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Die
Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug. Des Weiteren
betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung
für ein
Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Um
einen Fahrer eines Fahrzeugs das Betätigen eines Bremseingabeelements
zum Abbremsen des Fahrzeugs während
einer Fahrt zu erleichtern, ist ein herkömmliches Bremssystem häufig mit
einem Bremskraftverstärker
ausgestattet. Ein derartiger Bremskraftverstärker ist in der Regel dazu
ausgelegt, eine auf das Bremseingabeelement, beispielsweise ein
Bremspedal, von dem Fahrer des Fahrzeugs ausgeübte Bremskraft zu verstärken. Somit
kann der Fahrer bei einem fehlerlosen Funktionieren des Bremskraftverstärkers bereits
mit einer vergleichsweise geringen Kraft das Fahrzeug abbremsen.
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Eine
aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform für einen
Bremskraftverstärker
sind beispielsweise ein Vakuumbooster und ein elektromechanischer
Bremskraftverstärker.
Allerdings ist das Ausstatten eines Fahrzeugs mit einem derartigen
Bremskraftverstärker
mit Nachteilen verbunden. Ein Vakuumbooster nimmt einen vergleichsweise großen Bauraum
am Fahrzeug ein und führt
zu einer signifikanten Steigerung des Gewichts des Bremssystems.
Zusätzlich
ist eine zufriedenstellende Funktionsweise des Vakuumboosters nur
gewährleistet, sofern
eine Vakuumbereitstellung an den Vakuumbooster durch eine zusätzliche
elektrische Vakuumpumpe oder einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs
erfolgt. Da viele Fahrer sich ein umweltfreundlicheres Fahrzeug
ohne ei nen Verbrennungsmotor wünschen,
entfällt
in diesem Fall die Möglichkeit
einer Vakuumbereitstellung durch den Verbrennungsmotor.
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Des
Weiteren erfordert ein Betrieb eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers oder
einer elektrischen Vakuumpumpe eine ausreichende Stromversorgung
durch das fahrzeugeigene Bordnetz. Somit treten während einer
Beeinträchtigung der
Bordnetzenergieversorgung häufig
Funktionsausfälle
des elektromechanischen Bremskraftverstärkers oder der elektrischen
Vakuumpumpe auf. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass der Fahrer während der
Fahrt plötzlich
nicht mehr mit der von ihm gewohnheitsmäßig auf das Bremsbetätigungselement
ausgeübten
Kraft das Fahrzeug abbremsen kann. Für den Fahrer ist ein derartiger
Funktionsausfall des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mit
einer Komforteinbuße
verbunden. Es ist deshalb wünschenswert, über eine
Möglichkeit
zu verfügen, um
ein für
einen Fahrer überraschendes
Ausfallen des elektromechanischen Bremskraftverstärkers zu verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung schafft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung
für ein
Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren zum
Betreiben einer Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen
des Anspruchs 10.
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Ein
für einen
Fahrer überraschendes
Ausfallen einer Bremsvorrichtung mit mindestens einem elektrischen
Aktor während
einer Beeinträchtigung der
Bordnetzenergieversorgung ist verhinderbar, indem die Ankoppeleinrichtung
der Bremsvorrichtung mit einem lokalen Energiespeicher ausgestattet
wird, der eine Energie zum Aufrechterhalten der Funktionsweise des
mindestens einen elektrischen Aktors für eine bestimmte Anzahl vom
Bremsungen bereitstellt. Kurzzeitige und vorübergehende Beeinträchtigungen
der Bordnetzenergieversorgung, wie beispielsweise während eines
Startens des Fahrzeugs und/oder bei einer deutlich gesteigerten
momentanen Energieentnahme aus dem Bordnetz durch gleichzeitiges
Betrieben mehrerer stromverbrauchender Fahrzeugkomponenten, können auf
diese Weise überbrückt werden.
Des Weiteren kann der Fahrer während
des Aufrechterhaltens der Funktion des mindestens einen elektrischen
Aktors durch Entladen des lokalen Energiespeichers durch ein Aktivieren
einer Warnanzeige, ein Ausgeben eines Warntonsignals und/oder ein
Schalten des mindestens einen elektrischen Aktors in einem Energiesparmodus auf
einen möglichen
Ausfall des mindestens einen elektrischen Aktors vorbereitet werden.
Der Fahrer hat in diesem Fall beispielsweise die Möglichkeit, sich
zu entscheiden, ob er während
der weiteren Fahrt seine Fahrweise an die eingeschränkte Funktionsweise
der Bremsvorrichtung anpassen, die Fahrt abbrechen und/oder eine
Werkstatt aufsuchen möchte.
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Die
Bremsvorrichtung kann beispielsweise ein Bremsbetätigungselement
für eine
Betätigung durch
den Fahrer zum Abbremsen des Fahrzeugs, eine Bremskraftverstärkervorrichtung,
eine Vakuumbereitstellvorrichtung eines Bremskraftverstärkers/Bremssystems,
eine Fahrzeugabbremsvorrichtung und/oder eine Fahrzeugblockiervorrichtung sein.
Vorzugsweise sind die zwei Eingangs-Kontakte an die Spannungs-Eingänge des
lokalen Energiespeichers und die zwei Ausgangs-Kontakte an die Spannungs-Ausgänge des
lokalen Energiespeichers gekoppelt.
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Bevorzugterweise
ist das mindestens eine Koppelelement so ausgelegt, dass, sofern
die Bordnetzspannung über
einer vorgegebenen Beladungsspannung liegt, der lokale Energiespeicher über die angelegte
Bordnetzspannung beladbar ist. Somit ist auch nach einem Entladen
ein Wiederaufladen des lokalen Energiespeichers gewährleistet.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
umfasst das mindestens eine Koppelelement einen Spannungswandler,
welcher dazu ausgelegt ist, die an den zwei Eingangs-Kontakten angelegte
Bordnetzspannung in eine Nennspannung des mindestens einen elektrischen
Aktors umzuwandeln und den lokalen Energiespeicher mit der Nennspannung aufzuladen,
so dass die Nennspannung von dem lokalen Energiespeicher als Betriebsspannung
an den mindestens einen elektrischen Aktor bereitstellbar ist. Der
Spannungswandler ermöglicht
somit eine Stabilisierung der Betriebsspannung und/oder eine Anpassung
der Betriebsspannung an den mindestens einen elektrischen Aktor.
Insbesondere ist auf diese Weise ein Auftreten einer Unterspannung
verhinderbar und eine günstigere
Auslegung des mindestens einen elektrischen Aktors und seiner Ansteuerung
möglich.
Der lokale Energiespeicher erfüllt gleichzeitig
die Funktion eines Puffers zum Bereitstellen der Nennspannung und
eines Überbrückungsenergie-Lieferanten.
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Durch
die Multifunktionalität
des lokalen Energiespeichers kann die Ausführungsform des Bremssystems
kostengünstiger
realisiert werden.
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Als
Alternative oder als Ergänzung
dazu kann das mindestens eine Koppelelement eine Diode und/oder
einen Schalter, welcher durch ein Fahrzeugstart-Signal und/oder
durch ein von einer fahrzeugeigenen ersten Steuervorrichtung bereitgestelltes
Schaltsignal schaltbar ist, umfassen. Durch das Ausgeben des Fahrzeugstart-Signals
an den Schalter wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Energieversorgung
des mindestens einen elektrischen Aktors trotz der vergleichsweise
hohen momentanen Energieentnahme beim Fahrzeugstart sichergestellt
ist. Auf diese Weise ist beispielsweise beim Fahrzeugstart eine
vom Fahrer häufig
als störend
empfundene Reduzierung der Bremskraftunterstützung verhinderbar.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erste Steuervorrichtung
eine erste Vergleichseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die
bereitgestellte Bordnetzspannung mit der Mindestspannung und/oder
der Beladungsspannung zu vergleichen und/oder die bereitgestellte
momentane Energieentnahme aus dem Bordnetz mit der Höchstentnahme zu
vergleichen. Dies gewährleistet
ein verlässliches Bereitstellen
des Schaltsignals.
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Als
Ergänzung
kann die erste Steuervorrichtung zusätzlich eine zweite Vergleichseinrichtung umfassen,
welche dazu ausgelegt ist, die Mindestspannung, die Beladungsspannung
und/oder die Höchstentnahme
unter Berücksichtigung
einer bereitgestellten Information bezüglich eines Fahrzeugzustands,
einer Fahrsituation, einer Umgebungssituation und/oder einer Verkehrssituation
festzulegen und an die erste Vergleichseinrichtung auszugeben. Durch
das Festlegen der Mindestspannung, der Beladungsspannung und/oder
der Höchstentnahme
unter Berücksichtigung
mindestens einer der aufgezählten
Informationen kann die Schaltung des Schalters hinsichtlich bestimmter,
die Funktionsweise der Bremsvorrichtung beeinträchtigende Zustände und/oder
Situationen angepasst werden. Dabei wirkt sich schon das Berücksichtigen
einer Information vorteilhaft aus.
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Insbesondere
kann die Bremsvorrichtung einen steuerbaren elektrischen Bremskraftverstärker, einen
steuerbaren elektromechanischen Bremskraftverstärker, eine elektrische Vakuumpumpe
und/oder eine elektrische Parkbremse umfassen.
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Bei
einer als stromverbrauchender Bremskraftverstärker ausgebildeten Bremsvorrichtung
ist beispielsweise sichergestellt, dass auch bei einer Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung eine bestimmte Anzahl von Bremsungen
noch so ausführbar
ist, wie es den Fahrgewohnheiten des Fahrers entspricht. Der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker entspricht
somit in seiner Anpassungsfähigkeit
an die Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung einem Vakuumbooster. Der Nachteil
eines herkömmlichen
stromverbrauchenden Bremskraftverstärkers gegenüber einem Vakuumbooster ist
somit behoben. Dieser Vorteil ist entsprechend auch bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Vakuumpumpe und/oder bei der erfindungsgemäßen elektrischen Parkbremse
gewährleistet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der mindestens eine
elektrische Aktor durch ein von einer fahrzeugeigenen zweiten Steuervorrichtung
bereitgestelltes Steuersignal in einen Normalmodus und in mindestens
einen Energiesparmodus schaltbar. Ist die Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung beispielsweise von längerer Dauer,
so kann der Fahrer schrittweise auf die veränderte Bremssituation vorbereitet
werden.
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Insbesondere
kann die zweite Steuervorrichtung dazu ausgelegt sein, das Steuersignal
unter Berücksichtigung
einer bereitgestellten Information bezüglich eines Fahrzeugzustands,
einer Fahrsituation, einer Umgebungssituation und/oder einer Verkehrssituation
festzulegen und an den mindestens einen elektrischen Aktor auszugeben.
Auf diese Weise kann insbesondere die durch das Entladen des lokalen
Energiespeichers noch ausführbare
Anzahl von Bremsungen gesteigert werden, wobei gleichzeitig eine
bezüglich
dem Fahrzeugzustand, der Fahrsituation, der Umgebungssituation und/oder
der Verkehrssituation ausreichende Funktionsfähigkeit des mindestens einen
elektrischen Aktors gewährleistet
ist.
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Die
in den vorhergehenden Absätzen
beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Fahrzeug mit einer entsprechenden
Bremsvorrichtung gewährleistet.
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Des
Weiteren sind die beschriebenen Vorteile realisierbar durch die
korrespondierenden Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung
für ein Fahrzeug.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Bremsvorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Bremsvorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Bremsvorrichtung;
und
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4 ein
Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Betreiben einer Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Bremsvorrichtung.
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Die
dargestellte Bremsvorrichtung für
ein Fahrzeug umfasst einen Bremskraftverstärker 10. Der Bremskraftverstärker 10 kann
beispielsweise als (steuerbarer) elektrischer Bremskraftverstärker oder als
(steuerbarer) elektromechanischer Bremskraftverstärker ausgebildet
sein. Der Bremskraftverstärker 10 ist
vorzugsweise dazu ausgelegt, eine auf ein (nicht dargestelltes)
Bremseingabeelement, beispielsweise ein Bremspedal, durch einen
Fahrer des Fahrzeugs ausgeübte
Bremskraft zu verstärken
und ein entsprechendes verstärktes
Kraftsignal an eine Kolben-Zylinder-Einheit, wie z. B. einen Hauptbremszylinder,
auszugeben.
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Der
Bremskraftverstärker 10 umfasst
mindestens einen (nicht skizzierten) elektrischen Aktor. Der mindestens
eine elektrische Aktor des Bremskraftverstärkers 10 kann beispielsweise
ein Motor, ein Elektromagnet und/oder ein Piezostack sein. Zusätzlich kann
der Bremskraftverstärker 10 ein
Getriebe, welches den mindestens einen Aktor mit der Kolben-Zylinder-Einheit
verbindet und/oder eine elektrische Steuereinheit zur Ansteuerung
des mindestens einen elektrischen Aktors umfassen. Da eine geeignete
Ausbildung des Bremskraftverstärkers 10 aus dem
Stand der Technik bekannt ist, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.
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Die
Bremsvorrichtung umfasst zusätzlich eine
Ankoppeleinrichtung 12 mit zwei (elektrischen) Eingangs-Kontakten 14a und 14b und
zwei (elektrischen) Ausgangs-Kontakten 16a und 16b.
Die zwei Eingangs-Kontakte 14a und 14b sind dazu
ausgelegt, die Bremsvorrichtung an ein fahrzeugeigenes Bordnetz
anzukoppeln. Somit können
ein Bordnetzpotential ΦN
und eine Masse M an jeweils einen der zwei Eingangs-Kontakte 14a und 14b angelegt
werden. Die zwischen den beiden Eingangs-Kontakten 14a und 14b anliegende
Spannung wird im Weiteren als Bordnetzspannung UN bezeichnet. Über die
zwei Ausgangs-Kontakte 16a und 16b ist eine Betriebsspannung
UB an den mindestens einen angeschlossenen elektrischen Aktor des
Bremskraftverstärkers 10 bereitstellbar.
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Ein
erster Eingangs-Kontakt 14a mit dem Bordnetzpotential ΦN ist über eine
erste elektrische Verbindung 15a mit einem ersten Ausgangs-Kontakt 16a verbunden.
Entsprechend ist ein zweiter Eingangs-Kontakt 14b mit der
Masse M über
eine zweite elektrische Verbindung 15b mit einem zweiten
Ausgangs-Kontakt 16b verbunden. Jede der beiden elektrischen
Verbindungen 15a und 15b weist einen Verzweigungspunkt 17a oder 17b auf,
von welchen je eine Leitung 19a oder 19b zu einem
Eingang eines lokalen Energiespeichers 18 führt.
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Eingangsseitig
ist der lokale Energiespeicher 18 an die beiden Eingangs-Kontakte 14a und 14b angeschlossen.
Der lokale Energiespeicher 18 ist somit über die
an den zwei Eingangs-Kontakten 14a und 14b anliegende
Bordnetzspannung UN beladbar. Zusätzlich ist der lokale Energiespeicher 18 über ein
als Diode 20 ausgebildetes Koppelelement so mit dem ersten
Eingangs-Kontakt 14a verbunden, dass ein Stromfluss zwischen
dem Bordnetz und dem lokalen Energiespeicher 18 als unidirektionaler
Stromfluss von dem Bordnetz zu dem lokalen Energiespeicher 18 festgelegt
ist. Die Ausrichtung der Diode 20 erlaubt nur einen Stromfluss
durch die Diode 20 in der Richtung von dem ersten Eingangs-Kontakt 14a zu dem
lokalen Energiespeicher 18.
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Die
Diode 20 stellt somit sicher, dass die auf den lokalen
Energiespeicher 18 geladene Energie an den mindestens einen
elektrischen Aktor des Bremskraftverstärkers 10 als Betriebsspannung
UB bereitgestellt wird, sobald die an den Eingangs-Kontakten 14a und 14b anliegende
Bordnetzspannung UN unter einer vorgegebenen Mindestspannung liegt und/oder
eine momentane Energieentnahme aus dem Bordnetz durch mindestens
eine stromverbrauchende fahrzeugeigene Komponente über einer
vorgegebenen Höchstentnahme
liegt. Somit ist die Energieversorgung des mindestens einen elektrischen Aktors
des Bremskraftverstärkers 10 trotz
einer Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung sichergestellt, solange der lokale
Energiespeicher 18 in einem beladenen Zustand ist. Zusätzlich verhindert
die Diode 20 ein Entladen des lokalen Energiespeichers 18 in
das entladene und/oder fehlerhafte Bordnetz.
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Es
wird hier darauf hingewiesen, dass der lokale Energiespeicher 18 vorzugsweise
ausschließlich
zur Energieversorgung des mindestens einen elektrischen Aktors der
Bremsvorrichtung bei einer Beeinträchtigung der Bordnetzenergieversorgung dient.
Vorteilhafterweise ist der lokale Energiespeicher 18 so
angeordnet, dass ein Stromfluss von dem lokalen Energiespeicher 18 lediglich
zu dem mindestens einem elektrischen Aktor des Bremskraftverstärkers 10 möglich ist.
Insbesondere kann der Bremskraftverstärker 10 so an den
lokalen Energiespeicher 18 angekoppelt sein, dass das Bereitstellen
der Betriebsspannung UB aus dem lokalen Energiespeicher 18 an
den Bremskraftverstärker 10 direkt
und nicht über
eine weitere stromverbrauchende Komponente erfolgt. Auf diese Weise
ist gewährleistet,
dass die in dem lokalen Energiespeicher 18 gespeicherte
Energie nach einem Ausfall des Bordnetzes an den Bremskraftverstärker 10 bereitstellbar
ist. In einer Weiterbildung der dargestellten Ausführungsform
mit einer weiteren stromverbrauchenden Komponente, welche während der
Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung nicht betrieben werden soll, kann ein
Stromfluss von dem lokalen Energiespeicher 18 zu der weiteren
stromverbrauchenden Komponente über
eine weitere Diode verhindert werden.
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Der
lokale Energiespeicher 18 ist so dimensioniert und ausgebildet,
dass seine Ladungsmenge für
eine bestimmte Anzahl von Betätigungen
des mindestens einen elektrischen Aktors des Bremskraftverstärkers 10 ausreicht.
Der lokale Energiespeicher 18 kann einen Akkumulator und/oder
einen Kondensator umfassen. Insbesondere kann der lokale Energiespeicher 18 als
Super-CAP ausgebildet sein.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung ist der Bremskraftverstärker 10 durch
ein bereitgestelltes Steuersignal 22 in einen Normalmodus
und in mindestens einen Energiesparmodus schaltbar. Beispielsweise
weist der Bremskraftverstärker 10 in
dem mindestens einen Energiesparmodus gegenüber dem Normalmodus eine geringere
Dynamik und/oder eine reduzierte Maximalkraft auf. Das Steuersignal 22 wird
von einer fahrzeugeigene (nicht dargestellten) Steuervorrichtung
bereitgestellt, welche beispielsweise als zentrales Fahrzeugssteuersystem ausgebildet
ist. Ebenso kann die Steuervorrichtung eine Untereinrichtung der
Bremsvorrichtung, beispielsweise des Bremskraftverstärkers 10,
sein.
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Die
Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung eines Fahrzeugzustands,
einer Fahrsituation, einer Umgebungssituation und/oder einer Verkehrssituation
einen vorteilhaften Betriebsmodus des Bremsverstärkers 10 festzulegen und
ein entsprechendes Steuersignal 22 zum Schalten des Bremskraftverstärkers 10 in
den vorteilhaften Bebtriebsmodus auszugeben. Dabei wird der vorteilhafte
Betriebsmodus bevorzugterweise so festgelegt, dass der Bremskraftverstärker 10 bei
einem reduzierten Energieverbrauch eine hinsichtlich des Fahrzeugzustands,
der Fahrsituation, der Umgebungssituation und/oder der Verkehrssituation
ausreichende Funktionsfähigkeit
aufweist. Beispiele für
eine Größe, welche
einen Fahrzeugzustand, eine Fahrsituation, eine Umgebungssituation
und/oder eine Verkehrssituation beschreibt, sind ein Füllstand/Energieinhalt
des lokalen Energiespeichers 18, ein Alterungszustand des
lokalen Energiespeichers 18, eine Anzahl von Bremsungen
seit Beginn eines Entladens des lokalen Energiespeichers 18,
eine Ursache der Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung, eine voraussichtliche Dauer der Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine
Verkehrsdichte, eine Umgebungstemperatur und/oder eine Information
bezüglich
der Betätigung
eines Bremseingabeelements durch einen Fahrer des Fahrzeugs. Die
Information bezüglich
der Betätigung
des Bremseingabeelements kann beispielsweise eine Betätigungsdynamik,
eine Betätigungskraft
und/oder einen Betätigungsweg/Verstellweg
des Bremseingabeelements umfassen. Dabei gewährleistet jede der aufgezählten Größen für sich Vorteile,
sofern sie beim Schalten des Bremskraftverstärkers 10 in den Normalmodus oder
in den mindestens einen Energiesparmodus berücksichtigt wird.
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Vorzugsweise
erfolgt das Ausgeben des Steuersignals 22 ausschließlich während eines
Entladens der Betriebsspannung UB aus dem lokalen Energiespeicher 18.
In diesem Fall ist die Steuervorrichtung beispielsweise dazu ausgelegt,
die Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung und/oder die Energieentnahme aus dem
lokalen Energiespeicher 18 zu erkennen.
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Durch
die Optimierung der Funktionsweise und des Energieverbrauchs des
Bremskraftverstärkers 10 hinsichtlich
des Fahrzeugzustands, der Fahrsituation, der Umgebungssituation
und/oder der Verkehrssituation kann eine größere Anzahl von Betätigungen
des mindestens einen elektrischen Aktors des Bremskraftverstärkers 10 über den
lokalen Energiespeicher 18 realisiert werden. Zusätzlich kann
der Fahrer schrittweise an eine reduzierte Verstärkung der auf das Bremseingabeelement
ausgeübten Bremskraft
gewöhnt
werden. Somit wird ein plötzliches
Ausbleiben der Bremskraftverstärkung
verhindert.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Bremsvorrichtung.
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Die
dargestellte Ausführungsform
umfasst die schon beschriebenen Komponenten 10 bis 19b. Allerdings
ist die Leitung 19a bei der dargestellten Ausführungsform
nicht über
einen Verzweigungspunkt an die erste elektrische Verbindung 15a angekoppelt.
Anstelle des Verzweigungspunkts weist die Ankoppeleinrichtung 12 einen
Schalter 24 auf, welcher durch ein Fahrzeugstart-Signal 26 und
ein von einer fahrzeugeigenen (nicht dargestellten) Steuervorrichtung
bereitgestelltes Schaltsignal 28 schaltbar ist.
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In
einem ersten Schaltmodus verbindet der Schalter 24 den
ersten Eingangs-Kontakt 14a mit dem
ersten Ausgangs-Kontakt 16a. Somit wird in dem ersten Schaltmodus
des Schalters 24 die Bordnetzspannung UN als Betriebsspannung
UB an den mindestens einen elektrischen Aktor des Bremskraftverstärkers 10 bereitgestellt.
In einem zweiten Schaltmodus verbindet der Schalter 24 den
ersten Ausgangs-Kontakt 16a mit der Leitung 19a,
und damit mit dem lokalen Energiespeicher 18. In dem zweiten
Schaltmodus des Schalters 24 wird somit die an den Bremskraftverstärker 10 bereitgestellte
Betriebsspannung UB aus dem lokalen Energiespeicher 18 entladen.
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Vorteilhafterweise
liegt der Schalter 24 in seiner Grundstellung im ersten
Schaltmodus vor und wird über
das Fahrzeugstart-Signal 26 und/oder über das Schaltsignal 28 aus
dem ersten Schaltmodus in den zweiten Schaltmodus geschaltet. Das
Fahrzeugstart-Signal 26 wird bei einer Zündung des
Fahrzeugs an den Schalter 24 ausgegeben. Das Ausgeben des
Fahrzeugsstart-Signals 26 erfolgt beispielsweise durch
eine fahrzeugeigene Zündung
oder ein zentrales fahrzeugeigenes Steuersystem. Somit ist während des
Startvorgangs des Verbrennungsmotors die Energieversorgung des Bremskraftverstärkers 10 auf
den lokalen Energiespeicher 18 umgeschaltet, um Funktionsbeeinträchtigungen
und/oder Bauteilschädigungen
durch die während
des Startvorgangs stark schwankende Bordnetzspannung UN zu verhindern.
Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass
während
des Startvorgangs des Verbrennungsmotors die momentane Energieentnahme
häufig über einer
vorgegebenen Höchstentnahme
liegt. Durch das Schalten des Schalters 24 mit dem Fahrzeugstart-Signal 26 ist
beispielsweise gewährleistet, dass
der Fahrer auch während
des Startvorgangs und kurz nach einem Fahrtbeginn das Fahrzeug mit einem
geringen Kraftaufwand abbremsen kann.
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Das
Schaltsignal 28 wird von einer fahrzeugeigenen Steuervorrichtung,
wie z. B. einem zentralen Fahrzeugsteuersystem, an den Schalter 24 ausgegeben.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, das Schaltsignal 28 an
den Schalter 24 auszugeben, sobald die Bordnetzspannung
UN unter eine vorgegebene Mindestspannung fällt und/oder eine momentane
Energieentnahme aus dem Bordnetz durch mindestens eine fahrzeugeigene
Komponente über
eine vorgegebenen Höchstentnahme steigt.
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Insbesondere
kann die Steuervorrichtung eine erste Vergleichseinrichtung umfassen,
welche dazu ausgelegt ist, die bereitgestellte Bordnetzspannung
UN mit der Mindestspannung und/oder die bereitgestellte momentane
Energieentnahme mit der Höchstentnahme
zu vergleichen. Die Steuervorrichtung kann auch mindestens eine
Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Bordnetzspannung UN und/oder der
momentanen Energieentnahme aus dem Bordnetz umfassen. Als Alternative
dazu kann die Steuervorrichtung auch die Messwerte von externen
Sensoren zum Messen der Bordnetzspannung UN und/oder der momentane
Energieentnahme empfangen. Beim Ermitteln der momentanen Energieentnahme
kann insbesondere eine Aktivierung einer elektrischen Servolenkung
und/oder eines Aktors eines aktiven Fahrwerks berücksichtigt
werden. Da diese Fahrzeugkomponenten in der Regel einen hohen Stromverbrauch
haben, der ausreichend sichergestellt werden sollte, ist es bei
einer Aktivierung der elektrischen Servolenkung und/oder des mindestens einen
Aktors des aktiven Fahrwerks vorteilhaft, den Bremskraftverstärker 10 durch
ein Schalten des Schalters 24 von dem Bordnetz abzukoppeln
und an den lokalen Energiespeicher 18 anzukoppeln.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Steuervorrichtung eine
zweite Vergleichseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Mindestspannung
und/oder die Höchstentnahme
unter Berücksichtigung
eines Fahrzeugzustands, einer Fahrsituation, einer Umgebungssituation
und/oder einer Verkehrssituation festzulegen. Eine Größe, welche
einen Fahrzeugzustand, eine Fahrsituation, eine Umgebungssituation
und/oder eine Verkehrssituation beschreibt, ist beispielsweise ein
Füllstand/Energieinhalt
einer fahrzeugeigenen Bordnetzbatterie, eine Fahrzeuggeschwindigkeit,
eine Umgebungstemperatur und/oder eine Anzahl aktiver fahrzeugeigener
Stromverbraucher. Dabei gewährleistet
das Berücksichtigen
von nur einer der aufgezählten
Größen bereits
Vorteile.
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Zum
Beladen des lokalen Energiespeichers 18 kann die Ankoppeleinrichtung 12 eine Überbrückungsleitung 30 aufweisen,
welche unter Überbrückung des
Schalters 24 den ersten Eingangs-Kontakt 14a mit
der Leitung 19a und den lokalen Energiespeicher 18 verbindet.
In der Überbrückungsleitung 30 ist vorzugsweise
die schon beschriebene Diode 20 so angeordnet, dass ihre
Durchflussrichtung von dem ersten Eingangs-Kontakt 14a zu
dem lokalen Energiespeicher 18 ausgerichtet ist. Die Diode 20 verhindert
somit einen Stromfluss von dem lokalen Energiespeicher 18 zu
dem Bordnetz. Somit ist ein Entladen des lokalen Energiespeichers 18 bei
einem entladenen oder fehlerhaften Bordnetz durch die Diode 20 unterbunden.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Bremsvorrichtung.
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Die
dargestellte Bremsvorrichtung umfasst die schon beschriebenen Komponenten 10 bis 19b. Zusätzlich ist
ein Spannungswandler 32 in der ersten elektrischen Verbindung 15a zwischen
dem ersten Eingangs-Kontakt 14a und dem ersten Ausgangs-Kontakt 16a angeordnet.
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Durch
das Bereitstellen des Spannungswandlers 32, welcher vorzugsweise
als DC-DC-Wandler ausgebildet ist, ist eine Anpassung und/oder eine
Stabilisierung der Betriebsspannung UB des mindestens einen elektrischen
Aktors des Bremskraftverstärkers 10 möglich. Durch
das integrierte Lademanagement des Spannungswandlers 32 kann
der Wert der Betriebsspannung UB auf einen bevorzugten Wert eingestellt
und innerhalb eines engen Toleranzbandes gehalten werden. Der mindestens
eine elektrische Aktor und seine Ansteuerung müssen deshalb nicht für ein Auftreten
einer Unterspannung ausgelegt sein. Dies gewährleistet eine günstigere
Auslegung des mindestens einen elektrischen Aktors des Bremskraftverstärkers 10.
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Insbesondere
kann der Spannungswandler 32 so ausgebildet sein, dass
der lokale Energiespeicher 18 unabhängig von der Bordnetzspannung
UN auf eine (höhere
oder niedrigere) Nennspannung des mindestens einen elektrischen
Aktors geladen wird. Dies realisiert einen vorteilhafteren Betrieb
des mindestens einen elektrischen Aktors. Zusätzlich ist auf diese Weise
die Verlustleistung des Bremskraftverstärkers 10 reduzierbar.
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Der
Spannungswandler 32 kann ein (nicht skizziertes) Schaltelement
umfassen, welches eine Entladung des lokalen Energiespeichers 18 in
ein entladenes oder fehlerhaftes Bordnetz verhindert. Somit ist
auch während
einer Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung ein zeitlich begrenzter Betrieb des
Bremskraftverstärkers 10 möglich. Das Schaltelement
kann beispielsweise durch die schon beschriebenen Signale 26 und 28 geschaltet
werden. Als Alternative zu einem derartigen als Schaltelement ausgebildeten
Bauelement oder einer entsprechenden Baugruppe kann auch eine Diode
mit geeigneter Durchfließrichtung
in der Ankoppeleinrichtung 12 angeordnet sein.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist der lokale Energiespeicher 18 durch das Zusammenwirken
mit dem Spannungswandler 32 multifunktional als Energiespeichereinheit
und als Puffer zum Bereitstellen einer bevorzugten Betriebsspannung UB
an den Bremskraftverstärker 10 ausgebildet.
Aus dem lokalen Energiespeicher 18 kann kurzfristig Energie
an den Bremskraftverstärker 10 bereitgestellt werden,
wenn die Stromanforderung des mindestens einen elektrischen Aktors
des Bremskraftverstärkers 10 größer als
der von dem Spannungswandler 32 bereitgestellte Strom ist.
Ebenso kann während
eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors der Bremskraftverstärker 10 ausschließlich durch
Entladen der auf dem lokalen Energiespeicher 18 abgespeicherten
Energie betrieben werden. Auf diese Weise lassen sich Funktionsbeeinträchtigungen
und/oder Bauteilschädigungen
durch die während
des Startvorgangs stark schwankende Bordnetzspannung UN verhindern.
Auf diese Weise ist die benötigte
Dynamik des Spannungswandlers 32 reduzierbar und der Spannungswandler 32 kleiner
dimensionierbar. Zusätzlich
kann der Spannungswandler 32 bezüglich des mittleren Leistungsbedarfs
des Bremskraftverstärkers 10 ausgelegt
werden.
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Bei
einer Beeinträchtigung
der Bordnetzenergieversorgung kann der Bremskraftverstärker 10 durch
das Steuersignal 22 aus dem Normalmodus in mindestens einen
Energiesparmodus geschaltet werden. Hinsichtlich der Möglichkeiten
zum Bereitstellen des Steuersignals 22 wird auf die vorhergehenden
Ausführungsformen
verwiesen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Bremsvorrichtung eine
integrierte Energiespeicherüberwachung,
welche dazu ausgelegt ist, einen Ausgangsstrom des Spannungswandlers 32 und
einen Eingangsstrom des Bremskraftverstärkers 10 zu ermitteln.
Aus dem Ausgangsstrom und dem Eingangsstrom des Bremskraftverstärkers 10 kann
ein Ladestrom I des lokalen Batteriespeichers 18 bestimmt
werden. Über
das Bestimmen des Ladestroms I ist eine Ladebilanz und eine Lade-Historie des
lokalen Energiespeichers 18 erstellbar. Zusätzlich kann auf
diese Weise ein Ladezustand und/oder ein Alterungszustand des lokalen
Energiespeichers 18 ermittelt werden. Durch die integrierte
Energiespeicherüberwachung
kann somit ein Spannungsabfall im Bordnetz, eine Entladung und/oder
eine Alterung des lokalen Energiespeichers 18 frühzeitig
erkannt werden. Die von der integrierten Energiespeicherüberwachung
ermittelten Informationen können anschließend zur
Fahrerwarnung, zur Modifikation der Betriebsstrategie des Bremskraftverstärkers 10, zur
Berechnung von Serviceintervallen und/oder zur Benachrichtigung
eines Servicepersonals verwendet werden. Die genaue Ausbildung der
integrierten Energiespeicherüberwachung
ist für
einen Fachmann durch den vorhergehenden Absatz nahegelegt, und wird
deshalb hier nicht weiter beschrieben. Wie der Fachmann ebenfalls
erkennen kann, können
Stromstärken
und/oder Spannung für
eine integrierte Energiespeicherüberwachung
auch an anderen Positionen der Ankoppeleinrichtung 12 erfasst
werden. Weitere Beispiele werden deshalb hier nicht genannt.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen der
Bremsvorrichtung sind nicht auf die Ausstattung der Bremsvorrichtung
mit einem einzigen lokalen Energiespeicher 18 beschränkt. Stattdessen
kann die Bremsvorrichtung auch mehrere lokale Energiespeicher 18 aufweisen,
welche beispielsweise jeweils zur Stromversorgung eines einzigen
elektrischen Aktors ausgelegt sind. Da eine derartige Ausbildung
der Bremsvorrichtung für
einen Fachmann anhand der vorhergehenden Absätze nahegelegt ist, wird hier nicht
weiter darauf eingegangen.
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In
den vorhergehenden Absätzen
wird die Erfindung anhand einer als Bremskraftverstärker 10 fungierenden
Bremsvorrichtung beschrieben. Wie der Fachmann erkennt, ist die
hier beschriebene Bremsvorrichtung jedoch nicht auf eine derartige Ausführungsform
beschränkt.
Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung auch die Funktion
einer elektrischen Vakuumpumpe und/oder einer elektrischen Parkbremse
ausführen.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Betreiben einer Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Eine über das
Verfahren betreibbare Bremsvorrichtung umfasst mindestens einen
elektrischen Aktor und eine Ankoppeleinrichtung, welche zwei Eingangs- Kontakte und zwei
Ausgangs-Kontakte aufweist. An die zwei Eingangs-Kontakte ist eine Bordnetzspannung
eines fahrzeugeigenen Bordnetzes anlegbar. Die Ankoppeleinrichtung
ist dazu ausgelegt, über
die zwei Ausgangs-Kontakte eine Betriebsspannung an den mindestens
einen angekoppelten elektrischen Aktor bereitzustellen. Die Ankoppeleinrichtung
umfasst zusätzlich
einen lokalen Energiespeicher, der über mindestens ein Koppelelement so
mit mindestens einem Eingangs-Kontakt verbunden ist, dass ein Stromfluss
zwischen dem Bordnetz und dem lokalen Energiespeicher als unidirektionaler Stromfluss
von dem Bordnetz zu dem lokalen Energiespeicher festlegbar ist.
Des Weiteren ist das mindestens eine Koppelelement so ausgelegt,
dass, sofern die Bordnetzspannung unter einer vorgegebenen Mindestspannung
liegt und/oder eine momentane Energieentnahme aus dem Bordnetz durch
mindestens eine fahrzeugeigene Komponente über einer vorgegebenen Höchstentnahme
liegt, die an den mindestens einen elektrischen Aktor bereitgestellte Betriebsspannung
aus dem lokaler Energiespeicher entladen wird. Die über das
Verfahren betriebene Bremsvorrichtung kann beispielsweise einer
der vorhergehenden Ausführungsformen
entsprechen.
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In
einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Information bezüglich eines
Fahrzeugzustands, einer Fahrsituation, einer Umgebungssituation und/oder
einer Verkehrssituation ermittelt. Eine ermittelbare Information
bezüglich
des Fahrzeugzustands ist beispielsweise ein Füllstand und/oder ein Alterungszustand
des lokalen Energiespeichers. Eine die Fahrsituation beschreibende
Größe ist z.
B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Betätigungsstärke einer
Betätigung
eines Bremseingabeelements. Als Umgebungssituation kann eine Umgebungstemperatur
erfasst werden. Unter einer Verkehrssituation ist beispielsweise
eine Verkehrsdichte zu verstehen. Als Alternative oder als Ergänzung dazu
können
selbstverständlich
auch weitere der oben genannten Informationen zum Beschreiben des Fahrzeugzustands,
der Fahrsituation, der Umgebungssituation und/oder der Verkehrssituation
ermittelt werden.
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In
einem nachfolgenden Verfahrensschritt S2 wird unter Berücksichtigung
der ermittelten Information bezüglich
des Fahrzeugzustands, der Fahrsituation, der Umgebungssituation
und/oder der Verkehrssituation überprüft, ob ein
Schalten des elektrischen Aktors aus einem Normalmodus in einen
Energiesparmodus vorteilhaft ist. Ein derartiger Schaltvorgang erfolgt,
wenn anhand der ermittelten Information bezüglich des Fahrzeugzustands,
der Fahrsituation, der Umgebungssituation und/oder der Verkehrssituation
annehmbar ist, dass auch bei einem reduzierten Energieverbrauch
eine ausreichende Funktionsfähigkeit
des mindestens einen Aktors hinsichtlich des Fahrzeugzustands, der
Fahrsituation, der Umgebungssituation und/oder der Verkehrssituation vorliegt.
Gegebenenfalls wird in dem Verfahrensschritt S2 der mindestens eine
elektrische Aktor aus dem Normalmodus in den Energiesparmodus geschaltet.