bremskreis ist weiterhin eine Bremsleuchte L1 bzw. L2 zugeordnet,
welche von dem jeweiligen zentralen Steuergerät SCU1, SCU2
bei Aktivierung des Bremslichtschalters BLS1, BLS2 über eine
Leitung LA1 bzw. LA2 aktiviert werden kann.
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Die
zentralen Steuergeräte sind ferner in redundanter Weise über
zwei bidirektionale Datenbusse CB1 und CB2 miteinander verbunden, über
welche sie die von der Sensorik (Bremspedalsensoren BPS1, BPS2,
Bremslichtschalter BLS1, BLS2, Parkbremsschalter PBS1, PBS2 etc.)
empfangenen Signale, sowie Statussignale austauschen, welche den Status
der Sensorik sowie des Bremskreises und seiner Komponenten anzeigen.
Die Datenbusse CB1 und CB2 können beispielsweise als CAN-Busse,
TTCAN-Busse oder FlexRay-Busse ausgelegt sein. Die über
die Datenbusse CB1 und CB2 ausgetauschten Daten werden mit Botschaftszählern,
Daten-CRC sowie Timeout-Überwachung abgesichert. Ferner
ermöglicht das redundante Vorsehen zweier Datenbusse CB1
und CB2 eine fehlertolerante Kommunikation.
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Ferner
können an den Datenbus CB1 auch diverse andere Steuergeräte
angeschlossen werden, so z. B. ein Motor-Steuergerät MSG,
ein Steuergerät ESP zur Stabilitätssicherung und
ein Cockpit-Steuergerät CSG. Das Steuergerät ESP
zur Stabilitätssicherung erfasst den gegenwärtigen
Zustand des Fahrzeugs (Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Bremswunsch
des Fahrers, usw.) und reagiert auf kritische Fahrsituationen. Wird
vom Steuergerät ESP eine kritische Fahrsituation erkannt,
so sendet das Steuergerät ESP Signale über den
Datenbus CB1 an die Steuergeräte SCU1 und SCU2, welche über
die Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11 bis ACU22 einen gezielten
Bremsvorgang veranlassen und somit ein Schleudern des Fahrzeugs
o. dergl. verhindern. Die Steuergeräte SCU1 und SCU2 übertragen
ihrerseits die Istwerte der Radbremsmomente zum Steuergerät ESP.
Ferner tauschen die Steuergeräte SCU1 und SCU2 die vom
Steuergerät ESP angeforderten Bremsmomente miteinander
aus und vergleichen sie. Stellen die Steuergeräte SCU1
und SCU2 dabei eine Diskrepanz fest, so werden die vom Steuergerät ESP
angeforderten Bremsmomente nicht weiterverarbeitet und es wird eine
Fehlermeldung an das Steuergerät ESP ausgegeben. Somit
wird ein Schutz gegen Kommunikationsfehler auf dem Datenbus CB1 verwirklicht.
Weiterhin übertragen die Steuergeräte SCU1 und
SCU2 bei einem Fehler im Bremssystem ein Signal an das Motorsteuergerät
MSG, welches dieses veranlasst, das Antriebsmoment zu begrenzen.
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Als
weitere Schutzmassnahme sind in den zentralen Steuergeräten
SCU1 und SCU2 elektrische Schutzelemente EPE vorgesehen, welche
die beiden Bremskreise untereinander sowie gegenüber externen
Systemen vor gegenseitigen Beeinflussungen und Schädigungen
schützen. Die Schutzelemente EPE entkoppeln die beiden
Bremskreise sowie externe Systeme voneinander. Die Schutzelemente EPE
können beispielsweise als Optokoppler, induktive Kopplung
(Transformator), kapazitive Kopplung oder dergleichen ausgelegt
werden. Sie können beispielsweise auch als Schaltung mit
einer Strombegrenzung (z. B. durch einen elektrischen Widerstand) und
einer Spannungsbegrenzung (z. B. durch eine Zenerdiode) ausgelegt
werden. Ein Schutzelement EPE ist an einem Ende des Datenbusses
CB2 angeordnet, welcher die beiden zentralen Steuergeräte SCU1
und SCU2 miteinander verbindet. Ferner sind Schutzelemente EPE an
beiden Steuergerät-seitigen Enden des Datenbusses CB1 angeordnet,
welcher die beiden zentralen Steuergeräte SCU1 und SCU2 miteinander
verbindet und welcher mit den externen Steuergeräten CSG,
ESP und MSG verbunden ist. Die Schutzelemente EPE verhindern somit,
dass Querströme zwischen den drei Potentialen des ersten
Bremskreises (Potential von BPN1) des zweiten Bremskreises (Potential
von BPN2) und den externen Steuergeräten (Potential von
PN) fließen. Die elektrische Entkopplung zwischen den zweiten Bremskreisen
und externen Komponenten wird somit sichergestellt. Beispielsweise
kann somit verhindert werden, dass bei einem Kurzschluss im Steuergerät SCU1
am Datenbus CB2 ein erhöhter Strom vom Steuergerät
SCU2 über den Datenbus CB2 in das Steuergerät
SCU1 fließt und somit den zweiten Bremskreis beeinträchtigt
oder gar außer Funktion setzt.
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4a zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der
Bremsbordnetze BPN1, BPN2 nach diesem Ausführungsbeispiel.
Hierbei weisen die Bremsbordnetze BPN1, BPN2 jeweils zwei DC/DC-Wandler 32a und 32b auf,
welche parallel zwischen das Basisbordnetz PN und die Batterie 31 geschaltet
sind. Auf diese Weise wird die Verfügbarkeit der Bremsbordnetze
BPN1, BPN2 gesteigert, da selbst bei Ausfall eines der DC/DC-Wandler 32 noch
der andere DC/DC-Wandler zur Verfügung steht.
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Zum Überspannungsschutz
sind zwei Schutzelemente 33a und 33b an die DC/DC-Wandler 32a und 32b angeschlossen.
Diese Schutzelemente 33a und 33b können
beispielsweise als Zener-Dioden oder dergleichen ausgelegt werden.
Aufgrund der redundanten Auslegung der Schutzelemente 33a und 33b müssen
beide Schutzelemente 33a und 33b fehlerhaft sein,
bevor sich eine Überspannung in der Versorgungsspannung
bis in einen der Bremskreise fortpflanzen und die Steuergeräte
zerstören könnte.
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Zwischen
Batterie 37 und DC/DC-Wandler 32a und 32b sind
ferner die beiden Rückstromschutzelemente 36a und 36b geschaltet,
die beispielsweise als Dioden ausgeführt werden können.
Sie schützen die Batterie vor Kurzschlüssen nach
Masse in den Überspannungsschutzelementen 33a bzw. 33b und
den DC/DC-Wandlern 32a und 32b.
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Die
Verbindung 37 zum Batteriepluspol ist möglichst
kompakt und stabil z. B. als Batterieklemme ausgeführt,
damit diese Komponente keine Fehler durch Unterbrechung oder Kurzschluss
nach Masse verursacht.
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4b zeigt eine weitere Ausführung
des Bremsenbordnetzes, bei dem die Batterie 31 über eine
Verbindungsleitung 40 räumlich getrennt von den
anderen Komponenten des Bremsbordnetzes BPN angeordnet ist. Damit
ein möglicher Kurzschluss der Verbindungsleitung 40 gegen
Masse keine Schäden anrichten kann, sind die beiden Sicherungen 38 und 39 vorgesehen.
Die Sicherung 38 schützt die beiden DC/DC-Wandler 32a und 32b sowie
die mit ihnen verbundenen Bauelemente 36a, 36b und 37 gegen
Zerstörungen durch einen Masseschluss der Leitung 40.
Die Sicherung 39 schützt die Batterie 31 gegen
einen Masseschluss der Leitung 40.
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Weiterhin
weisen die Bremsbordnetze BPN1 und BPN2 jeweils ein eigenes Bremsbordnetz-Steuergerät
BPNCU auf, welches an den Datenbus AB1 bzw. AB2 angeschlossen ist.
Somit wird sichergestellt, dass die Spannungsversorgung der Radbremsaktoren
sowie der Pedalsensorik durch das betreffende Bremsbordnetz auch
in dem Fall erhalten bleibt, dass ein Fehler im zentralen Steuergerät
vorliegt. Das Bremsbordnetz-Steuergerät BPNCU weist ferner
Funktionalität für ein Batteriemanagement auf und
hält den Ladezustand der Batterie 31 durch geeignetes
An- und Abschalten der DC/DC-Wandler 32a, 32b konstant
bzw. in engen Grenzen. Somit wird eine hohe Zuverlässigkeit
der Batterie 31 erreicht und die Verfügbarkeit und Sicherheit
des Bremssystems erhöht.
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Die
Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11 bis ACU22 werden mittels
elektronischen Schaltern 34a und 34b vom Bremsbordnetz
BPN getrennt, wenn das Fahrzeug abgestellt und in den Parkierzustand versetzt
wird. Somit wird sichergestellt, dass die Radbremsaktor-Steuergeräte
ACU11 bis ACU22 im geparkten Zustand keinen Strom ziehen und somit
die Batterie 31 entleeren. Die Radbremsaktor-Steuergeräte
ACU11 bis ACU22 werden vorzugsweise lediglich dann mittels der elektronischen
Schaltern 34a und 34b vom Bremsbordnetz BPN getrennt
wenn kein Ausfall der ihnen zugeordneten zentralen Steuergeräte
SCU1, SCU2 vorliegt. Somit wird ihre Funktionsfähigkeit
auch bei Ausfall eines der zentralen Steuergerät SCU1,
SCU2 sichergestellt. Die Schalter 34a und 34b werden
vom Bremsbordnetz-Steuergerät BPNCU angesteuert, welches
auch im geparkten Zustand von der Batterie 31 mit Spannung versorgt wird.
Das Bremsbordnetz-Steuergerät BPNCU kann so ausgelegt werden,
dass es die Radbremsaktor-Steuergeräte ACU11 bis ACU22
lediglich dann von ihrem jeweiligen Bremsbordnetz BPN1, BPN2 trennt,
wenn es einen entsprechenden Befehl von dem zentralen Steuergerät
SCU1, SCU2 über den Datenbus AB1, AB2 erhält.
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Auch
die zentralen Steuergeräte SCU1 und SCU2 werden im geparkten
Zustand ständig von der Batterie 31 weiterversorgt,
um zu gewährleisten, dass auch in diesem Zustand eine Bremsanforderung
des Fahrers weiterverarbeitet und ein Bremsvorgang eingeleitet werden
kann. Im Parkierzustand sind die zentralen Steuergeräte
SCU1 und SCU2 in einem Standby-Zustand, in welchem sie nur einen geringen
Ruhestrom (< 100 μA)
benötigen. Aus diesem Zustand können die zentralen
Steuergeräte SCU1 und SCU2 durch den Empfang eines Wecksignals
von einem der Bremslichtschalter BLS oder über den Datenbus
CB1 geweckt werden.
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Ferner
ist zwischen den DC/DC-Wandlern 32a, 32b und den
Versorgungsleitungen zu den zentralen Steuergeräte SCU1,
SCU2 und den Radbremsaktor-Steuergeräten ACU11 bis ACU22
jeweils eine in Serie geschaltete Sicherung 35a, 35b, 35c vorgesehen.
Somit sind diese Versorgungsleitungen gegen Kurzschluss abgesichert.
Die Sicherungen 35a, 35b, 35c sind vorzugsweise
als elektronische Sicherungen ausgelegt.
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Mit
den oben beschriebenen Maßnahmen wird mit einfachen Mitteln
eine Entkopplung zwischen den beiden Bremskreisen sowie zwischen
den Bremskreisen und dem Basisbordnetz erreicht. Somit wird sichergestellt,
dass sich Störungen, wie z. B. Spannungsstörungen
0. dergl., in einem Bremskreis (im Basisbordnetz) nicht auf den
anderen Bremskreis (auf die Bremskreise) auswirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 9513946
A1 [0002]
- - DE 19634567 A [0003]
- - DE 10357373 A1 [0004]