DE102014221901A1 - Verfahren zur Bereitstellung eines Sensorsignals im Bremssystem in einem Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Bereitstellung eines Sensorsignals im Bremssystem in einem Fahrzeug Download PDF

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Wolfgang Peveling
Peter Sautter
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bereitstellung eines Sensorsignals in einem Bremssystem wird bei einem Ausfall des Bremsen-Steuergeräts die Signalübertragung umgeschaltet und das Signal an ein weiteres Steuergerät übermittelt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bereitstellung eines Sensorsignals im Bremssystem in einem Fahrzeug.
  • Stand der Technik
  • In der DE 10 2009 046 339 A1 wird ein hydraulisches Bremssystem in einem Fahrzeug beschrieben, das zwei Bremskreise zur Versorgung von Radbremseinrichtungen mit hydraulischem Bremsfluid aufweist, wobei die Bremskreise an einen gemeinsamen Hauptbremszylinder angeschlossen sind, der vom Fahrer über einen hydraulischen Bremskraftverstärker über das Bremspedal betätigt wird. In jedem Bremskreis befindet sich eine Förderpumpe, die Bestandteil eines Antiblockiersystems bzw. eines elektronischen Stabilitätsprogramms ist, über das ein selbsttätiger Eingriff in das Bremssystem durchgeführt werden kann.
  • Das Antiblockiersystem bzw. elektronische Stabilitätsprogramm benötigt Raddrehzahlinformationen, welche von Raddrehzahlsensoren ermittelt werden, um den Bremsdruck im Bremssystem in gewünschter Weise manipulieren zu können. Bei einem Ausfall des Steuergeräts des Antiblockiersystems bzw. elektronischen Stabilitätsprogramms ist zwar die Bremsfunktion über die Fahrerbetätigung gesichert, allerdings ist ein selbsttätiger Bremseneingriff, der für ein autonomes Fahren erforderlich ist, nicht gewährleistet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausfallsicherheit in Bremssystemen in Fahrzeugen zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf ein Bremssystem in einem Fahrzeug, beispielsweise ein hydraulisches Bremssystem, das vom Fahrer über das Bremspedal betätigbar ist und vorteilhafterweise auch unabhängig von der Fahrerbetätigung im Rahmen eines selbsttätigen Bremsvorganges betätigt werden kann. Zu diesem Zweck weist das Bremssystem vorteilhafterweise eine ansteuerbare Brems- oder Verstärkereinheit auf, die über Stellsignale eines Steuergerätes ansteuerbar ist, um unabhängig von einer Fahrerbetätigung einen Bremsvorgang durchzuführen. Die Brems- oder Verstärkereinheit umfasst beispielsweise einen elektrischen Stellmotor, der unmittelbar oder über ein Getriebe den hydraulischen Bremsdruck im Bremssystem beeinflusst.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Bremssystem mindestens zwei voneinander unabhängig betätigbare Verstärkereinheiten auf, über die jeweils Einfluss auf die im Bremssystem erzeugte Bremskraft genommen werden kann. Jeder Verstärkereinheit ist vorteilhafterweise ein Steuergerät zugeordnet, in welchem auf der Basis zugeführter Eingangssignale Stellsignale zur Einstellung der Verstärkereinheit erzeugt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Bereitstellung eines Sensorsignals im Bremssystem, das ein Bremsen-Steuergerät aufweist, über das eine Verstärkereinheit im Fahrzeug einstellbar ist. Bei einem Ausfall des Bremsen-Steuergeräts wird die Signalübertragung auf ein weiteres Steuergerät umgeschaltet, an das das Sensorsignal übermittelt wird. Die gleiche Vorgehensweise wird im Fall einer fehlerhaften Übermittlung des Sensorsignals an das Bremsen-Steuergerät durchgeführt.
  • Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass ein bremsenrelevantes Sensorsignal auch für den Fall weiterverarbeitet wird, dass dieses Signal in dem Bremsen-Steuergerät nicht ankommt oder nicht verarbeitet werden kann. Indem auf ein zweites Steuergerät umgeschaltet wird, steht die bremsenrelevante Information des Sensorsignals in dem Bremssystem oder gegebenenfalls auch außerhalb des Bremssystems zur Verfügung. Dies ermöglicht es insbesondere, auch bei einem Ausfall des Bremsen-Steuergeräts oder bei einem Ausfall der Übermittlung des Sensorsignals an das Bremsen-Steuergerät einen selbsttätigen Bremsvorgang durchzuführen. Der manuell auszulösende und durchzuführende Bremsvorgang bleibt in jedem Fall hiervon unberührt.
  • Bei dem Sensorsignal handelt es sich, gemäß bevorzugter Ausführung, um ein Raddrehzahlsignal. Derartige Signale werden über Raddrehzahlsensoren bzw. – fühler ermittelt und im Normalfall – bei funktionstüchtigem Bremssystem – an das Bremsen-Steuergerät als Eingangssignal übermittelt, in welchem insbesondere bei aktiviertem Fahrerassistenzsystem beispielsweise Einfluss auf das Antiblockiersystem oder das elektronische Stabilitätsprogramm genommen wird. Aber auch außerhalb des Bremssystems können derartige Raddrehzahlsignale verarbeitet werden, beispielsweise zur Motorsteuerung oder zur Ansteuerung eines Lenksystems mit elektrischer Servounterstützung.
  • Alternativ zu Raddrehzahlsignalen kommen auch sonstige Sensorsignale in Betracht, welche für einen Bremsvorgang im Fahrzeug relevant sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um längs- oder querdynamische Fahrzeugzustandsgrößen.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung steuert das weitere Steuergerät, auf das die Signalübertragung im Fehlerfall umgeschaltet wird, einen als Bremskraftverstärker eingesetzten Elektromotor an. Dessen Betätigung wird bevorzugt über ein elektronisches Bremspedal gesteuert, wobei die Bewegung des elektronischen Bremspedals sensorisch ermittelt und die Sensorsignale als Eingangssignale dem Steuergerät zugeführt werden. Daraufhin wird der Elektromotor betätigt und gegebenenfalls über ein Getriebe ein Bremszylinder beaufschlagt, um den gewünschten Bremsdruck im Bremssystem einzustellen.
  • In Verbindung mit dem Bremsen-Steuergerät in der Ausführung als Steuergerät eines elektronischen Stabilitätsprogramms ESP oder eines Antiblockiersystems ABS eröffnet dies die Möglichkeit, bei einem Ausfall des ESP- bzw. ABS-Steuergeräts einen autonomen bzw. selbsttätigen Bremsvorgang zumindest teilweise, gegebenenfalls vollständig über das weitere Steuergerät und den zugeordneten Bremskraftverstärker durchzuführen. Der Funktionsausfall des ESP- bzw. ABS-Steuergeräts kann somit teilweise, gegebenenfalls vollständig durch Übertragung der Funktionen auf das weitere Steuergerät und den zugeordneten Bremskraftverstärker kompensiert werden.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung werden in einem Mikrocontroller und/oder einem ASIC des Bremsen-Steuergeräts Steuersignale erzeugt, die in einer Umschalteinheit bzw. einer der Umschalteinheit zugeordneten Umschaltlogik ausgewertet werden. Es handelt sich bei den im Mikrocontroller erzeugten Steuersignalen beispielsweise um Signale, die den Betriebsmodus autonomes/nicht-autonomes Fahren angeben, um Signale eines Testmodus zum Testen der Umschalteinheit oder um ein Triggersignal, welches im Falle eines Fehlers im ESP- bzw. ABS-Steuergerät oder eines Fehler in einem diesem Steuergerät zugeordneten Systembauteil erzeugt wird, beispielsweise ein elektrischer Pumpenmotor oder eine Pumpeneinheit.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird in einem Fehlerfall die Spannungsversorgung des Sensors, die im Normalfall von der Spannungsversorgung des Bremsen-Steuergeräts übernommen wird, auf eine alternative Stromquelle umgeschaltet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Fahrzeugbatterie. Auf diese Weise ist im Fehlerfall die Spannungsversorgung des Sensors gewährleistet.
  • Das Bremssystem zur Durchführung des Verfahrens umfasst mindestens einen Sensor zur Ermittlung eines bremsenrelevanten Sensorsignals, das beispielsweise als Raddrehzahlsignal vorliegt, sowie des Weiteren ein Bremsen-Steuergerät zur Ansteuerung einer Verstärkereinheit, über die die vom Bremssystem erzeugte Bremskraft beeinflusst werden kann. Des Weiteren ist das Bremssystem mit einer Umschalteinheit ausgestattet, welche eine Umschaltung und Weiterleitung des Sensorsignals an ein weiteres Steuergerät ermöglicht im Falle eines Fehlers des Bremsen-Steuergeräts oder im Falle einer fehlerhaften Übermittlung des Sensorsignals an das Bremsen-Steuergerät. Das Bremssystem umfasst des Weiteren Radbremseinheiten, über die die Räder des Fahrzeugs abgebremst werden.
  • In vorteilhafter Ausführung ist die Umschalteinheit unmittelbar an das Bremsen-Steuergerät angekoppelt und kommuniziert mit diesem.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 einen hydraulischen Schaltplan einer Fahrzeugbremse mit zwei der Vorderachse und der Hinterachse zugeordneten Bremskreisen sowie mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP und mit einem elektrisch betätigbaren Bremskraftverstärker,
  • 2 ein Blockschaltbild mit einem ESP-Steuergerät, an das eine Umschalteinheit angekoppelt ist, und mit einem weiteren Steuergerät, welches einem elektrischen Bremskraftverstärker zugeordnet ist.
  • Das im Hydraulikschaltplan gemäß 1 dargestellte hydraulische Bremssystem 1 weist einen Vorderachsbremskreis 2 und einen Hinterachsbremskreis 3 zur Versorgung von Radbremsvorrichtungen 8 und 9 an den Vorderrädern bzw. 10 und 11 an den Hinterrädern mit hydraulischem Bremsfluid auf. Grundsätzlich kommen auch Bremssysteme in Betracht, bei denen die Bremskreisaufteilung diagonal ist, so dass pro Bremskreis eine Radbremsvorrichtung an einem Vorderrad und einem Hinterrad vorgesehen ist.
  • Die beiden Bremskreise 2, 3 sind an einem gemeinsamen Hauptbremszylinder 4 angeschlossen, der über einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 5 mit Bremsfluid versorgt wird. Der Hauptbremszylinder 4 wird vom Fahrer über das Bremspedal 6 betätigt, der vom Fahrer ausgeübte Pedalweg wird über einen Pedalwegsensor 7 gemessen. Zwischen dem Bremspedal 6 und dem Hauptbremszylinder 4 befindet sich ein Bremskraftverstärker 16, der beispielsweise einen Elektromotor umfasst, welcher bevorzugt über ein Getriebe den Hauptbremszylinder 4 betätigt (iBooster). Die vom Pedalwegsensor 7 gemessene Stellbewegung des Bremspedals 6 wird als Sensorsignal an ein Steuergerät 17 des Bremskraftverstärkers 16 übermittelt, in welchem Stellsignale zur Ansteuerung des Bremskraftverstärkers 16 erzeugt werden.
  • In jedem Bremskreis 2, 3 ist ein Umschaltventil 12 angeordnet, das im Strömungsweg zwischen dem Hauptbremszylinder und den jeweiligen Radbremsvorrichtungen 8 und 9 bzw. 10 und 11 liegt. Die Umschaltventile 12 sind in ihrer stromlosen Grundstellung geöffnet. Jedem Umschaltventil 12 ist ein parallel geschaltetes Rückschlagventil zugeordnet, das in Richtung der jeweiligen Radbremsvorrichtungen durchströmbar ist.
  • Zwischen den Umschaltventilen 12 und den jeweiligen Radbremsvorrichtungen 8, 9 bzw. 10, 11 befinden sich Einlassventile 13, die ebenfalls stromlos geöffnet und denen Rückschlagventile zugeordnet sind, welche in Gegenrichtung, also von den Radbremsvorrichtungen in Richtung zum Hauptbremszylinder durchströmbar sind.
  • Jeder Radbremsvorrichtung 8, 9 bzw. 10, 11 ist jeweils ein Auslassventil 14 zugeordnet, das stromlos geschlossen ist. Die Auslassventile 14 sind jeweils mit der Saugseite einer Pumpeneinheit 15 verbunden, die in jeden Bremskreis 2, 3 eine Förderpumpe 18 bzw. 19 aufweist. Der Pumpeneinheit ist ein elektrischer Antriebs- bzw. Pumpenmotor 22 zugeordnet, der über eine Welle 23 beide Förderpumpen 18 und 19 betätigt. Die Druckseite der Förderpumpe 18 bzw. 19 ist an einen Leitungsabschnitt zwischen dem Umschaltventil 12 und den beiden Einlassventilen 13 pro Bremskreis angeschlossen.
  • Die Saugseiten der Förderpumpen 18 und 19 sind jeweils mit einem Hochdruck-Schaltventil 24 verbunden, das an den Hauptbremszylinder 4 hydraulisch angeschlossen ist. Bei einem fahrdynamischen Regeleingriff können für einen schnellen Bremsdruckaufbau die im stromlosen Zustand geschlossenen Hochdruck-Schaltventile 24 geöffnet werden, so dass die Förderpumpen 18 und 19 unmittelbar aus dem Hauptbremszylinder 4 Hydraulikfluid ansaugen. Dieser Bremsdruckaufbau kann unabhängig von einer Betätigung des Bremssystems durch den Fahrer durchgeführt werden. Die Pumpeneinheit 15 mit den beiden Förderpumpen 18 und 19, dem elektrischen Pumpenmotor 22 und der Welle 23 gehört zu einem Fahrerassistenzsystem und ist Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) oder eines Antiblockiersystems (ABS). Der elektrische Pumpenmotor 22 wird von Stellsignalen eines Bremsen- bzw. ESP-Steuergeräts 27 eingestellt.
  • Zwischen den Auslassventilen 14 und der Saugseite der Förderpumpen 18 und 19 befindet sich pro Bremskreis 2, 3 eine Speicherkammer 25, die zur Zwischenspeicherung von Bremsflüssigkeit dient, welche während eines fahrdynamischen Eingriffs durch die Auslassventile 14 aus den Radbremsvorrichtungen 8, 9 bzw. 10, 11 ausgelassen wird. Jeder Speicherkammer 25 ist ein Rückschlagventil zugeordnet, das in Richtung der Saugseiten der Förderpumpen 18, 19 öffnet. Auch die Speicherkammern 25 gehören zum elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP).
  • Zur Druckmessung ist ein Drucksensor 26 im Bremskreis 3 benachbart zum Hauptbremszylinder 4 angeordnet.
  • Das Bremssystem 1 ist außerdem an jedem Fahrzeugrad 20 mit einem Raddrehzahlsensor 21 ausgestattet, mit dem die jeweilige Raddrehzahl ermittelt werden kann. Das Sensorsignal des Raddrehzahlsensors 21 wird dem ESP-Steuergerät 27 als Eingangssignal zugeführt, in welchem Stellsignale zur Einstellung des elektrischen Pumpenmotors 22 erzeugt werden. Jedem Fahrzeugrad ist ein Raddrehzahlsensor zugeordnet, dessen Sensorsignale dem ESP-Steuergerät 27 zugeleitet werden.
  • In 2 ist ein Blockschaltbild mit dem Zusammenwirken des Steuergeräts 17, welches dem Bremskraftverstärker 16 zugeordnet ist, und des ESP-Steuergeräts 27 dargestellt. Jedes Steuergerät 17, 27 umfasst einen Mikrocontroller 17a bzw. 27a und ein ASIC 17b bzw. 27b. Das Blockschaltbild beschreibt das Zusammenwirken der Steuergeräte 17 und 27 im Falle eines Fehlers des ESP-Steuergeräts 27, der zur Folge hat, dass keine autonomen, selbsttätigen Bremseingriffe über das ESP-System mehr durchführbar sind. Um trotz eines Ausfalls des ESP-Steuergeräts 27 weiterhin autonome Bremseingriffe durchführen zu können, erfolgt im Fehlerfall eine Funktionsverlagerung zum Steuergerät 17 des Bremskraftverstärkers 16, woraufhin der hydraulische Bremsdruck im Bremssystem über den elektrisch betätigbaren Bremskraftverstärker 16 moduliert wird, um eine einkanalige ABS-Bremsung bei stabilisiertem Fahrzeug ausüben zu können.
  • An das ESP-Steuergerät 27 ist eine Umschalteinheit 29 angekoppelt, der eine Umschaltlogik 28 vorgeschaltet ist. Die Umschaltlogik 28 steuert die Umschalteinheit 29 mit einem Steuersignal in Abhängigkeit von Eingangsgrößen, welche die Umschaltlogik 28 von dem Mikrocontroller 27a und dem ASIC 27b des ESP-Steuergeräts 27 empfängt. Das von der Umschaltlogik 28 erzeugte Steuersignal zur Ansteuerung der Umschaltlogik 29 beinhaltet beispielsweise den Betriebsmodus autonomes/nicht-autonomes Fahren, einen Testmodus zum Testen der Umschalteinheit 29 oder ein Triggersignal im Falle eines elektrischen Fehlers im ESP-System, insbesondere im ESP-Steuergerät 27.
  • Die Umschalteinheit 29 schaltet in Abhängigkeit des zugeführten Steuersignals Schalter 29a und 29b zwischen zwei verschiedenen Schaltzuständen. Der erste Schalter 29a schaltet das Drehzahlsensorsignal aus dem Drehzahlsensor entweder auf das ASIC 27b des ESP-Steuergeräts oder alternativ auf das ASIC 17b des Bremsen-Steuergeräts 17 des Bremskraftverstärkers 16. Im regulären Fall – bei voller Funktionstüchtigkeit aller Komponenten – steht der Schalter 29a auf Weiterleitung des Drehzahlsensorsignals zum ASIC 27b des ESP-Steuergeräts 27, um gegebenenfalls in Abhängigkeit der zugeführten Drehzahlsensorsignale einen autonomen Bremseingriff über das ESP-System durchführen zu können. Liegt jedoch ein Fehler vor, der in der Umschaltlogik 28 erkannt wird, wird der Schalter 29a umgelegt, so dass die Raddrehzahl-Sensorsignale dem ASIC 17b des Bremsen-Steuergeräts 17 zugeführt werden. Dies ermöglicht es, die im Rahmen eines autonomen Bremseingriffs durchgeführten ESP-Funktionen von dem Bremsen-Steuergerät 17 und dem zugeordneten Bremskraftverstärker 16 durchzuführen.
  • Der zweite Schalter 29b in der Umschalteinheit 29 betrifft die Stromversorgung der Raddrehzahlsensoren 21. Im regulären Fall erfolgt die Stromversorgung der Raddrehzahlsensoren 21 über die Stromversorgung des ASIC 27b des ESP-Steuergeräts 27. Im Fehlerfall wird der Schalter 29b umgelegt, die Stromversorgung erfolgt wie mit strichlierter Linie 30 angedeutet aus einer aus der Batterie-Spannung der Fahrzeugbatterie gewonnenen Versorgungsspannung.
  • Die Umschaltlogik 28 und die Umschalteinheit 29 sind, wie mit der gestrichelten Umrandung angedeutet, an das ESP-Steuergerät 27 angekoppelt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009046339 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bereitstellung eines Sensorsignals im Bremssystem (1) in einem Fahrzeug, bei dem mindestens ein bremsenrelevantes Sensorsignal sensorisch ermittelt, wobei Fall einer fehlerhaften Übermittlung des Sensorsignals an ein Bremsen-Steuergerät (27) oder bei einem Ausfall des Bremsen-Steuergeräts (27) die Signalübertragung umgeschaltet und das Sensorsignal an ein weiteres Steuergerät (17) übermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein Raddrehzahlsignal ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich bei einem Ausfall des Bremsen-Steuergeräts (27) die Signalübertragung umgeschaltet und das Sensorsignal an das weitere Steuergerät (17) übermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Steuergerät (17) einen Elektromotor ansteuert, über den der Bremsdruck im hydraulischen Bremssystem (1) einstellbar ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsen-Steuergerät (27) ein ESP- oder ABS-Steuergerät ist, das einen Elektromotor ansteuert.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Mikrocontroller (27a) des Bremsen-Steuergeräts (27) Steuersignale erzeugt werden, die in der Umschalteinheit (29) bzw. einer der Umschalteinheit (29) zugeordneten Umschaltlogik (28) ausgewertet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall die Spannungsversorgung des Sensors vom Bremsen-Steuergerät (27) auf eine alternative Stromquelle umgeschaltet wird, insbesondere auf die Fahrzeugbatterie.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsen-Steuergerät (27) und das weitere Steuergerät (17) miteinander kommunizieren und Informationen austauschen, beispielsweise über den Fehlerzustand, über den Fahrzeugbetriebsmodus autonomes/nicht-autonomes Fahren oder über Fahrzeugzustandsgrößen.
  9. Bremssystem in einem Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einem Sensor zur Ermittlung eines bremsenrelevanten Sensorsignals, mit einem Bremsen-Steuergerät (27) und mit einer Umschalteinheit (29) zur Umschaltung und Weiterleitung des Sensorsignals an ein weiteres Steuergerät (17) im Falle eines Fehlers des Bremsen-Steuergeräts (27) bzw. der fehlerhaften Übermittlung des Sensorsignals an das Bremsen-Steuergerät (27).
  10. Bremssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (29) unmittelbar an das Bremsen-Steuergerät (27) angekoppelt ist und mit diesem kommuniziert.
  11. Bremssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsen-Steuergerät (27) einen elektrischen Pumpenmotor (22) ansteuert.
  12. Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Steuergerät (17) einen als Bremskraftverstärker (16) eingesetzten Elektromotor ansteuert.
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