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Die Erfindung betrifft eine Bremssystemanordnung nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben der Bremssystemanordnung nach Anspruch 7 sowie eine korrespondierende Verwendung nach Anspruch 10.
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Autonomes Fahren stellt neue Anforderungen an die funktionale Sicherheit. So besteht beispielsweise die Notwendigkeit, dass die Rückfallebene des Bremssystems redundant ausgeführt wird, da der Fahrzeugführer als Rückfallebene ausscheiden kann.
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Heutige Systeme werden durch den Einsatz von zwei redundanten und unabhängig voneinander agierenden Bremssystemen realisiert. Es ist bekannt im Stand der Technik, dass Raddrehzahlsensoren von einem Steuergerät angesteuert werden bzw. über eine Verbindung mit einem Steuergerät Informationen übertragen werden können. Dabei werden die Sensoren mit Energie versorgt und die Sensorinformationen sind beispielsweise auf den Grundstrom aufmoduliert.
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Nachteilig ist an bisherigen Lösungen, dass bei Ausfall des Steuergeräts, mit welchem die Raddrehzahlsensoren verbunden sind, auf die Raddrehzahlinformationen im weiteren Verlauf des Fahrens nicht mehr zurückgegriffen werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Sicherheitsnachteile durch nicht verfügbare Raddrehzahlinformationen zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
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Gemäß der Erfindung führt eine Bremssystemanordnung vorgeschlagen, welche eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit umfasst. Dabei weist die erste Steuereinheit eine erste Datenverarbeitungseinheit und eine Leistungseinheit auf und die zweite Steuereinheit umfasst eine zweite Datenverarbeitungseinheit. Die Bremssystemanordnung umfasst mindestens einen Sensor, welcher mit der Leistungseinheit verbunden ist, so dass der mindestens eine Sensor von der Leistungseinheit mit Energie versorgbar ist. Weiterhin umfasst die Bremssystemanordnung mehrere Module. Diese Module sind derart verschaltet, dass mindestens ein erstes Modul mit der ersten Datenverarbeitungseinheit und mindestens ein zweites Modul mit der zweiten Datenverarbeitungseinheit verbunden ist. Somit kann im Fall, dass die Leistungseinheit nicht ordnungsgemäß funktioniert, die Energieversorgung des mindestens einen Sensors von der zweiten Steuereinheit durch mindestens eines der Module übernommen werden. Besonders bevorzugt weist die Bremssystemanordnung zwei erste Module auf, welche mit der ersten Steuereinheit verbunden sind und zwei zweite Module, welche mit der zweiten Steuereinheit verbunden sind. Die Module sind derart verschaltet und werden derart im Fehlerfall angesteuert, dass die zweite Steuereinheit die Versorgung der Sensoren übernehmen kann, wobei die Versorgung mittelbar über die Module stattfindet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein Raddrehzahlsensor. Besonders bevorzugt sind zwei oder vier Raddrehzahlsensoren vorgesehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Steuereinheit ausgebildet, um Standardbremsfunktionen auszuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Steuereinheit ausgebildet sein, um Feststellbremsfunktionen und/oder Hilfsbremsfunktionen auszuführen. Bevorzugt ist die zweite Steuereinheit dabei derart ausgelegt, dass sie sowohl die Feststellbremsfunktionen als auch die Hilfsbremsfunktionen durchführen kann. Beispielsweise kann die zweite Steuereinheit derart ausgelegt sein, dass sie im Rahmen der Hilfsbremsfunktionen - zumindest teilweise und/oder zeitweise - Standardbremsfunktionen ausführen kann. Dabei kann sie zum Beispiel eine Hydraulikpumpe zum Aufbau von Bremsdruck und/oder externe Aktuatoren, z.B. Aktuatoren der Feststellbremse, ansteuern.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Module jeweils als Transistor, insbesondere als selbstsperrende oder selbstleitende Transistoren, ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die beiden ersten Module als selbstleitende Transistoren und die beiden zweiten Module als selbstsperrende Transistoren ausgebildet. Insbesondere bevorzugt sind die selbstleitenden Transistoren als Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ausgebildet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit gemeinsam auf einer Leiterplatte angeordnet. Dabei kann die so genannte Sandwichbauweise oder eine getrennte Anordnung der Hardware auf der Leiterplatte vorgesehen sein. Alternativ können die erste und die zweite Steuereinheit auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordnet sein, wobei sich die beiden Leiterplatten in diesem Fall bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse befinden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind für die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit getrennte Energieversorgungsleitungen und/oder getrennte Signalübertragungsleitungen vorgesehen. Die getrennten Signalübertragungsleitungen beziehen sich bevorzugt darauf, dass verschiedene Signalübertragungsleitungen von den Steuereinheiten zu den Sensoren vorgesehen sind. Jede Steuereinheit hat dabei bevorzugt eine Signalübertragungsleitung zum mindestens einen Sensor.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Bremssystemanordnung einen Bereich auf, in dem Signale und Energie zwischen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit austauschbar sind. Dabei ist dieser Bereich bevorzugt derart ausgebildet, dass nur ein Energieeintrag in den Bereich zugelassen wird, welcher einen minimalen für eine Fehlerausbreitung nötigen Energieeintrag unterschreitet. Ganz besonders bevorzugt wird der Bereich dadurch geschaffen, dass an den entsprechenden Stellen in den Leitungen Widerstände vorgesehen sind, welche den Energieeintrag auf einen bestimmten, maximalen Wert begrenzen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der geschützte Bereich entweder auf einer Leiterplatte angeordnet oder auf zwei unterschiedlichen Leiterplatten vorgesehen.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können die ersten Module nur durch die erste Steuereinheit abgeschaltet werden und sind ansonsten immer aktiv. Bevorzugt sind sie daher selbstleitend ausgebildet. Damit ist sichergestellt, dass die Sensoren bei fehlerhafter erster Steuereinheit weiter versorgt werden können. Weiterhin ist sichergestellt, dass bei fehlerhafter zweiter Steuereinheit eine Störung der Sensoren vermieden wird durch die sichere Trennung des redundanten Versorgungszweigs. Das erste Modul kann dabei als Transistor oder JFET-Schaltung vorgesehen sein.
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Das zweite Modul kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung nur durch die zweite Steuereinheit eingeschaltet werden. Standardmäßig ist es deaktiviert und daher bevorzugt selbsthemmend ausgebildet. Damit ist sichergestellt, dass bei fehlerhafter zweiter Steuereinheit die Sensoren nicht gestört werden und das bei fehlerhafter erster Steuereinheit durch Aktivierung des zweiten Moduls die Versorgung des Sensors weiterhin aufrechterhalten wird. Das erste Modul und das zweite Modul können im High-Side-Pfad (Verbindung zur Versorgungsspannung) und/oder im Low-Side-Pfad (Verbindung zu Masse) vorgesehen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Module in Reihe geschaltet, so dass eine Verbindung in folgender Reihenfolge besteht: zweite Steuereinheit, zweites Modul, erstes Modul, Verbindung zum Sensor. Da das erste Modul selbstleitend ausgebildet ist, ist der Sensor bei Aktivierung des zweiten Moduls von der zweiten Steuereinheit versorgbar. Diese Versorgung kann unterbrochen werden, in dem die erste Steuereinheit das erste Modul ansteuert und es deaktiviert.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Bremssystemanordnung, wobei folgender Schritt ausgeführt wird:
- • Versorgung des mindestens einen Sensors von der Leistungseinheit mit Energie, sowie
- • Übernahme der Energieversorgung des mindestens einen Sensors durch mindestens eines der Module in dem Fall, dass die Leistungseinheit nicht ordnungsgemäß funktioniert.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird zudem der Schritt ausgeführt, dass Signale und/oder Energie zwischen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit in einem dafür vorgesehenen Bereich der Bremssystemanordnung ausgetauscht werden. Der vorgesehene Bereich der Bremssystemanordnung ist besonders bevorzugt gegenüber Fehlern abgesichert, so dass die Bremssystemanordnung insgesamt ein höheres Sicherheitsniveau erreicht. Dafür wird in den vorgesehenen Bereich nur ein Energieeintrag zugelassen, welcher einen minimalen für eine Fehlerausbreitung nötigen Energieeintrag unterschreitet.
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In der besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens versorgt die Leistungseinheit die Sensoren im Normalfall mit Energie bzw. tauscht mit den Sensoren Signale aus. Die erste Datenverarbeitungseinheit ist mit den Sensoren über die jeweils als selbstleitende Transistoren ausgebildeten ersten Module verbunden. Wenn die Leistungseinheit und/oder die erste Datenverarbeitungseinheit ausfällt, wird das zweite Modul, welches als selbsthemmender Transistor ausgebildet ist, durch die zweite Datenverarbeitungseinheit angeschaltet, so dass die zweite Datenverarbeitungseinheit die Energieversorgung und/oder den Datenaustausch mit dem Sensor über das zweite und das erste Modul übernehmen kann.
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In schematischer Darstellung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremssystemanordnung sowie
- 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung der erfindungsgemäßen Bremssystemanordnung.
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1 zeigt eine Bremssystemanordnung 1 mit einer ersten Steuereinheit 3 und einer zweiten Steuereinheit 5. Die erste Steuereinheit 3 weist eine erste Datenverarbeitungseinheit 7 und eine Leistungseinheit 9 auf. Die zweite Steuereinheit 5 weist eine zweite Datenverarbeitungseinheit 11 auf. Die erste Datenverarbeitungseinheit 7 und die Leistungseinheit 9 sind über eine Verbindung 13 miteinander verbunden und können über diese Verbindung 13 Daten austauschen. Die Leistungseinheit 9 ist mit mindestens einem Sensor 15 verbunden. Vorzugsweise sind mehrere Sensoren 15 vorgesehen, welche als Raddrehzahlsensoren ausgebildet sind.
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Die erste Steuereinheit 3 ist dafür vorgesehen, Standardbremsfunktionen auszuführen. Die zweite Steuereinheit 5 ist bevorzugt als erweiterte Einheit für Feststellbremsfunktionen ausgebildet. Die Einheit kann somit Feststellbremsfunktionen ausführen, ist jedoch um eine zusätzliche Funktionalität erweitert. Diese zusätzliche Funktionalität betrifft die Ausführung von Hilfsbremsfunktionen. Sind beispielsweise die Standardbremsfunktionen nicht mehr mittels der ersten Steuereinheit 3 darstellbar, so kann die zweite Steuereinheit 5 trotzdem weiterhin einen Bremsvorgang mittels der Hilfsbremsfunktionen einleiten. Bevorzugt weisen die beiden Steuereinheiten 3, 5 separate Stromversorgungen auf. Die Datenverarbeitungseinheiten 7, 11 können über eine Leitung 43 miteinander verbunden sein.
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Die Bremssystemanordnung umfasst weiterhin mehrere Module. Insbesondere umfasst die Bremssystemanordnung zwei erste Module 17 sowie zwei zweite Module 19. Die ersten Module 17 sind besonders bevorzugt als selbstleitende Transistoren ausgebildet. Als zweite Module 19 sind bevorzugt selbstsperrende Transistoren vorgesehen. Die ersten Module 17 sind mit der ersten Datenverarbeitungseinheit 7 verbunden. Die zweiten Module 19 sind mit der zweiten Datenverarbeitungseinheit 11 verbunden.
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In der Verbindung zwischen der Leistungseinheit 9 und den Sensoren 15 sind mehrere Widerstände 21 und mehrere Dioden 23 angeordnet. Die Widerstände 21 sind bevorzugt als Messwiderstände ausgebildet und können daher zur Strommessung herangezogen werden. Insbesondere sind zwei Messwiderstände 21 vorgesehen, welche jeweils mit einem Signalverstärker 25 verbunden sind. Die Signalverstärker 25 sind wiederum mit der zweiten Datenverarbeitungseinheit 11 verbunden.
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In der Bremssystemanordnung 1 ist zudem ein geschützter Bereich 27 vorgesehen, welcher insbesondere die Module 17 und 19, die Messwiderstände 21 sowie die Signalverstärker 25 und die Dioden 23 umfasst. In einer nicht dargestellten, bevorzugten Weiterbildung, kann der geschützte Bereich derart hergestellt werden, dass Widerstände an entsprechenden Stellen der Verbindung zu den Datenverarbeitungseinheiten 7, 11 und der Leistungseinheit 9 vorgesehen sind (siehe dafür 2).
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Die ersten Module 17, welche bevorzugt als selbstleitende Transistoren ausgebildet sind, können nur durch die erste Steuereinheit 3, insbesondere durch die erste Datenverarbeitung 7, abgeschaltet werden. Standardmäßig - also im Normalbetrieb - sind sie immer aktiv. Die zweiten Module 19, welche bevorzugt als selbstsperrende Transistoren ausgebildet sind, sind standardmäßig deaktiviert und können nur durch die zweite Steuereinheit 5, insbesondere durch die zweite Datenverarbeitungseinheit 11, angeschaltet werden.
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Im Normalfall werden die Sensoren 15 von der Leistungseinheit 9 angesteuert und versorgt bzw. die erste Steuereinheit 3 erhält Informationen der Sensoren 15. Bei Ausfall der Ansteuerung durch die Leistungseinheit 9 und damit der ersten Steuereinheit 3 kann die zweite Steuereinheit 5 die Versorgung bzw. Informationsübertragung zu den Sensoren 15 übernehmen. Dafür aktiviert die zweite Datenverarbeitungseinheit 11 die zweiten Module 19, um eine Verbindung zwischen der zweiten Datenverarbeitungseinheit 11 und den Sensoren 15 herzustellen. Da die ersten Module 17 selbstleitend und damit zunächst aktiviert sind, kann die Versorgung von der zweiten Steuereinheit 5 über das zweite Modul 19 und das erste Modul 17 stattfinden. Falls die erste Datenverarbeitungseinheit 7 eine Fehlaktivierung der zweiten Module 19 feststellt, kann sie die ersten Module 17 deaktivieren, so dass eine Störung der Sensoren 15 vermieden wird.
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In dem Fall, dass die zweite Steuereinheit 5 die Versorgung/Ansteuerung der Sensoren 15 übernimmt, kann die zweite Datenverarbeitungseinheit 11 über eine weitere Leistungseinheit 39 die Betätigung von Aktuatoren 41 auslösen. So ist es beispielsweise möglich, mithilfe der Hilfsbremsfunktionen noch zu einem sicheren Abstellort für das Fahrzeug zu gelangen, selbst wenn die erste Steuereinheit 5 nicht mehr funktionstüchtig ist. Die Aktuatoren 41 können an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse angeordnet sein.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung der erfindungsgemäßen Bremssystemanordnung 1. Die Leistungseinheit 9 weist eine Schnittstelle 29 für Sensoren auf, wobei diese Schnittstelle 29 insbesondere mittelbar mit den Sensoren 15 verbunden ist. Die zweite Datenverarbeitungseinheit 11 weist bevorzugt einen Analog/Digitalwandler auf, welcher mit den Signalverstärkern 25 verbunden ist. In der Verbindung zwischen der ersten Datenverarbeitungseinheit 7 und den ersten Modulen 17 ist bevorzugt eine Pegelwandler 31 angeordnet. Der geschützte Bereich 27 wird bevorzugt durch das Vorsehen von Widerständen 33 erzeugt. Durch die Widerstände 33 wird erreicht, dass nur ein begrenzter Energieeintrag in den geschützten Bereich 27 zugelassen wird. Der Energieeintrag ist bevorzugt derart begrenzt, dass er einen minimalen für eine Fehlerausbreitung nötigen Energieeintrag unterschreitet. Die Widerstände 33 sind somit derart ausgebildet, dass sie nur einen Energieeintrag in den Bereich 27 zulassen, welcher nicht für eine Fehlerausbreitung ausreicht.
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Die Dioden 23 sind in 2 außerhalb des geschützten Bereichs 27 eingezeichnet. Die Dioden 23 können jedoch auch innerhalb des geschützten Bereichs 27 platziert sein. Jeweils ein erstes Modul 17, ein zweites Modul 19, ein Messwiderstand 21 und ein Signalverstärker 25 können auf einem Chip untergebracht sein, so dass die Anordnung zwei derartiger Chips umfassen kann.
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Zwischen den Dioden 23 und den Widerständen 21 kann jeweils ein weiterer Transistor 35 vorgesehen sein. Ein weiterer Transistor 37 ist bevorzugt an der Verbindung zwischen dem Signalverstärker 25 und dem zweiten Modul 19 platziert und ist an Masse angeschlossen. Zwischen den Widerständen 21 und den Sensoren 15 kann bevorzugt zudem eine selbstrückstellende Sicherung oder ein Widerstand (nicht dargestellt) angeordnet sein.
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In 2 ist jeweils nur ein Kanal für einen Sensor 15 gezeigt. Für jeden weiteren Sensor 15 wird bevorzugt ein weiterer Kanal vorgesehen. Mit der strichpunktierten Linie am rechten Rand der 2 ist der Übergang zwischen Steuereinheiten 3, 5 und Sensoren 15 angedeutet, wobei an diesem Übergang für die Verbindung z.B. Steckkontakte vorgesehen sein können.
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Weitere Informationen bezüglich der Erfindung finden sich in den nachfolgenden Ausführungen:
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Ausgegangen wird von zwei elektronischen Kontrolleinheiten (ECUs, Steuereinheiten 3 und 5) die getrennt mit Energie und Signalen versorgt werden. Physikalisch befinden sich diese ECUs jedoch beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte welche jedoch so gestaltet wird, dass Fehler eines ECU-Bereiches sich nicht in den Bereich der anderen ECU ausbreiten. Damit jedoch Signale und Sensorversorgungen ausgetauscht werden können, ist der geschützte Bereich 27 vorteilhaft, bei dem der Energieeintrag in diesen Bereich immer kleiner ist als der minimale zur Fehlerausbreitung benötigte Energiebetrag.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, sind alle Leitungen, die in den geschützten Bereich 27 hinein (z.B. Versorgung, Ansteuerungen...) oder heraus (Signale, Informationen, usw.) führen, entweder passiv mit Widerständen oder aktiv über Transistoren mit ihrem Stromverstärkungsfaktor hinsichtlich des möglichen Leistungseintrages in diesen / aus diesem Bereich 27 limitiert.
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Die aktive Limitierung der Transistoren lebt von dem Effekt der Stromverstärkung. Um möglichst einflussfrei (Spannungsabfälle) Energie in den Bereich 27 leiten zu können, werden die Transistoren derart mit Basisstrom beaufschlagt, dass mit minimaler Stromverstärkung noch der maximal zu erwartende Nennsensorstrom getragen werden kann (übersteuerter Transistor). Da die Stromverstärkung leicht weit über 100 liegen kann, sind dadurch auftretende Fehler unter 1% tolerabel.
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Zum funktionellen Betrieb, also zur Versorgung und Datenauskopplung des Sensoren sowohl aus/für Steuereinheit 3 und 5, werden vorteilhaft Komponenten benutzt, die vollständig im geschützten Bereich 27 liegen, soweit eine kritische Kopplung besteht.
- • Signalauswertung der Sensorsignale in der ersten Steuereinheit 3 durch Durchleitung in die Leistungseinheit 9.
- • Signalauswertung der Sensorsignale in der zweiten Steuereinheit 5 durch Strommessung mittels Meßwiderstandes (Shunt) 21 sowie signalverstärkt über Amplifier 25, wobei die Messwiderstände 21 und die Signalverstärker 25 wiederum versorgt werden aus der zweiten Steuereinheit 5 (denn dieser Weg ist ausschließlich für die zweite Steuereinheit 5 und somit versorgungstechnisch hinreichend unterstützt)
- • Sensorenergieversorgung aus der ersten Steuereinheit 3 erfolgt über die Leistungseinheit 9
- • Sensorenergieversorgung aus der zweiten Steuereinheit 5 erfolgt über die Transistoren der ersten und zweiten Module 17, 19 durch Anschluss an die Versorgungsspannung und an Masse
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Zur Beherrschung von häufigeren Fehlerfällen sind weitere Komponenten eingefügt:
- • Die Dioden 23 vor der Leistungseinheit 9 entkoppeln Kurzschlüsse der Sensorversorgung in der Leistungseinheit 9 nach Masse sowie der Sensormasse zur Versorgungsspannung
- • Die Reihenschaltung der ersten und zweiten Module 17, 19 ermöglicht den beiden Steuereinheiten 3, 5 die Versorgung der Sensoren sicher zu steuern und zwar auch dann, wenn eines der beiden Steuereinheiten 3, 5 durch Defekt eine falsche oder keine Ansteuerung ausführt (Trennung und Vereinzelung der logischen Verknüpfung).
- • Sollte die zweite Steuereinheit 5 beispielsweise feststellen, dass die Datenbus-gestützte Datenweiterleitung der Sensorsignale aus der ersten Steuereinheit 3 unterbleibt, so kann die zweite Steuereinheit 5 die Transistoren der zweiten Module 19 zuschalten und eine eventuell ausgefallene Versorgung von der ersten Steuereinheit 3 ersetzen.
- • Gleichwohl kann die erste Steuereinheit 3 die Ersatzversorgung aus der zweiten Steuereinheit 5 mit den Transistoren der ersten Module 17 unterbrechen, falls eine Fehlansteuerung der Transistoren der zweiten Module 19 erfolgte
- • Ist jedoch die erste Steuereinheit 3 tatsächlich ausgefallen, so schalten die Transistoren der ersten Module 17 durch ihren selbstleitenden Typ bedingt die Versorgung ohne Zutun der defekten ersten Steuereinheit 3 auf die zweite Steuereinheit 5 um.
- • Genauso trennen die Transistoren des zweiten Moduls 19 die Verbindung, wenn die zweite Steuereinheit 5 funktionsunfähig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremssystemanordnung
- 3
- Erstes Steuergerät
- 5
- Zweites Steuergerät
- 7
- Erste Datenverarbeitungseinheit
- 9
- Leistungseinheit
- 11
- Zweite Datenverarbeitungseinheit
- 13
- Verbindung zwischen erster Datenverarbeitungseinheit und Leistungseinheit
- 15
- Sensor
- 17
- Erstes Modul
- 19
- Zweites Modul
- 21
- Messwiderstand
- 23
- Diode
- 25
- Signalverstärker
- 27
- Geschützter Bereich
- 29
- Schnittstelle für Sensoren
- 30
- Analog/Digitalwandler
- 31
- Pegelwandler
- 33
- Widerstand
- 35
- Transistor
- 37
- Transistor
- 39
- weitere Leistungseinheit
- 41
- Aktuator
- 43
- Leitung
