DE102009007485B4

DE102009007485B4 - Bremssystem

Info

Publication number: DE102009007485B4
Application number: DE102009007485.6A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Leslie Christopher Jackson; Brendan Wilde; Martin Pors Taylor; Dr. Leiter Ralf
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: GB0901929D0; US20090197738A1; US20090195058A1; GB2457161A; GB2457162A; US8182050B2; DE102009007484A1; DE102009007484B4; US8386144B2; GB2457160B; DE102009007486B4; GB0802212D0; GB2457162B; US8215725B2; US20090198427A1; GB2457160A; GB0901931D0; GB0901930D0; DE102009007486A1; GB2457161B

Abstract

Elektromechanisches Feststellbremssystem für ein Schwerfahrzeug, das durch druckluftbetätigte Betriebsbremsen (146a, 146b) gebremst wird, wobei das System eine EPB-ECU (164') und ein erstes elektromechanisches Feststellbremsenstellglied, das durch die EPB-ECU (164') gesteuert wird, umfasst, wobei das System weiterhin ein redundantes Teilsystem zur Betätigung einer zweiten Feststellbremse (168a', 168b') bei einem Versagen der EPB-ECU (164') oder des elektromechanischen Feststellbremsenstellglieds umfasst, wobei die EPB-ECU (164') eine Master-ECU (172') und eine Slave-ECU (172'') umfasst und wobei die Master- und die Slave-ECU (172', 172'') gemeinsam dazu konfiguriert sind, wenn kein Fehler detektiert wird, ein Ausgangssignal zu liefern und Ausgaben zu vergleichen und nur bei einer Übereinstimmung der Ausgangssignale eine Betätigung der elektromechanischen Feststellbremsen (168a', 168b') zu signalisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem.
Standardmäßige Bremssysteme für Schwerfahrzeuge, wie zum Beispiel Lastwagen, Reise- und andere Busse, enthalten druckluftbetätigte Betriebsbremsen an jedem Rad des Fahrzeugs, die eine membranartige Bremskammer umfassen, die in einen Bremse deaktiviert-Zustand vorgespannt ist, und Bremsen, die als Betriebs- und als Feststellbremse betätigt werden können, an einigen Rädern (zum Beispiel den Hinterrädern einer Schleppereinheit eines Sattelzuges und einer Anhängereinheit). Solche kombinierten Bremsen enthalten auch eine membranartige Luftkammer. Dahinter wird eine Feststellbremskammer durch eine Feder in den Feststellbremseaktiviert-Zustand vorgespannt, aber während das Fahrzeug in Bewegung ist, wird sie durch in den Zylinder eingeleitete Druckluft in der deaktivierten Position gehalten. Zur Betätigung der Feststellbremse wird die Luft abgelassen, wodurch sich die Feder ausdehnen und die Bremse betätigen kann. Solche Federspeicherbremsen halten selbst dann eine große Feststellbremskraft aufrecht, wenn die Bremsscheibe aufgrund von Kühlung schrumpft.
Es ist wünschenswert, den Feststellbremszylinder durch ein alternatives Mittel zur Betätigung der Feststellbremse zu ersetzen, das kompakter ist und die Anzahl von Bauteilen im Druckluftversorgungssystem des Fahrzeugs reduziert. Dazu sind in der vorliegenden Anmeldung mehrere alternative Feststellbremsvorrichtungen vorgeschlagen worden, die elektromechanische Mittel, wie zum Beispiel Elektromotoren, verwenden, um die Feststellbremse zu betätigen (siehe zum Beispiel die EP1596089 und EP1596090 ).
In der EP 1 531 100 A2 , der EP 949 432 A2 , der US 6 256 568 B1 , der US 4 574 927 A , der DE 10 2004 059 546 A1 , der DE 10 2007 029 632 A1 und der DE 197 17 686 A1 sind weitere Feststellbremssysteme gezeigt.
Die Anmelderin der vorliegenden Schrift hat nun erkannt, dass ein Problem bei solchen Feststellbremsen (und bei standardmäßigen Federspeicherfeststellbremsen) darin besteht, dass sie die Feststellbremse bei ihrer maximal möglichen Kraft voll betätigen, selbst wenn die besonderen Bedingungen, unter denen das Fahrzeug stationär gehalten werden soll, die Verwendung solch einer großen Kraft nicht erfordern. Dadurch werden die Bauteile der Bremse, wie zum Beispiel der Sattel, die Betätigungswelle und die Kolben, unnötig belastet, wodurch die Lebensdauer der Bremse verkürzt wird. Dieses Problem ist besonders akut bei Anwendungen, wie zum Beispiel in Bussen, bei denen die Feststellbremse zum Beispiel jedes Mal dann automatisch betätigt wird, wenn die Fahrgasttür geöffnet wird.
Ein weiteres Problem bei bekannten elektromechanischen Feststellbremsen besteht darin, dass sie unter gewissen Umständen möglicherweise nicht in der Lage sind, einer etwaigen Schrumpfung von Bremsenbauteilen, insbesondere Bremsscheiben, Rechnung zu tragen. Schrumpfung kann auftreten, wenn sich solche Bauteile abkühlen, während ein Fahrzeug geparkt ist, was einer Erwärmung folgt, die durch Verwendung der Betriebsbremse durch Reibung erzeugt wird, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist. Wenn eine ungenügende Feststellbremskraft nach dem Kühlen aufrechterhalten wird, besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug wegrollt.
Ein zusätzliches Problem besteht in der Implementierung solch eines elektromechanischen Systems, einschließlich seiner Steuerung auf sichere und kostengünstige Weise.
Die vorliegende Erfindung versucht, die Probleme des Stands der Technik zu überwinden oder zumindest zu lindern.
Ein Aspekt der Erfindung stellt ein elektromechanisches Feststellbremssystem für ein Schwerfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit.
Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die hier angehängten abhängigen Ansprüche bereitgestellt.
Im Folgenden werden rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Schemadiagramm eines bekannten Bremssystems für eine Schleppereinheit eines Schwerfahrzeugs;
2 ist ein Schemadiagramm eines Bremssystems für eine Schleppereinheit eines Schwerfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A ist ein Schemadiagramm eines Steuerkreises für das Bremssystem von 2;
3B ist ein Schemadiagramm einer Variante des Steuerkreises von 3A;
4 ist ein Schemadiagramm eines alternativen Steuersystems für das Bremssystem von 2;
4A bis 4F sind Schemadiagramme, die weitere Steuersystemlayouts zeigen;
5 und 6 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen Kraft und Zeit für verschiedene Bremssituationen zeigen;
7 ist ein Flussdiagramm, das die Funktion eines Lastschätzungsmoduls eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm zum Erhalt eines berechneten Scheibenvolumens einer Bremsscheibe;
9 und 10 sind zwei weitere Diagramme, die die Kraftänderung als Funktion der Zeit für weitere Bremsvorgänge gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
11 ist ein Schemadiagramm der Steuersystemfunktion.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein Bremssystem 10 einer Schleppereinheit 1 eines Sattelschleppers schematisch gezeigt. Das System umfasst einen Luftzufuhrteil 12, einen Betriebsbremsenteil 14, einen Feststellbremsenteil 16 und einen Anhängersteuerteil 18. Das Layout solch eines Systems ist dem Fachmann wohlbekannt, aber der Einfachheit halber werden die Hauptkomponenten unten kurz beschrieben. Die dünneren Verbindungslinien zeigen Luftverbindungen und die dickeren Verbindungslinien elektrische Verbindungen.
Der Luftzufuhrteil umfasst einen Luftverdichter 20, der mit einem Druckregler 22 verbunden ist, einen Lufttrockner 24, der seinen eigenen Regenerationsbehälter 26 aufweist, ein Vierkreis-Schutzventil 28 und drei Luftspeicher 30a, 30b und 30c, die jeweils ein zugehöriges Wasserablassventil 32a, 32b und 32c aufweisen. Die Zufuhrleitungen von den Luftspeichern 30a und 30c sind weiterhin mit einem Doppeldrucksensor 34 verbunden. Der Doppeldrucksensor 34 ermöglicht den Vergleich der Drücke in den Zufuhrleitungen von diesen beiden Speichern, um auf Probleme, wie zum Beispiel Leckagen, zu prüfen.
Des Weiteren ist ein Paar Druckschalter 36a und 36b mit den Luftleitungen von den Behältern 30a und 30c verbunden und führt einer Druckwarnlampe 30 über einen in dickeren Linien gezeigten Schaltkreis eine elektrische Ausgabe zu. Schließlich sind ein Druckschalter und eine Druckwarnlampe 39 mit der Luftzufuhrleitung zur Feststellbremse verbunden.
Der Betriebsbremsenteil 14 umfasst ein Betriebsbremsventil 40, das mit dem Bremspedal 42 des Fahrers verbunden ist, einen lastabhängigen Bremskraftmesser 44, Betriebsbremsenzylinder 46a und 46b für die mit der Vorderachse der Schleppereinheit 1 verbundenen Bremsen, und Betriebsbremsenteile 48a und 48b kombinierter Feststell- und Betriebsbremsenzylinder 50a und 50b, die mit der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden sind.
Feststellbremsenteil 16 umfasst ein Feststellbremsventil 52, das mit einem Feststellbremshebel 54 verbunden ist, der von dem Fahrer bedient werden kann, um die Feststellbremse zu betätigen. Das Feststellbremsventil 52 ist über ein Relaisventil 56 mit einem Überlastschutz zu einem Rückschlagventil 58 und mit Federspeicherfeststellbremsenteilen 60a und 60b der kombinierten Feststeil- und Betriebsbremszylinder 50a und 50b verbunden.
Der Anhängersteuerteil 18 umfasst ein Anhängersteuerventil 62 und Verbindungen zur Verbindung von Anhängerluftleitungen damit. Dies würde natürlich bei Schwerfahrzeugen, die keinen Anhänger ziehen, wie zum Beispiel Busse, weggelassen werden.
Auf 2 Bezug nehmend, wird ein Bremssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei Teile, die jenen von 1 ähneln, mit einer um 100 erhöhten Bezugszahl bezeichnet werden. Nur jene Teile, die sich von 1 unterscheiden, werden unten ausführlich besprochen.
In 2 ist zu sehen, dass der Luftzufuhrteil 112 gegenüber 1 im Wesentlichen unverändert ist, außer dass es kein Äquivalent zu dem Luftspeicher 30b und dem entsprechenden Wasserablassventil 32b gibt. Ebenso ist der Betriebsbremsenteil 114 ähnlich, außer dass das Betriebsbremsventil 140 ein zusätzliches elektrisches Ventilstellglied 166 aufweist, das unten ausführlicher beschrieben wird. Aufgrund des Verzichts auf einen Luftspeicher kann ein kleinerer Verdichter 120 vorgesehen werden.
Der Feststellbremsenteil 116 ist hingegen grundlegend geändert. Der Feststellbremsenteil 116 verwendet nicht mehr irgendeine Form von Druckluft von dem Luftzufuhrteil 112 und arbeitet nun rein elektromechanisch. Im Herzen des Teils 116 befindet sich ein EPB-ECU-Modul, im Folgenden als EPB-ECU 164 bezeichnet (EPB – electric parking brake, elektrische Feststellbremse, ECU – electronic control unit, elektronische Steuereinheit), das in 3A näher gezeigt wird. Die EPB-ECU ist an dem Betriebsbremsventil 140 mit dem Betriebsbremsventilstellglied 166 verbunden, wie oben besprochen, und an dem Anhängersteuerventil 162 mit einem Ventilstellglied 167, so dass elektrische Signale davon diese Ventile als Reaktion auf Signale von der EPB-ECU 164 öffnen und schließen können. Infolgedessen kann die EPB-ECU auch die Betriebsbremse und die Feststellbremsen eines Anhängers (nicht gezeigt) betätigen, wenn er mit der Schleppereinheit 101 verbunden ist. Anhängerfeststellbremsen würden normalerweise unabhängig von der Verwendung elektromechanischer Feststellbremsen an der Schleppereinheit standardmäßige Federspeicherbremsen sein.
Darüber hinaus weist die EPB-ECU 164 Ausgaben an elektromechanische Feststellbremsen 168a und 168b für jedes Hinterrad der Schleppereinheit auf. Die EPB-ECU 164 empfangt eine Eingabe von einem Feststellbremshebel 170, der in einer Kabine der Schleppereinheit 101 montiert ist. Einige oder alle diese Verbindungen können über einen CAN-Bus (CAN – Controller Area Network, Controller-Netzwerk), der im Fahrzeug vorgesehen ist, oder durch direkte Verdrahtung oder durch irgendeine andere Kommunikationsart (zum Beispiel eine Nahbereichsfunkverbindung) vorgesehen werden.
3A zeigt eine Ausführungsform der EPB-ECU 164, die eine einzelne ECU 172 umfasst, die ihre Energie von einer einzelnen 12V-Batterie 174a einer zwei Batterien aufweisenden Energieversorgung bezieht, die weiterhin eine zweite Batterie 174b umfasst. Die ECU 172 empfangt Fahrerbedarfseingaben von einem Feststellbremshebel 170 und einen ”Rückrollsperr”-Knopf 186. Weiterhin empfangt die ECU Eingaben über den CAN-Bus 173 von den folgenden Sensoren: einem Bremspedalschalter 188, einem Neigungsmesser 190, einem Sensor an dem lastabhängigen Bremskraftmesser 192, einem Zündschaltersensor 193, einem Umgebungstemperatursensor 194 (der in der Regel in Klimaanlagen vorgesehen ist), einem Sitzgurtsensor 195, einem Motordrehmomentsensor 196, einem Bremsdrehmomentsensor, einem Retarder-Drehmomentsensor 198 und Raddrehzahlsensoren 199 (von dem ABS/EBD-System des Fahrzeugs). Bei einigen Ausführungsformen kann der Neigungsmesser 190 Teil der EPB-ECU 164 sein.
Die ECU 172 hat Ausgaben zu dem ersten und dem zweiten Motor 176a und 176b der elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b an der Hinterachse der Schleppereinheit. Die Feststellbremsen sind an Klemmscheiben 169a und 169b angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen können die Feststellbremsen 168a und 168b an der Vorderachse des Fahrzeugs vorgesehen sein. Bei dieser Konfiguration kann die Feststellbremse bei einem Versagen der Luftzufuhr zur Betriebsbremse als Hilfsbremse dienen, wodurch die Anforderungen der ECE 13 (”einheitliche Bestimmungen hinsichtlich der Zulassung von Fahrzeugen der Kategorien M, N und O bezüglich Bremsung”) erfüllt werden.
Die ECU 172 hat eine weitere Ausgabe an das Ventilstellglied 166 für das Betriebsbremsventil 140 und das Ventilstellglied 167 für das Anhängersteuerventil 162. Darüber hinaus hat sie die folgenden Ausgaben zur Anzeige ihres Status an den Fahrer: ein Ausfalllicht 178, eine Aktivitätslampe 180, einen akustischen Warnsummer 182 und eine Bedarfsschalterlampe 184. Die ECU 172 ist dazu programmiert, die Feststell- und/oder Betriebsbremse als Reaktion auf Eingaben von dem Feststellbremshebel und verschiedenen im Fahrzeug vorgesehenen Sensoren gemäß verschiedenen Algorithmen zu betätigen, wie unten angeführt.
Es ist jedoch nur wünschenswert, das System von 2 und 3A nur dann zu verwenden, wenn ein alternatives Reservemittel für die Feststellbremsfunktion zur Verfügung steht, wie zum Beispiel eine geeignete Getriebeverriegelung oder die Federspeicherbremsen an der anderen Achse (oder in einigen Fällen der gleichen Achse), da es in der EPB-ECU 164 selbst keine Redundanz gibt, sollte eine Fehlfunktion auftreten.
3B zeigt eine Variante des Systems von 3A, bei der eine einzelne ECU 172a die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b an einer Vorderachse eines Fahrzeugs und die elektromechanischen Feststellbremsen 168c und 168d an der Hinterachse eines Fahrzeugs steuert. Die Feststellbremsen 168a und 168b werden direkt auf gleiche Weise wie in 3A gesteuert.
Die Feststellbremsen 168c und 168d an der Hinterachse werden jedoch durch ”intelligente” Stellglieder gesteuert, die ihre eigenen lokalen Steuerungen 175a und 175b auf einem getrennten Kanal der ECU 172a mit ihrer eigenen Energieversorgung enthalten. Die lokalen Steuerungen 175a und 175b enthalten die erforderliche EPB-Logik und/oder können eine Rückkopplung über die erreichte Klemm- oder Federkraft und eines Fehlerzustands zur Master-/Slave-Steuerung bereitstellen. Die Verbindung dieses zweiten Kanals kann über einen CAN- oder private-Bus erfolgen.
Infolgedessen wird die Energieversorgung der Stellgliedmotoren 176c und 176d durch die Steuerungen 175a und 175b gesteuert.
Die Steuerungen 175a und 175b sind des Weiteren über den CAN-/private-Bus mit einer (nicht gezeigten) Getriebesteuerung des Fahrzeugs verbunden. Wenn die ECU 172a versagt, übernimmt die Getriebesteuerung die Steuerung der Feststellbremsen 168c und 168d und kann somit eine ”Versagensminderungs”-Notfunktion an einer der beiden Achsen bereitstellen.
Eine alternative EPB-ECU 164' wird in 4 gezeigt, bei der eine Master-ECU 172' mit den gleichen zugeordneten Komponenten (die alle wie in 3A bezeichnet sind, aber ein Suffix' aufweisen) mit einer weiteren Slave-ECU 172'' versehen ist, wieder mit identischen zugeordneten Komponenten (die in diesem Fall wie in 3 bezeichnet sind, aber das Suffix'' aufweisen). Die Master-ECU 172' ist mit den Motoren 176a' und 176b' an der Vorderachse des Fahrzeugs 101 verbunden, während die Slave-ECU 172'' mit den Feststellbremsenmotoren 176a'' und 176b'' an einer Hinterachse des Fahrzeugs 101 verbunden ist (oder umgekehrt bei anderen Ausführungsformen). Bestimmte Komponenten, die in 3 gezeigt werden, sind der Übersicht halber in 4 nicht dargestellt, aber nichtsdestotrotz vorhanden.
Die Master-ECU 172' ist unabhängig von der Slave-ECU 172'' mit dem CAN-Bus verbunden. Die Slave-ECU ist mit der zweiten Batterie 174b verbunden. Beide ECUs sind identisch programmiert. Bei Normalbetrieb, nur wenn sowohl die Master- als auch die Slave-ECU 172' und 172'' eine Fahreranforderung von dem Feststellbremshebel 170 oder andere Eingaben über den CAN-Bus erfassen, und nach positiver Übereinstimmung ihrer Ausgaben werden die geeigneten Signale zu den Feststellbremsenmotoren 176a', 176b', 176a'', 176b'', dem Anhängersteuerventilstellglied 167 und dem Feststellbremsventilstellglied 166 gesendet. Die EPB-ECU ist so konfiguriert, dass nur, wenn eine CAN-Bus-Verbindung versagt oder eine Batterie versagt, die funktionierende ECU alleine eine Feststellbremsenbetätigung auf einer einzelnen Achse signalisiert (wenn auch mit einer reduzierten Fähigkeit, das Fahrzeug zu halten). Infolgedessen kann die EPB-ECU 164' von 4 als ”versagensmindernd” bezeichnet werden.
Die 4A bis 4F zeigen weitere Variationen des Steuersystemlayouts, die verschiedene Grade an Fehlertoleranz im Falle von Systemfehlfunktionen bereitstellen. Wann immer möglich, werden gleiche Teile mit den gleichen Zahlen wie in den 3A bis 4, aber mit dem Präfix '5' statt '1' bezeichnet. Die intelligente Feststellbremsensteuerung und/oder Getriebesteuerung und/oder EBS-Steuerung können die oben besprochene EPB-ECU bilden und Eingaben von einigen oder allen der oben unter Bezugnahme auf die 3A bis 4 besprochenen Sensoren und einige oder alle der Ausgaben, um den Status des oben in den 3A bis 4 besprochenen Systems anzuzeigen, empfangen.
In 4A sind die Feststellbremsen 569a und 569b mit EPB-Stellgliedern versehen, wobei 576a und 576b ”intelligente” EPB-Stellgliedsteuerungen 575a und 575b enthalten. Jede Steuerung wird über Energieverbindungen 583 von getrennten Batterien 574a und 574b gespeist. Eine Getriebesteuerung 577 eines Getriebes 579 wird auch von einer ersten Batterie 574a gespeist.
Das Getriebe ist mit einem Schalthebel 553 verbunden. Der Schalthebel 553 ist so konfiguriert, dass er als eine Reserve-Feststellbremsenanforderungseingabe fungieren kann. Dies wird durch eine vorbestimmte Schalthebelposition (wahlweise in Verbindung mit einer Eingabe von einem Zündschalter) erreicht, die als eine Feststellbremsenanforderung interpretiert wird. Zum Beispiel kann es eine spezifische Position ”Parkstellung” geben. Als Alternative dazu können erster Gang plus Zündung aus und/oder Leerlauf plus Zündung aus als eine Feststellbremsenanforderung interpretiert werden. Eine EBS-Steuerung 587 wird durch die zweite Batterie 574b gespeist.
Ein private-CAN-Bus 573 ermöglicht es der Getriebesteuerung, mit der ersten EPB-Stellgliedsteuerung 575a zu kommunizieren, und ein weiterer private-CAN-Bus ermöglicht es der EBS-Steuerung 587 mit dem zweiten EPB-Stellglied 575b zu kommunizieren. Die EBS-Steuerung 587 ist durch eine Verbindung 581 mit einem ”intelligenten” Feststellbremsenbedarfschalter 554, der eine intelligente Feststellbremsensteuerung 555 enthält, fest verdrahtet.
HS-CAN-Busse 571 (HS – high speed, Hochgeschwindigkeits-)ermöglichen es der Getriebesteuerung 577 und der EBS-Steuerung 587, einer Anzeige 585 in der Fahrzeugkabine zu signalisieren, geeignete Statusangaben anzuzeigen.
Bei dieser Ausführungsform wirkt die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 bei Normalbetrieb als die ”Master”-ECU. Als Alternative dazu kann die EBS-Steuerung 587 als die Master-ECU wirken. Entweder die EBS-Steuerung 587 oder die Getriebesteuerung 577 können bei Normalbetrieb als eine Slave-ECU wirken, aber zum Master werden, wenn die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 oder der Bedarfsschalter 554 versagt.

Der Grad an Fehlertoleranz wird durch das in nachfolgender Tabelle dargestellte System bestimmt.

Fehler	Anzahl betriebsfähiger EPB-Stellglieder
Erste Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Erste/zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (Kurzschluss)	1
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu allen ECUS)	1
HS-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Private-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
Private-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Master-ECU-Versagen (intelligenter EPB-Schalter oder EBS)	1
Slave-ECU-Versagen (EBS oder Getriebe)	1
Stellgliedversagen	1

Außer bei einem kompletten Versagen der Energieversorgung bleibt somit mindestens ein EPB-Stellglied betriebsfähig, um eine Feststellbremsfunktion bereitzustellen.
Des Weiteren ist es wichtig anzumerken, dass durch Vorsehen mehrerer Feststellbremsenanforderungseingaben das Versagen zum Beispiel des Feststellbremsenbedarfsschalters 554 selbst sowie der zugehörigen Steuerung 555 den Fahrer nicht daran hindert, einer funktionierenden ECU das Erfordernis einer Feststellbremsenbedienung anzuzeigen. Dies kann durch Verwendung des Schalthebels 553 als Reserve-Anforderungseingabe implementiert werden, ohne dass dadurch die Kosten wesentlich erhöht werden.
4B zeigt eine Variante des in 4A dargestellten Systems. Bei dieser Ausführungsform ist der EPB-Schalter nicht länger mit der EBS-Steuerung 587 fest verdrahtet. Er ist hingegen durch den HS-CAN 571 mit der Anzeige 585 und durch einen private-CAN mit der ersten intelligenten EPB-Steuerung 575a verbunden. Die EBS-Steuerung 587 ist nicht länger mit der zweiten intelligenten EPB-Steuerung 575b verbunden. Die Getriebesteuerung 577 ist stattdessen über einen private-CAN verbunden.
Bei dieser Ausführungsform kann entweder die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 oder die EBS-Steuerung 587 die Master-ECU sein. Entweder die EBS-Steuerung 587 oder die Getriebesteuerung 577 können die Slave-ECU sein.

Der Grad an Fehlertoleranz, der durch das System von 4B bestimmt wird, ähnelt dem von 4A, wie in der Tabelle unten dargestellt.

Die Ausführungsform von 4C ähnelt 4B, außer dass die Energieversorgungsleitungen 583 von der ersten und der zweiten Batterie verbunden statt unabhängig sind. Dioden 557 sind in den Leitungen 583 enthalten, um für einen gewissen Schutz gegen Kurzschlüsse oder andere Versagen der Batterien zu sorgen. Der Kompromiss dieser Anordnung ist weniger Toleranz gegenüber Fehlern in den Versorgungskabeln. Somit hängt ihre Erwünschtheit davon ab, ob Batterie- oder Versorgungskabelversagen als das größere Risiko angesehen wird.

Der dadurch bestimmte Grad an Fehlertoleranz wird in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.

Fehler	Anzahl betriebsfähiger EPB-Stellglieder
Erste Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Erste/zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (Kurzschluss)	1
Energieversorgung (Kurzschluss in Versorgungskopplung)	0
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu allen ECUs)	1
HS-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Private-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
Private-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Master-ECU-Versagen (intelligenter EPB-Schalter oder EBS)	1
Slave-ECU-Versagen (EBS oder Getriebe)	1
Stellgliedversagen	1

Die Ausführungsform von 4D verwendet einen Buskoppler 559 in Form eines normalerweise geschlossenen Relais an der intelligenten Feststellbremsensteuerung 555, um Energie zwischen der intelligenten Feststellbremsensteuerung 555 und der Getriebesteuerung 577 zu teilen. Des Weiteren verbindet der Koppler den private-CAN 573 zwischen den beiden intelligenten EPB-Steuerungen 575a und 575b und zwischen der intelligenten Feststellbremsensteuerung 555 und der Getriebesteuerung 577. Vorausgesetzt entweder die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 oder die Getriebesteuerung haben Energie, wird das Relais 559 geöffnet gehalten (und sie können ihre verbundenen Stellglieder durch Verwendung des HS-CAN 571 über die Anzeige 585 bedienen). Wenn die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 versagt, aber die linke Energieversorgung intakt bleibt, schließt das Relais 559 und beide Stellglieder 576a und 576b sind über die Getriebesteuerung 577 betriebsfähig. Wenn die Getriebesteuerung 577 versagt, schließt das Relais 559 und die andere Stellgliedsteuerung wird von der intelligenten Feststellbremsensteuerung 555 übernommen. Die Anordnung von 4D schützt auch gegen Versagen im private-CAN – ein Beschädigungsfall bewirkt nur, dass ein Stellglied 576a oder 576b außer Betrieb ist.

Infolgedessen ist es möglich, dass beide Feststellbremsenstellglieder bei mehreren potentiellen Fehlern betriebsfähig bleiben, wie in der Tabelle unten angeführt.

Fehler	Anzahl betriebsfähiger EPB-Stellglieder
Erste Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	1
Erste/zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (Kurzschluss)	1
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	2
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu allen ECUS)	2
HS-CAN-Versagen (Kurzschluss)	2
Private-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
Private-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Master-ECU-Versagen (intelligenter EPB-Schalter oder EBS)	2
Slave-ECU-Versagen (EBS oder Getriebe)	2
Stellgliedversagen	1

In 4E ist das Layout eine Kombination der Merkmale der 4C und 4E, außer dass die Energieversorgungsverbindung durch eine festverdrahtete Verbindung 581 zwischen der intelligenten Feststellbremsensteuerung 555 und der Getriebesteuerung 577 ersetzt ist. Dadurch können beide EPB-Stellglieder über einen noch größeren Bereich von potentiellen Fehlern betriebsfähig bleiben, wie in der nachfolgenden Tabelle angeführt.

Insbesondere können in 4E sowohl die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 als auch die Getriebesteuerung 577 bei Auftritt einer Reihe von Versagen nun aktiv die Steuerung des Stellglieds 576a/576b übernehmen, das sie normalerweise nicht steuern würden. Die Energieversorgung beider Stellglieder 576a/576b wird weithin gewährleistet, wobei nur ein Masseschluss in der Stromleitung zu einem vollständigen Systemversagen führen würde.

Fehler	Anzahl betriebsfähiger EPB-Stellglieder
Erste Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	2
Zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	2
Erste/zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (Kurzschluss)	2
Energieversorgung (Kurzschluss in Versorgungskopplung)	0
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	2
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu allen ECUs)	2
HS-CAN-Versagen (Kurzschluss)	2
Private-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
Private-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Master-ECU-Versagen (intelligenter EPB-Schalter oder EBS)	2
Slave-ECU-Versagen (EBS oder Getriebe)	2
Stellgliedversagen	1

4F stellt einen noch größeren Grad an Redundanz in dem System bereit, indem ein aktiver Energieversorgungskoppler 561 bereitgestellt wird, der es ermöglicht, dass eine einzige Batterie 574a oder 574b sämtliche der kritischen Systemkomponenten bei einem Versagen der anderen Batterie speist, so dass mindestens ein Stellglied 576a/576b betriebsfähig bleibt. Der Versorgungskoppler 561 wird geöffnet gehalten, wenn das System normal funktioniert, ist aber so konfiguriert, dass er entweder durch die intelligente Feststellbremsensteuerung 555 oder die Getriebesteuerung 577 geschlossen werden kann, wenn dem Teil des Systems, der normalerweise durch eine der Batterien gespeist wird, keine Energie zur Verfügung steht, um Energie zu der Seite wiederherzustellen. Bei dieser Anordnung wird somit ein gewisser Grad an Feststellfunktion (mit mindestens einem Stellglied) für alle potentiellen Fehler, die in der Tabelle unten aufgelistet sind, beibehalten.

Fehler	Anzahl betriebsfähiger EPB-Stellglieder
Erste Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	2
Zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (offener Stromkreis)	2
Erste/zweite Batterie oder Energieversorgung fehlerhaft (Kurzschluss)	2
Energieversorgung (Kurzschluss in Versorgungskopplung)	1
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	2
HS-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu allen ECUS)	2
HS-CAN-Versagen (Kurzschluss)	2
Private-CAN-Versagen (offener Stromkreis zu einer ECU)	1
Private-CAN-Versagen (Kurzschluss)	1
Master-ECU-Versagen (intelligenter EPB-Schalter oder EBS)	2
Slave-ECU-Versagen (EBS oder Getriebe)	2
Stellgliedversagen	1

Die Steuersysteme der 4A bis 4F ermöglichen einem EPB-System, das eine Getriebesteuerung 577 als eine Slave-ECU verwendet, bei einem Versagen des gewöhnlichen Masters die Master-ECU zu werden, um die ECE-Regelung 13 zu erfüllen. Ohne solch ein Versagensminderungssystem würde die Verwendung der Getriebesteuerung als Ersatz für die Feststellbremse in Lastwagen diese Regelung nicht erfüllen. Dies liegt daran, dass eine zweite Versagensminderungs-Slave-Steuerung alleine nicht ausreichend ist; die Kommunikation, die Energieversorgung und die Anforderungseingaben müssen auch versagensmindernd sein. Die oben beschriebenen verschiedenen Systemlayouts ermöglichen es, eine Wahl zu treffen, welche potentiellen Versagen durch das System toleriert werden können, was gegen die Kosten für solch ein System aufgewogen wird.
Die elektromechanischen Feststellbremsen 168a, 168b und 568a, 568b können eine relativ langsame Reaktion aufweisen, da es zur Erzeugung einer ausreichenden Bremskraft mit einem Motor mit ausreichend kleiner Größe und geringem Gewicht erforderlich ist, dass die Ausgabe aus dem Motor durch ein Untersetzungsgetriebesystem geleitet wird. Unter normalen Betriebsbedingungen wird somit die EPB-ECU 164 oder 164' normalerweise so programmiert, dass sie das Betriebsbremsenstellglied über das Ventilstellglied 166 betätigt, um eine schnelle Bremsenbetätigung bei Empfang eines Fahreranforderungssignals von dem Feststellbremshebel 170 zu ermöglichen. Dann erfolgt eine Signalisierung der elektromechanischen Feststellbremsen 168a, 168b für das längere Halten des Fahrzeugs.
Des Weiteren kann das System mit einer zusätzlichen ”Rückrollsperr”-Funktion versehen sein. Ein (nicht gezeigter) bestimmter ”Rückrollsperr”-Knopf kann für den Fahrer vorgesehen sein, zum Beispiel am Feststellbremshebel. Damit das Sperren bzw. Halten funktioniert, muss der Fahrzeugmotor laufen, der Fahrer muss in seinem Sitz sitzen (wie zum Beispiel durch einen Sitzgurtsensor erfasst), das Fahrzeug muss sich im Stillstand befinden und die Zündung muss eingeschaltet sein. Die Funktion kann dazu verwendet werden, den Fahrer zu unterstützen, an einer Neigung anzufahren, ohne rückwärts zu rollen, oder als Vorstufe zu einer vollen Feststellbremsenbetätigung. Bei einigen alternativen Implementierungen kann das Halten automatisch betätigt werden, wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, und automatisch freigegeben werden, wenn der Fahrer anfährt (”Startfunktion”), ohne dass der Fahrer auf einen Knopf drücken muss. Des Weiteren kann die EPB-ECU so konfiguriert sein, dass die Dauer der Rückrollsperr-Funktion abläuft, nachdem sie für eine vorbestimmte Zeitdauer betätigt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die volle Feststellbremse betätigt.
Die EPB-ECU 164 oder 164' kann bei bestimmten Ausführungsformen auch zur Steuerung der Funktion einer (nicht gezeigten) Differentialsperre konfiguriert sein. Neben der Tatsache, dass eine Differentialsperre einem Fahrzeug ermöglicht, eine bessere Traktion aufzuweisen, wobei ein Rad an einer Achse eine verbesserte Haftung hat und ein anderes nicht, ermöglicht sie eine Übertragung des Bremsdrehmoments eines funktionierenden Feststellbremsenstellglieds auf ein Rad an der gleichen Achse, dessen entsprechendes Feststellbremsenstellglied versagt hat.
Des Weiteren können an Fahrzeugen mit vier oder mehr angetriebenen Rädern zusätzliche Differentialsperren vorgesehen sein, so dass das Bremsdrehmoment von funktionierenden Stellgliedern an allen angetriebenen Rädern auf das Rad mit dem nicht funktionierenden Stellglied übertragen werden kann. Somit verbessert solch eine Anordnung die Ausfallsicherheit des Systems.
Dies wird vorteilhafterweise durch die EPB-ECU statt zum Beispiel durch das EBS-System des Fahrzeugs implementiert. EBS-Systeme werden normalerweise auf ASIL C (ASIL – Automotive Safety Integrity Level, Auto-Sicherheitsanforderungsstufe) eingestuft, während die EPB-ECU ASIL-D-fähig ist (wie durch ISO WD 26262 definiert, bietet Stufe D die höchste Stufe der Risikoverminderung, während Stufe C eine Stufe darunter liegt). Die sicherheitskritische Beschaffenheit der Differentialsperre bedeutet, dass es wünschenswert ist, dass sie eine ASIL-D-Steuerung besitzt. Des Weiteren weist die EPB-ECU bereits die Funktionalität auf, Fahrzeuggeschwindigkeit zu überwachen, um zu gewährleisten, dass die Differentialsperre nur bei niedrigen Geschwindigkeiten (zum Beispiel < 7 km/h) aktiviert wird.
Typische Bremsbetätigungsszenarien werden in den 5 und 6 näher gezeigt.
In 5 entspricht die Kraftaufbringung 210 dem Drücken des ”Rückrollsperr”-Schalters 186 in der Kabine durch den Fahrer zum Zeitpunkt 211. Somit signalisiert die EPB-ECU 164 eine Betätigung der Betriebsbremsendruckluftzylinder 146a und 146b über das Ventilstellglied 166, und es wird eine Bremskraft F_H erreicht. Wenn der Fahrer dann anfahren möchte, gibt er den Feststellbremshebel 170 frei oder verwendet die Startfunktion, falls vorhanden, und die Betriebsbremse wird freigegeben. Die EPB-ECU ist so programmiert, dass sie Rückrollsperrung nur dann gestattet, wenn die Zündung eingeschaltet ist (Zündschaltersensor 193) und der Fahrer in seinem Sitz sitzt (Sitzgurtschalter 195). Wenn eine dieser beiden Bedingungen nicht mehr erfüllt ist, signalisiert die EPB-ECU die Betätigung der Betriebsbremsen 168a und 168b.
Die Kraftaufbringung 212 zeigt eine Haltephase, die durch den Fahrer zum Zeitpunkt 214 initiiert wird, indem er den Feststellbremshebel 170 zum Zeitpunkt 214 betätigt. Zum Zeitpunkt 216 ist die Haltephase abgelaufen und die elektrische Betätigung fangt an, die Klemmkraft nur elektromechanisch aufzubauen. Dieser Vorgang kann jedoch als Alternative auch automatisch ablaufen, so dass, wenn der Fahrer den ”Rückrollsperr”-Schalter 186 betätigt und das Fahrzeug zum Halten kommt, das Signal an die EPB-ECU 164 zunächst die Haltephase auslöst, woran sich eine Zeitspanne danach die Parkphase gemäß der Logik der EPB-ECU 164 anschließt. Bei anderen Ausführungsformen wird die Kraft, um von Halten F_H auf Parken F zu gehen, möglicherweise nur durch die Betriebsbremsen 146a oder durch die Betriebsbremse und die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b zusammen angelegt. Dadurch wird die von der elektromechanischen Feststellbremse erforderliche Energiemenge verringert.
Nach Erreichen der erforderlichen Feststellbremskraft werden die Betriebsbremsen 146a und 146b freigegeben und das Fahrzeug wird allein durch die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b gehalten. Die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b sind so konfiguriert, dass sie selbstverriegelnd sind und keine Energie erforderlich ist, um die Feststellbremskraft zu halten.
Zum Zeitpunkt 218 gibt der Fahrer den Feststellbremshebel 170 frei oder verwendet die Startfunktion, wodurch bewirkt wird, dass die EPB-ECU 164 die Rücksteuerung der elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b signalisiert, wodurch die Feststellbremse freigegeben und ein Abfahren des Fahrzeugs ermöglicht wird. Die dritte Kraftaufbringung 220 zeigt ein Szenario, in dem das Luftversorgungssystem am Fahrzeug versagt hat. In diesem Fall bleibt das elektrische System betriebsfähig und es ist immer noch möglich, das Fahrzeug durch Betätigung der elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b sicher zu parken. Zum Zeitpunkt 222 betätigt der Fahrer den Feststellbremshebel 170, und die EPB-ECU 164 folgt nach Signalisierung, dass das Druckluftsystem nicht funktioniert, über den CAN-Bus 173 einem alternativen Prozess für dieses Szenario, wodurch allein die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b betätigt werden. Wie durch die Steigung der Kraftlinie zu sehen, dauert die volle Betätigung der Feststellbremsen ohne die Unterstützung der Betriebsbremsen 146a und 146b langer, aber es wird letztendlich trotzdem die gleiche Bremskraft F_P erreicht und das Fahrzeug kann sicher geparkt werden.
6 zeigt ein weiteres Bremsszenario, in dem der Anfangsteil der Kraftaufwendung 224 größtenteils der Kraftaufwendung 212 entspricht. In diesem Szenario ist das Fahrzeug an einem Hügel geparkt und der Fahrer hat Unterstützung von dem ”Rückrollsperr”-System angefordert. Zum Zeitpunkt 225 kommt das Fahrzeug zum Stillstand. Als Alternative dazu kann die ECU 164 so programmiert sein, dass nach Anhalten des Fahrzeugs zum Zeitpunkt 225 die Rückrollsperre automatisch betätigt wird. Dadurch werden die Betriebsbremsen 146a und 146b betätigt. Zum Zeitpunkt 226 bewirkt das Ablaufen oder der seinen Sitz verlassende Fahrer, dass die elektromechanischen Stellglieder zum Parken einrücken. Zum Zeitpunkt 228 gibt der Fahrer dann den Feststellbremshebel 170 frei, wodurch die Betriebsbremsen 146a und 146b erneut in die Haltekraftposition und anschließend die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b zur Verringerung der Haltekraft F_H betätigt werden. Der Fahrer kann dann zum Zeitpunkt 230 anfahren, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug nach hinten rollt, indem die Fahrstellung eingelegt oder die Rückrollsperre freigegeben wird.
7 zeigt einen Algorithmus, dem die EPB-ECU folgt und durch den die Haltekraft FH und die Parkkraft F_P durch Schätzung der Last oder des Gewichts des Fahrzeugs 101 eingestellt werden können.
Es gibt verschiedene Art und Weisen, wie das Gewicht des Fahrzeugs geschätzt werden kann, ohne dass eine große Anzahl zusätzlicher Sensoren mit am Fahrzeug aufgenommen werden muss. In Schritt 310 ermittelt die EPB-ECU 164, ob das Fahrzeug mit weniger als 10 km pro Stunde fährt (durch Verwendung von Signalen von den Raddrehzahlsensoren 199). Ist dies der Fall, dann ermittelt sie in Schritt 312, ob das Fahrzeug beschleunigt (wieder durch Verwendung der Raddrehzahlsensoren), und ist dies der Fall, dann ermittelt sie die Last des Fahrzeugs in Schritt 314 durch Vergleichen von Werten für das Motordrehmoment (vom Drehmomentsensor 196 ermittelt), erreichte Beschleunigung und Neigung (durch Verwendung des Neigungsmessers 190), um den Wert Last_A abzuleiten. Je geringer die Beschleunigung für ein gegebenes Drehmoment, desto größer das Fahrzeuggewicht.
Wenn das Fahrzeug in Schritt 310 mit mehr als 10 km pro Stunde führt, oder in Schritt 312 nicht beschleunigt, ermittelt die EPB-ECU 164 in Schritt 316 anhand des Bremspedalschalters 188, ob das Fahrzeug bremst. Ist dies nicht der Fall, ermittelt die EPB-ECU 164 in Schritt 318, ob Luftdruck zur Verfügung steht, und leitet, wenn dies der Fall ist, durch Verwendung von Daten von einem lastabhängigen Bremskraftmesssensor 192 oder von einem Sensor, der Luftdruck im (nicht gezeigten) Luftfedersystem misst, Last ab.
Wenn die EPB-ECU 164 in Schritt 316 ermittelt, dass kein Bremsen vorliegt, und in Schritt 318 kein Luftdruck zur Verfügung steht, wird die Last in Schritt 328 auf Last_MAX eingestellt (das heißt auf das maximale Fahrzeugbruttogewicht). Wenn in Schritt 316 Bremsen vorliegt, wird aus der Wertesumme, die für das Bremsdrehmoment von dem Sensor 197, das Retarderdrehmoment vom Sensor 198 und die Motorbremsung vom Motordrehmomentsensor 196 in Verbindung mit der Verzögerung von den Raddrehzahlsensoren 199 und dem Neigungsmesser 190 in Schritt 322 erhalten wird, ein weiterer Wert für das Gewicht Last_B ermittelt.
Danach ermittelt die EPB-ECU 164 in Schritt 324, welche der Lasten Last_A, Last_S und Last_B die größte ist. In ihren nachfolgenden Berechnungen verwendet sie aus Sicherheitsgründen den größten Wert. Dieser Vorgang kann periodisch durchgeführt werden und sammelt Werte, die aus den Schritten 314, 320 und 322 ermittelt worden sind, in einem bestimmten vorbestimmten Zeitraum, um die Genauigkeit der Lastschätzung zu verbessern. Da sich das Gewicht bestimmter Fahrzeuge (zum Beispiel Straßensalzstreuwagen oder Müllwagen) während des Fahrens ändert, darf die Validitätszeitspanne irgendeines bestimmten berechneten Anzeigewerts nicht zu lange sein. Die Frequenz, mit der Schritt 324 durchgeführt wird, und die Validitätszeitspanne hängen von der Fahrzeuganwendung ab, wobei die oben genannten Straßensalzstreuwagen und Müllwagen eine höhere Frequenz und kleinere Validitätszeitspannen benötigen als standardmäßige Transport-/Linienverkehrsfahrzeuge.
Wenn aus den Schritten 314, 320 und 322 mehrere Werte für das Gewicht zur Verfügung stehen, dann kann in Schritt 326 die Validität dieser Gewichtsberechnungen bestimmt werden, indem die berechneten Lasten gemittelt werden und überprüft wird, ob irgendeine davon um mehr als einen vorbestimmten Fehlerwert ΔX von diesem Mittelwert abweicht. Wenn die Lastanzeigewerte als nicht gültig angesehen werden, weil die Abweichung zu groß ist, dann kann die Lastschätzung für das größte Sicherheitsmaß stattdessen auf einen Standardwert für das maximale Fahrzeugbruttogewicht zurückgesetzt werden.
Nach der Schätzung der Last kann dieser Wert dann in Verbindung mit Signalen vom Neigungsmesser 190 verwendet werden, um einen Satz von Werten bereitzustellen, der von der EPB-ECU 164 verwendet werden kann, um die zum sicheren Halten oder Parken des Fahrzeugs erforderliche Kraft zu bestimmen, weil schwerere Fahrzeuge und steilere Neigungen eine größere Haltekraft von der Feststellbremse erfordern. Darüber hinaus ist das Gewicht oder die Last ein wichtiger Wert für die Verwendung in anschließenden Berechnungen, um Bremsenbauteiltemperaturen zu schätzen.
Beim Schätzen der Temperatur eines Bremsenbauteils, insbesondere der Bremsscheiben 169a und 169b, ist es wünschenswert, das Volumen der Scheibe zu ermitteln, denn je kleiner das Volumen der Scheibe, desto stärker wird sie sich bei einer gegebenen Energiemenge, mit der sie durch den Bremsvorgang beaufschlagt wird, erwärmen. Dies ist besonders bei Bremsen von Schwerfahrzeugen maßgeblich, da eine Bremsscheibe über ihre Lebensdauer mit ihrem Verschleiß ungefähr 6 Kilogramm Masse verlieren kann. Deshalb erreicht die Scheibe am Ende ihrer Lebensdauer bei einem gegebenen Bremsvorgang eine höhere Temperatur als im unverschlissenen Zustand. In leichten Fahrzeugen ist der Masseverlust im Verhältnis zum Startgewicht in der Regel weniger bedeutend und wird durch Verwendung der Masse verschlissener Scheiben ignoriert.
8 zeigt einen Algorithmus zur Ermittlung des Volumens einer Bremsscheibe über ihre Lebendauer. In Schritt 330 ermittelt die EPB-ECU 164 somit, ob die Fahrzeugbremsen betätigt werden, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Ist dies der Fall, dann inkrementiert ein Bremszähler seinen Wert in Schritt 332 um 1. Dann addiert in Schritt 334 ein Wegstreckenzähler zu der zurückgelegten Gesamtstrecke aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Zeit seit dem letzten Lauf des Algorithmus hinzu. Die Bremsscheibe erfährt ein begrenztes Ausmaß an Verschleiß, selbst wenn es zu keiner Bremsung kommt, deshalb ist es von Bedeutung, die zurückgelegte Gesamtstrecke für eine bestimmte Scheibe zu überwachen. Kommt es zu diesem Zeitpunkt zu keiner Bremsung, wird Schritt 332 übersprungen.
In Schritt 336 wird das Volumen der Scheibe ermittelt, indem von dem Ursprungsvolumen V_{Scheibeursprung} ein Wert abgezogen wird, der dem Bremszähler mal einem Faktor K₁ entspricht, der der durchschnittlichen Verschleißmenge während eines Bremsvorgangs entspricht, und durch weiteres Abziehen eines Werts, der dem Wegstreckenzähler entspricht, multipliziert mit einem zweiten Faktor K₂ für den durchschnittlichen Verschleiß der Scheibe bei normalem Fahren und während dessen es zu keiner Bremsung kommt, um einen Wert für V_Scheibe zu liefern. In der Regel läuft der Algorithmus jede hundert Millisekunden, um einen kontinuierlichen Wert für das Scheibenvolumen zu liefern. Die Zähler können jedes Mal dann, wenn eine Scheibe ausgewechselt wird, durch ein Diagnoseprogramm zurückgestellt werden. Der Algorithmus läuft mindestens für jede Scheibe, an der eine Feststellbremse befestigt ist, und kann auch für alle Scheiben laufen, um Verschleiß zu überwachen und für Hitzeverwendungsberechnungen.
Eine alternative Ausführungsform für Scheibenvolumenberechnungen verwendet Dauerbremsbelagverschleißsensoren zur Ableitung eines Wertes für Scheibenvolumen, da es zwischen Belagverschleiß und Scheibenverschleiß für gegebene Scheiben- und Belagmaterialien eine Beziehung gibt. Da die Betriebslebensdauer von Belägen und Scheiben unterschiedlich ist, sollten Wechsel beider Beläge durch ein Diagnoseprogramm protokolliert werden, damit über die Lebensdauer der Bremse aussagekräftige Volumendaten abgeleitet werden können.
Nach der Ermittlung des geschätzten Gewichts des Fahrzeugs und des Volumens jeder Bremsscheibe ist es dann möglich, diese Werte in Verbindung mit Werten für die Geschwindigkeit zu Beginn und Ende eines Bremsvorgangs, die Dichte der Bremsscheibe, die Wärmekapazität der Bremsscheibe, die Verteilung der Bremskraft zwischen den Rädern eines Fahrzeugs und eine empirisch abgeleitete Funktion bezüglich des Anteils der Energie, der während des Vorgangs in die Bremsscheibe eintritt, zu verwenden, um den Temperaturanstieg jeder Bremsscheibe des Fahrzeugs während dieses Vorgangs zu schätzen.
Dies wird gemäß der folgenden Gleichung erreicht:
wobei

ΔT₊: = Temperaturanstieg [°C],
BHA: = Verteilung der Bremskraft von vorne nach hinten,
f_x: = Anteil der Energie vom Bremsvorgang, der in die Scheibe geht (in der Regel ≈ 80%),
m_Fz: = geschätztes Gewicht des Fahrzeugs, wie durch das Lastschätzungsmodul ermittelt [kg],
ρ: = Dichte der Bremsscheibe [kg/mm³],
C_Scheibe: = Wärmekapazität der Bremsscheibe [J/(kg × K)],
V_Scheibe: = berechnetes Volumen der Bremsscheibe, das von dem Scheibenvolumenalgorithmus erhalten wird [mm³],
V_Start: = Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn des Bremsvorgangs [m/s],
V_Ende: = Fahrzeuggeschwindigkeit am Ende der Bremsung [m/s].

Wobei v_Ende gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird: V_Ende = V_Start – a_Fz × t wobei:

a_Fz: = Fahrzeugverzögerung [m/s²] (auch Berücksichtigung einer Eingabe von dem Neigungsmesser für Situationen, in denen das Fahrzeug bergab führt, aber mit einer konstanten Geschwindigkeit gegen die Einwirkung von Schwerkraft).
t: = Zeit[s].

Und wobei jede Achse zwei Bremsen umfasst, die die Bremskraft gleichmäßig teilen.
V_Start und wahlweise V_Ende können dann von dem ABS-Sensor des Fahrzeugs und/oder dem Motordrehzahl- und Gangwahlsensor abgeleitet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden beide verwendet, wobei das größere der beiden für v_Start und das niedrigere von beiden für V_Ende verwendet wird, um optimale Sicherheit zu gewährleisten. Wenn v_Ende auf diese Weise erhalten wird, braucht es nicht durch Verwendung der obigen Gleichung berechnet zu werden.
Ausgehend von der Umgebungstemperatur von dem Temperatursensor 194 (der Standardwert kann zum Beispiel auf 50°C eingestellt werden) kann die EPB-ECU 164 somit die Temperaturänderung jeder Bremsbetätigung summieren, um die Temperatur der Bremsfläche zu bestimmen.
Natürlich kühlt die Bremsscheibe im Laufe der Zeit von einer erhöhten Temperatur auf die Umgebungslufttemperatur ab. Je schneller das Fahrzeug fährt, desto größer wird der Grad der Abkühlung sein. Somit ist es neben der Berechnung von Temperaturanstiegen durch Bremsung gemäß dem oben angeführten Temperaturmodell auch erforderlich, ein Temperaturmodell für das Abkühlen der Bremse zu haben.
Dieses kann durch Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden:
wobei:

ΔT.: = Temperaturabnahme [°C]
T_Scheibe: = Temperatur der Bremsscheibe [°C]
T_Umg: = Umgebungstemperatur [°C]
e: = Exponentialkonstante
t: = Zeit [s]
k_v: = geschwindigkeitsabhängige Kühlungskonstante, die durch Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt wird:

ρ: = Dichte der Bremsscheibe [kg/mm³].
C_Scheibe: = Wärmekapazität der Bremsscheibe [J/(kg × K)]
V_Scheibe: = von dem Scheibenvolumenalgorithmus erhaltenes berechnetes Volumen der Bremsscheibe [mm³]
A_Scheibe: = Kühlfläche der Bremsscheibe [m²]
k_Kühl(v): = geschwindigkeitsabhängige Kühlkurve, die für die Eigenschaften eines bestimmten Fahrzeugs spezifisch ist.

Jedoch wenn Δt = 20 Millisekunden, kann folgende Annäherung verwendet werden 1 – e^x = x(|x << 1|) so dass die Kühlung durch Verwendung der folgenden vereinfachten Gleichung berechnet werden kann:
Ausgehend von einem Zustand, in dem die Bremsscheibe eines Fahrzeugs auf Umgebungslufttemperatur liegt, kann deshalb die Temperatur der Bremsscheibe während des anschließenden Fahrens des Fahrzeugs zu einem beliebigen Zeitpunkt geschätzt werden, indem das Temperaturmodell für die Erwärmung der Bremsen, wenn die Bremsen betätigt werden, und das Temperaturmodell für die Abkühlung der Bremse während der freien Fahrt des Fahrzeugs eingesetzt werden.
Wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrzeug parken möchte, weist die EPB-ECU 164 infolgedessen einen Wert für die Temperatur jeder Bremsscheibe an dem Fahrzeug auf, an der eine Feststellbremse angebracht ist.
Anhand dieser Temperatur kann ermittelt werden, um wie viel die Bremsscheibe beim Abkühlen auf Umgebungslufttemperatur schrumpfen wird, da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Bremsscheibenmaterials bekannt ist.
Zündung-aus-Zeit wird auch berücksichtigt und für eine Kühlfunktion ohne Fahrzeuggeschwindigkeit nach der nächsten Zündung-ein berücksichtigt, solange die Werte des Temperaturmodells über Umgebungstemperatur liegen – und wenn diese nicht zur Verfügung steht, solange die Werte des Temperaturmodells über dem Standardwert liegen.
Nunmehr auf die 9 und 10 Bezug nehmend, zeigen die Kurven von Kraft als Funktion der Zeit darin, wie Kenntnis der Bremsscheibentemperatur und anderer Faktoren, wie zum Beispiel des Gewichts des Fahrzeugs und der Neigung, dazu verwendet werden kann, die ”Rückrollsperr”-Kraft F_H und die Feststellbremskraft F_P zu ändern.
In 9 entsprechen die dickeren Linien auf dem Schaubild Kraft als Funktion der Zeit den Linien der Kraftaufbringung 212 von 5 und sind allgemein mit 412 bezeichnet; sie umfassen einen Halteteil, an dem durch das Betriebsbremsenstellglied 146a und 146b eine Kraft F_H angelegt wird, und eine Kraft F_P, bei der eine Feststellbremsenkraft durch das elektromechanische Feststellbremsenstellglied 168a, 168b angelegt wird.
Wenn die EPB-ECU 164 jedoch ermittelt, dass die Neigung, auf der das Fahrzeug während der Haltephase gehalten werden soll, gering ist, und/oder die Last des Fahrzeugs gering ist, dann signalisiert sie den Betriebsbremsenstellgliedern 146a, 146b, 148a, 148b, eine geringere Haltekraft F_Hgering aufzubringen.
Wenn eine große Steigung und eine große Last ermittelt werden, dann wird den Betriebsbremsenstellgliedern eine größere Haltelast F_Hhoch signalisiert.
Wenn eine große Steigung in Kombination mit einer geringen Last oder eine niedrige Steigung in Kombination mit einer großen Last erfasst wird, dann wird die Zwischenkraft F_H immer noch angelegt. Da ein ”Halten” nicht über längere Zeiträume auftritt, ist es nicht nötig, die Hitze der Scheibe als einen Faktor für die Haltekraft zu betrachten.
Wenn der Fahrer einen Parkbefehl zuführt, dann führen eine große Steigung und eine große Last oder eine hohe Temperatur dazu, dass durch die elektromechanische Feststellbremse 168a und 168b eine größere Parkkraft F_Phoch (zum Beispiel 160 kN) angelegt wird.
Wenn jedoch eine geringe Steigung und eine geringe Last und eine niedrige Temperatur erfasst werden, dann wird durch die elektromechanische Feststellbremse 168a und 168b eine geringere Kraft F_Pgering (zum Beispiel 80 kN) angelegt.
Die Zwischenkraft F_P (zum Beispiel 120 kN) wird analog nur dann angelegt, wenn eine große Steigung und eine niedrige Last oder eine geringe Steigung und eine große Last vorliegen.
10 unterscheidet sich von 9 darin, dass statt dass nur drei mögliche Lastwerte zum Halten und Parken zur Verfügung stehen, die Belastung linear zwischen der Ober- und der Untergrenze irgendwo in dem schattierten Bereich des Schaubilds eingestellt werden kann, wodurch eine feinere Steuerung der durch die Betriebs- und die Feststellbremse angelegten Bremskräfte gestattet wird.
Wenn die Feststellbremse mit einer Bremsscheibe auf einer hohen Temperatur betätigt wird, können mehrere verschiedene Lösungsansätze verwendet werden, um zu gewährleisten, dass ein sicheres Parken des Fahrzeugs erreicht werden kann.
Eine Möglichkeit ist die in den 9 und 10 offenbarte, in der eine ausreichend große Kraft während des Parkens zu Anfang angelegt wird, so dass, selbst wenn sich die Scheibe abkühlt und zusammenzieht, noch immer eine ausreichende Kraft zum Halten des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Als Alternative dazu kann die EPB-ECU 164 so programmiert werden, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitspanne, zum Beispiel 30 Minuten, das Ansteuern der elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b signalisiert, um wieder eine ausreichend große Bremskraft zum Halten des Fahrzeugs bereitzustellen.
Bei einer anderen Alternative können die elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b mit einem elastischen Element konfiguriert werden, um dem Zusammenziehen unter minimaler Verringerung der Klemmkraft Rechnung zu tragen.
Schließlich, und am wenigstens erwünscht, kann die EPB-ECU 164 einfach dem Fahrer eine Warnung zuführen, dass die Scheibentemperatur zu hoch ist, um eine ausreichende Klemmkraft nach dem Kühlen sicherzustellen, und dass er alternative Vorkehrungen treffen muss, um zu gewährleisten, dass das Fahrzeug gehalten wird (indem er zum Beispiel gewährleistet, dass eine Getriebesperre in Position ist, oder dass Bremsblöcke unter die Rädern gelegt werden).
Die EPB-ECU 164 kann auch mit mehreren weiteren Algorithmen programmiert werden. Um dem Älterwerden des Sattelmechanismus und der elektromechanischen Feststellbremsen 168a und 168b, was zu einem größeren inneren Reibungswiderstand gegen die Betätigung der Feststellbremse führen würde, Rechnung zu tragen, kann zum Beispiel in der EPB-ECU ein Zähler vorgesehen werden, um die Anzahl von Zündzyklen, Bremsbetätigungen, Feststellbremsbetätigungen und die Zündung-ein-Zeit zu zählen und solch einen Verschleiß auszugleichen.
Die verschiedenen Faktoren, die die anfängliche Klemmkraft, elastische Kraft (wenn in der Feststellbremse ein elastisches Element vorhanden ist, um einem Zusammenziehen Rechnung zu tragen) oder die Größe der erneuten Klemmkraft, die nach dem Kühlen angelegt wird, beeinflussen, werden in 12 schematisch dargestellt.
Als letzte Sicherheitsvorkehrung gegen ein Wegrollen des Fahrzeugs kann die EPB-ECU die an den Rädern angebrachten Raddrehzahlsensoren für das ABS/EBS/ESP-System des Fahrzeugs überwachen, um unerwartete Impluse darin zu erfassen. Um es der EPB-ECU zu ermöglichen, ausreichend schnell auf eine Wegrollsituation zu reagieren, sollte das System so konfiguriert sein, dass es einen einzigen Impuls von der ABS/EBS-Steuereinheit erfasst, da das Fahrzeug ansonsten eine zu große Bewegungsenergie aufweisen kann, um das Wegrollen durch erneute Betätigung der Betriebsbremse zu stoppen.
ABS/EBS werden nach dem Parken (unabhängig von dem Zündstatus) in Betrieb gehalten oder in der kritischen Zeit für das Wegrollen neu aktiviert. Sie sind dazu konfiguriert, die EPB-ECU 164 zum erneuten Klemmen zu erregen.
Die EPB-ECU 164 wird vorzugsweise mit einem Testsystem programmiert, das bei Verwendung an Fahrzeugen, die einen Schlepper und einen Anhänger umfassen, eine Freigabe der Anhängerbremsen gestattet, während die Feststellbremsen des Schleppers betätigt sind. Dadurch kann der Fahrer überprüfen, ob die Feststellbremsen der Schleppereinheit die Kombination halten können, ohne dass die Anhängerbremsen funktionieren. Dies kann durch Vorsehen eines Dreistellungs-Handbremshebels 170 erreicht werden, der neben der ”Aus”- und ”Betätigt”-Stellungen auch eine ”Test”-Stellung für diesen Zweck hat. Der Griff wird in der Test-Stellung drei Mal gezogen, um in diesen Testmodus einzutreten, und kann diesen durch einmaliges Ziehen oder Time-out von zum Beispiel 10 Sekunden verlassen.
Als Alternative dazu kann der Hebel eine stabile Neutralstellung und eine instabile ”Aus”-Stellung und ”Betätigt”-Stellung aufweisen, wobei mehrere Benutzereingaben in die betätigte Stellung ein Eintreten in den Testmodus bewirken, und eine Benutzereingabe in die ”Aus”-Stellung (oder ein Time-out) ein Verlassen des Testmodus bewirkt.
Es können innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Betriebsbremsventilstellglied 166 (zusammen mit einem getrennten Ventil) von dem Betriebsbremsventil 140 getrennt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Oberflächentemperatur der Bremsscheiben durch Verwendung eines Schiebetemperatursensors, zum Beispiel eines Schiebe-Heißleiters, direkt gemessen werden.

Claims

Elektromechanisches Feststellbremssystem für ein Schwerfahrzeug, das durch druckluftbetätigte Betriebsbremsen (146a, 146b) gebremst wird, wobei das System eine EPB-ECU (164') und ein erstes elektromechanisches Feststellbremsenstellglied, das durch die EPB-ECU (164') gesteuert wird, umfasst, wobei das System weiterhin ein redundantes Teilsystem zur Betätigung einer zweiten Feststellbremse (168a', 168b') bei einem Versagen der EPB-ECU (164') oder des elektromechanischen Feststellbremsenstellglieds umfasst, wobei die EPB-ECU (164') eine Master-ECU (172') und eine Slave-ECU (172'') umfasst und wobei die Master- und die Slave-ECU (172', 172'') gemeinsam dazu konfiguriert sind, wenn kein Fehler detektiert wird, ein Ausgangssignal zu liefern und Ausgaben zu vergleichen und nur bei einer Übereinstimmung der Ausgangssignale eine Betätigung der elektromechanischen Feststellbremsen (168a', 168b') zu signalisieren.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 1, wobei das redundante Teilsystem mindestens zwei herkömmliche Federspeicherbremsen umfasst.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 1, wobei die Master-ECU (172') und die Slave-ECU (172'') dazu konfiguriert sind, die Bedienung des ersten und/oder des zweiten elektromechanischen Feststellbremsenstellglieds zu steuern.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Master- und die Slave-ECUs (172', 172'') mit getrennten ersten und zweiten Energiequellen (174a, 174b) verbunden sind.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 4, wobei eine Energieversorgungsverbindung so vorgesehen ist, dass die zweite Energiequelle (174b) die Master-ECU (172') versorgen kann und/oder die erste Energiequelle (174a) die Slave-ECU (172'') versorgen kann.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Master-ECU (172') ein intelligenter Feststellbremsenbedarfsschalter (554), die EBS-Steuerung (587) oder die Getriebesteuerung (577) ist.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn ein Fehler entweder in der Master-ECU (172') oder in der Slave-ECU (172'') detektiert wird, die funktionierende der Master- und der Slave-ECU (172', 172'') dazu konfiguriert ist, eine Betätigung der damit verbundenen elektromechanischen Feststellbremsen (168a, 168b) unabhängig von der nicht funktionierenden ECU zu signalisieren.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 1, wobei das Teilsystem mindestens eine lokale Steuerung ist, die nahe einem entsprechenden Feststellbremsenstellglied von der EPB-ECU (164') entfernt positioniert ist und die Energieversorgung des Feststellbremsenstellglieds steuern kann, wobei die lokale Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist, Signale von einer weiteren getrennten Fahrzeugsteuerung zu empfangen.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach Anspruch 7, wobei die weitere getrennte Fahrzeugsteuerung eine Getriebesteuerung (577) oder eine EBS-Steuerung (587) ist.
Elektromechanisches Feststellbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die EPB-ECU (164') weiterhin dazu konfiguriert ist, die Bedienung einer Differentialsperre zu steuern.
Elektromechanisches Festellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine unabhängige erste und zweite Feststellbremsenfahreranforderungseingabe umfasst, wobei eine der Eingaben ein Feststellbremsschalter ist und/oder eine andere eine Schalthebeleingabe ist.