DE102018111126A1

DE102018111126A1 - Bremssystem, insbesondere für automatisiertes Fahren

Info

Publication number: DE102018111126A1
Application number: DE102018111126.6A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14
Also published as: WO2019215278A3; CN112105533B; CN112135759A; US20210122348A1; WO2019215283A1; CN112135759B; DE212019000106U1; CN112105533A; DE112019003403A5; DE112019002352A5; US20210122349A1; WO2019215278A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2)der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48, Fig.6, 7) und ein erstes Getriebe (15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des Bremssystems ein- oder mehrfach redundant ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Zukünftige Bremssysteme müssen verschiedene erhöhte bzw. zusätzliche Forderungen erfüllen. Es sind dies insbesondere extreme Fehlersicherheit („fail operational“ FO) für automatisiertes Fahren (AD), eine sichere Feststellbremse bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (E-Fahrzeuge), bei denen die herkömmliche redundant-mechanische Parksperre im Getriebe entfällt.
Bekannt sind sogenannte Kombibremsen (EHC), bei denen an der Vorderachse (VA) eine hydraulisch betätigte und an der Hinterachse (HA) eine elektrisch betätigte Bremseinrichtung vorgesehen ist. Eine derartige Kombibremse ist z.B. in der DE 103 19 194 B3 dargestellt. Bei EHC-Lösungen sind für die elektrisch betätigte Bremseinrichtung selbsthemmende und nicht- selbsthemmende Untersetzungsgetriebe vorgeschlagen worden. Bei nicht-selbsthemmenden Untersetzungsgetrieben ist eine Parkierverriegelung notwendig. Bei Ausfall der Verriegelung ist jedoch keine Feststellbremswirkung vorhanden. Die Elektro-Motorleistung derartiger Bremsen wird bestimmt durch die Forderung nach sog. „time to lock“ bis z.B. 100 bar (TTL). Selbsthemmende Untersetzungsgetriebe werden vorwiegend bei der elektrischen Feststellbremse oder elektrischen Parksperren (EPB), wie z.B. der DE 10 2015 213866 eingesetzt, da die Forderungen nach TTL gering sind. Der Gesetzgeber fordert hier primär eine ausreichende EPB-Wirkung bzw. Parkbremswirkung am Berg. Bei selbsthemmenden Untersetzungsgetrieben kann auch die Getriebeübersetzung hoch gewählt werden, was trotz eines schlechten Wirkungsgrades einen Motor mit kleiner Leistung zur Folge hat. Bei der Kombibremse (EHC) wird die Motorleistung durch TTL und Wirkungsgrad bestimmt, was den Motor trotz relativ geringer elektrischer Bremswirkung an der Hinterachse nicht klein dimensionieren lässt. Die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU), die mit der kompletten elektrischen Steuerung am Bremssattel positioniert ist, ist infolge der hohen Temperaturen aufwendig und die Ausfallrate damit entsprechend hoch. Es sind Kraftsensoren zur genauen Einstellung der Bremskraft erforderlich. Ohne zusätzliche Maßnahmen genügt diese Kombibremse (EHC) nicht den Anforderungen „fail operational“ (FO) für höhere Level größer 4 (gem. VDA/SAE-Norm.
Bei den bekannten Kombibremsen mit einfacher Sicherheit erfolgt bei Ausfall der hydraulischen Bremseinrichtung eine elektrische Bremsung an der Hinterachse und umgekehrt. Ein solcher Ausfall führt aber zu erheblichen Verlusten an Bremswirkung bis über 50%, bei Ausfall der hydraulisch gebremsten Vorderachsbremse. Ein Ausfall der elektrischen Bremse führt überdies ggf. zum Ausfall der Feststellbremse. Es werden daher selbsthemmende Untersetzungsgetriebe verwendet. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, dass bei Einsatz einer elektrischen Betriebsbremse bei Blockieren des Getriebes während der Fahrt, bei einer sehr hohen Bremsleistung schnell eine Überhitzung der Bremse mit Brandgefahr entstehen kann.
Es sind auch elektrische Parkbremsen (EPB) mit hydraulischer Unterstützung bei verkleinertem Motor bekannt, wie sie z.B. in der DE 198 17 892 (E99) dargestellt sind. Diese haben sich jedoch nicht durchgesetzt, da bei Ausfall der Hydraulik auch ein Ausfall der Feststellbremse erfolgt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Bremssystem zu schaffen, mit kleinem Bauraum, vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und hoher Fehlersicherheit auch für autonomes Fahren bis Level 5 (gem. VDA/SAE: „von Start bis Ziel kein Fahrer erforderlich“).
Lösung der Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit, dass bei einem Kombibremssystem mit hydraulischer Bremse an der Vorderachse (VA) und elektrischer bzw. elektro-mechanischer Bremse an der Hinterachse (HA) eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des Bremssystems redundant ausgeführt sind.
Vorteilhafte Ausführungen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten und in der Figurenbeschreibung näher beschrieben.
Die elektro-mechanisch betätigbare Radbremse weist hierbei vorteilhaft eine zusätzliche bzw. redundante hydraulisch betätigbare Stelleinrichtung auf. Durch die elektrische und hydraulische Verstellung der Radbremse wird unter anderem die volle Betriebs-Bremswirkung und Feststell-Bremswirkung der erfindungsgemäßen Radbremsen erreicht.
Die Hinterachsbremse kann auch zusätzliche bzw. redundante Einrichtungen aufweisen, insbesondere auch, um ein Blockieren der Verstellung zu verhindern und trotz selbsthemmendem Getriebe die Bremswirkung für eine Erhöhung oder Reduzierung des Bremsmomentes zu sichern.
Die erfindungsgemäße Bauart ermöglicht eine sichere Feststellbremse und die Verwendung von Motoren mit kleinerer Leistung, da TTL-Anforderungen von der hydraulischen Unterstützung erfüllt werden und die elektrische Bremse keine TTL-Anforderungen erfüllen muss. Die hydraulische Verstellung wirkt mittels des Stellkolbens, der über eine Spindel (ohne deren Verdrehung) mit Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) auf den Bremskolben der Radbremse wirkt.. Damit ist ein schneller Aufbau des Bremsmomentes möglich, bis zur Höhe der Blockiergrenze. Der restliche Anstieg erfolgt mit der elektrischen Bremse über Getriebe und Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) (im Verstellkolben); hierfür ist keine hohe Betätigungsgeschwindigkeit notwendig.
Auch der ABS-Betrieb mit Auf- und Abbau des Bremsmomentes wird zweckmäßig elektrisch durchgeführt, da hierfür im Normalfall keine hohen Verstellgeschwindigkeiten erforderlich sind. Bei großen Änderungen der Bremswirkung, wie z.B. µ-Sprung, wirkt vorzugsweise zur groben Verstellung nur die hydraulische Regelung. Bei Ausfall der elektrischen Verstellung wirkt die erfindungsgemäße hydraulische Verstellung. Andernfalls wirkt die elektrische Verstellung allein, z.B. bei Ausfall der Druckversorgung (DV) der Hydraulik. Bei der Vorderachse (VA) und der Hinterachse (HA) wirkt dann in diesem Fall noch die Fußkraft auf den Hauptzylinder (HZ) zur Unterstützung der elektrisch betätigten Bremse der Hinterachse bzw. deren Bremswirkung. Dieser Fall ist extrem selten durch viele Redundanzen bei Dichtungen der Kolben-Zylinder-Einheiten (Druckversorgung DV, Hauptzylinder HZ, Wegsimulator WS), Ventilen und Elektro-Motor mit 2x3-phasiger Ansteuerung, alles Merkmale für sog. „fail-operational“ (FO). Bei diesem Konzept entfällt auch die Parkierverriegelung der Kombibremse (EHC) für die Funktion der Feststellbremse, die für FO-Anforderungen redundant ausgeführt werden sollte.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Konzept ist es auch, dass die hydraulische Verstelleinrichtung bzw. der hydraulisch betätigte Stellkolben über das Getriebe (KGT), insbesondere über eine Spindel des Getriebes (KGT) auf den Bremskolben wirkt. Hierbei ist zweckmäßig ein Ritzel zwischen dem Motorgetriebe zur Übertragung des E-Motormomentes und dem Getriebe (KGT) vorgesehen, um die Antriebskraft des Motors auf den Bremskolben zu übertragen. Das Ritzel ermöglicht dabei eine axiale Verschiebung der Spindel bezüglich des Motorgetriebes, insbesondere eines Schneckenrades, in dem das Ritzel verschiebbar angeordnet ist. Damit kann bei Blockierung des Zahnradantriebes des Motorgetriebes der hydraulische Verstellkolben die Bremskraft aufbringen. Details der Verstellung auch bei unterschiedlichen Fehlerfällen sind in der Figurenbeschreibung erläutert. Die Bewegung/Funktion oder Position des Stellkolbens kann von einem Sensor überwacht werden. Alternativ kann auch mittels der Fördermenge der Druckversorgung die Bewegung des Stellkolbens gemessen werden.
Mit einer redundanten Feststellbremse kann auch die mechanische Parksperre entfallen, welche bei reinem Elektro-Antrieb erheblich aufwendiger ist als die Parksperre bei Getriebeautomaten.
Die elektrisch betätigte Bremse benötigt einen Kraftgeber (KG) für den Verstellkolben, da die Motorstrommessung zu ungenau ist., insbesondere weil die Betätigung über ein Schneckengetriebe erfolgt und der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes und deren Veränderung im Betrieb mit Temperaturänderungen und Verschleiß nicht zuverlässig genug ermittelt werden kann. Der Kraftgeber ist aufwendig und muss bei FO-Anforderungen auch redundant ausgeführt werden. Mit dem hydraulischen Stellkolben bestimmt wie herkömmlich der Druck das Bremsmoment, der in der Druckversorgung gemessen wird. Bei der hydraulischen Betätigung über den Stellkolben wird die Drehmomentberechnung über Motorstrommessung verwendet, welche zuvor in einem Kennfeld mit Vergleich des hydraulischen Druckes i=f(p) ermittelt wurde. Damit ist die Zwischenstörgröße Spindelgetriebewirkungsgrad berücksichtigt. Damit ist die Strommessung hinreichend genau. Diese und kann dadurch verfeinert werden, in dem die Temperatur des Motors bestimmt wird, um zusätzlich den Einfluss der Motortemperatur auf die Drehmomentkonstante des Elektromotors zu berücksichtigen. Dies ergibt ein Kennfeld i=f(p,T_Motor) Bei zukünftigen Fahrzeugkonzepten ist der Bauraum im Aggregatenraum, insbesondere in Verlängerung des Bremspedals sehr beengt. Heutige Bremskraftverstärker (E-Boost) oder auch Tandem-Hauptzylinder finden keinen Platz mehr.
Für das hydraulische System der Vorderachse kann die vereinfachte 1-Box Lösung sehr kurzbauend ausgeführt werden, ca. nur 50% der Baulänge der bekannten E-Boost-Lösungen. Das Konzept kann auch als 2-Box-Lösung gestaltet werden, bei der nur ein 1-Kreis-Hauptzylinder an der Stirnwand befestigt ist, mit einer Baulänge von nur 25%. Hierzu sind zwei hydraulische Verbindungen vom Hauptzylinder zum Aggregat notwendig, umfassend eine Bremsleitung und eine Leitung vom Vorratsbehälter zum Aggregat. Das Konzept für die einkreisige hydraulische Steuerung der Vorderachse und der Hinterachse kann teil- oder vollredundant ausgeführt sein, damit höchste-FO-Anforderungen erfüllt werden.
Die Kombibremse (EHC) kann auch im Alternativkonzept (EHR II) ohne redundante hydraulische Betätigung der Hinterachsbremse redundant gestaltet werden, durch zum Beispiel eine redundante elektromagnetische Parkierverriegelung, nicht selbsthemmendem blockiersicherem Stirnradgetriebe, Motor mit 2x3-phasiger Ansteuerung und redundantem Hauptzylinder HZ, Wegsimulator WS und Druckversorgung DV. Der Kraftsensor kann auch redundant gestaltet werden, oder bei Ausfall als Redundanz eine Motorstrommessung über ein, zum Beispiel auf einem Prüfstand aufgenommenes Kennfeld verwendet werden. Bei der redundanten Parkierverriegelung bietet es sich an, zwei Hubmagnete mit Haftwirkung im verriegelten und stromlosen Zustand zu verwenden, die auch auf ein gemeinsames Sperrelement wirken. Damit ist eine Redundanz für die Verriegelung und auch die Entriegelung möglich.
Bei der bekannten EHC ist die komplette Steuerung (ECU) am Bremssattel vorgesehen. Hier herrschen teilweise hohe Temperaturen und der Bauraum ist begrenzt. Alternativ kann eine Teil-ECU verwendet werden mit redundantem Bordnetzanschluss über Busleitungen. Die Funktion Motoransteuerung und auch die Sensorauswertung ist ggf. erfindungsgemäß redundant ausgeführt. Das zentrale Computing kann in der ECU der 1- oder 2-Box oder in einem Zentralrechner (Domänenstruktur) durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Konzept kann bei entsprechender Anforderung modular gestaltet werden bezüglich der Anforderungen an Packaging 1-Box oder 2-Box, mit oder ohne Hauptzylinder HZ und auch in der Sicherheit von Level 5 bis Level 0, mit reduzierten Redundanzen und entsprechend niedrigeren Kosten.
Wesentlich für die redundanten Funktionen ist eine permanente Diagnose während des Betriebes und eine Volldiagnose beim Parkieren. Mit den oben beschriebenen Maßnahmen kann eine hohe FO erreicht werden für autonomes Fahren Level 4 (It. VDA/SAE Definition „kein Fahrer erforderlich im spezifischen Anwendungsfall) bzw. „Fahrer erforderlich bei Fehlerauftritt“ und Level 5. Es kann auch im Fehlerfall eine Abbremsung nahe 70% erreicht werden, so dass das Fahrzeug (nach ECE-Vorschrift) nicht unmittelbar nach Fehlerauftritt geparkt werden muss und auch keine rote Warnlampe angesteuert wird.
Nach dem Vorgenannten ist die voll- oder teilredundante Steuer- und Regeleinrichtung ECU auch an ein redundantes Bordnetz angeschlossen. Dieses hat mindestens zwei Energieversorgungen von 12 bis zu 800 V Spannung. In Zukunft wird bei vielen Fahrzeugen ein 12/48 Volt-Bordnetz Standard sein. Hierbei ist vorteilhaft, die Steuer- und Regeleinrichtung ECU welche Motoren mit 2x3-phasigen Anschlüssen steuern einen Strang mit zum Beispiel 3- oder n-phasiger Motorsteuerung mit der höheren Spannung (z.B. 48 V) zu versorgen. Beispielsweise ist die Dynamik des Motors mit der höheren Spannung deutlich besser und die Verlustleistung in der Motoransteuerung günstiger.
Die Redundanz kann erfindungsgemäß auch mehrfach gestaltet werden, wie das z.B. bei anderen Systemen mit sehr hohen Sicherheitsanforderungen bekannt ist (wie Steuerungen in der Flugzeugtechnik und Kernkraftwerkstechnik), z.B. bei Flugzeugen eine Dreifach-Redundanz mit einer „2 aus 3-Schaltung“ im Fehlerfall. Die Auswahl der Redundanz richtet sich nach der sicheren Fehlererkennung oder auch Fehlererkennung durch Plausibilitätsprüfung. Zum Beispiel ist der Ausfall einer Dichtung in einem geschlossenen System durch Volumenänderung, Druckänderung oder Positiosänderung eines Kolbensystems im Betrieb oder speziellem Diagnosezyklus sicher erkennbar. Dagegen ist dies bei einer elektrischen Schaltung oder Sensorschaltung schwieriger. Hier wird oft die oben genannte „2 aus 3-Schaltung“ verwendet, d.h. wenn zwei von drei Signalen identisch sind, so wird diese Konfiguration ausgewählt.. Bei Sensoren erscheint es zweckmäßig, zwei redundante Sensoren mit Auswerteschaltung , z.B. „2 aus 4“ anzuwenden. Entscheidend ist neben der Diagnose auch die Plausibilitätsprüfung von Signalen oder Diagnoseergebnissen.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Ausführung des Kolbens der Druckversorgung als Doppelhubkolben, insbesondere als Stufenkolben. Unter anderem sind dies kontinuierliche Förderung beim Druckaufbau, kurze Baulänge der Druckversorgung DV und Downsizings des Motors .
Ausführungsbeispiele der Erfindung und Ihrer Ausgestaltungen und weitere Einzelmerkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.
Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform (EHR I) eines Bremssystems für die Vorderachse und die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges als 1-Box;
1a eine Steuerung für einen Wegsimulator (WS) (EHRI und EHR II);
1b Redundanz bei DV zu einem Saugventil (EHRI und EHRII);
1c eine alternative Ausführungsform (EHR II) des Bremssystems;
2 ein Bremssystem (EHRI) mit redundanten Ventilen und einem 1-Kreis-Hauptzylinder (HZ) als 2-Box;
2a Ventile zur individuellen Hinterachs (HA) -Drucksteuerung für ein Bremssystem gem. 1 (EHRI);
2b eine einkreisige Druckversorgung (DV) mit einem Doppelhubkolben als Stufenkolben;
3 einen Tandem-Hauptzylinder (THZ) zur redundanten Vorderachs (VA)-Steuerung für beide Ausführungsformen des Bremssystems (EHRI und EHR II)
4 ein Bremssystem ohne Hauptzylinder (HZ) mit E-Pedal für beide Ausführungen (EHRI und EHRII);
5 ein Bremssystem gem. 4 für beide Ausführungen (EHRI und EHRII) redundant;
6 einen Hinterachs (HA)-Aktuator mit Stellkolben für EHR II;
6a eine Steuerung für einen Hinterachs (HA)-Bremskolben eines Bremssystems (EHRII) mit Aussteuerung des Stellkolbens; und
7 eine alternative Ausführungsform des Aktuators bzw. der Radbremse der 6.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Bremssystems (EHRI) mit einem1-Kreis-Hauptzylinder 4, mit einem Vorratsbehälter VB und einem Wegsimulator 5, einer Druckversorgung DV, die hier insbesondere eine Kolben-Zylinder-Einheit mit Elektroantrieb und Getriebe aufweist, ferner Ventilen, einer hydraulischen Hinterachs (HA)-Steuerung EHRL und EHRR, einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit ECU , sowie einer zentralen Steuer- und Regeleinheit Z-ECU.
Der Hauptzylinder 4 wird mittels eines Pedalstößels 4 über einen DK-Kolben 2 betätigt, welcher in bekannter Weise über ein Schnüffelloch an den Vorratsbehälter VB angeschlossen ist. Der DK-Kolben 2 ist über verschiedene Dichtungen im Hauptzylinder 4 abgedichtet: eine Sekundärdichtung D1 nach außen, eine Dichtung D2 zum Druckraum und eine Dichtung D3 als redundante Dichtung zu D2 mit Drossel Drs. Fällt Dichtung D3 aus, entsteht ein Leckstrom, der von der Drossel Drs begrenzt wird. Dieser Leckstrom wird als Volumenverlust und Pedalwegverlängerung von zwei Pedalwegsensoren 3, 3a erkannt werden. Die Drossel Drs ist so bemessen, dass die Pedalwegverlängerung während einer Bremsung nur gering ist. Die Drossel Drs kann auch in Leitungen D1 und D2 zum Vorratsbehälter VB eingesetzt werden, mit einem zusätzlichen (nicht dargestellten) Rückschlagventil parallel zur Drossel Drs., welches zu D1/D2 hin öffnet. Auch kann ein elektromagnetisches Absperrventil (wie in der DE 10 2005 018694 (E87) der Anmelderin beschrieben) verwendet werden. Mit beiden Lösungen ist eine Diagnose aller Dichtungen des Hauptzylinders und Wegsimulators möglich, indem von der Druckversorgung DV über ein Ventil FV Druck eingesteuert wird und z.B. über die Kolbenbewegung der Leckstrom in der Drossel DRs und zusätzlich den Dichtungen D1, D2 und Dichtung D8 im Wegsimulator WS ermittelt wird.
Mit dem Pedalstößel 1 ist ein Kraft-Weg-Simulator KWS verbunden (wie in der DE 10 2010 050132 (E123) der Anmelderin näher beschrieben), welcher auch im Extremfall bei blockiertem Kolben 2 oder Wegsimulator WS über den Differenzweg der Pedalwegsensoren 3, 3a noch eine Bremsung ermöglicht. Mit dem Kraft-Weg-Sensor KWS können auch Fehler im Wegsimulator erkannt werden, wie z.B. ein blockierter Kolben oder Leckage an einer Dichtung. Die Funktion des Wegsimulators WS mit Feder, hier ein elastisches Federelement, welches die Pedalcharakteristik Fp = f (ssc) bestimmt, ist bekannt.
Nach Pedalbetätigung wird das Ventil FV geschlossen und das Volumen wird dem Wegsimulator WS über die Drossel Dr zugeführt, die Pedaldämpfung bestimmt. Bei Rückbewegung des Pedals wird das Volumen über das Rückschlagventil RV wieder zum Kolben 5 der Druckversorgung DV zurückgeführt. Der Wegsimulator WS weist zwei Dichtungen D8 und D9 auf. Nach der Dichtung D8 ist ein Kanal mit der Drossel Drs verbunden, welche dieselbe Funktion wie bei Dichtung D3 hat. Fällt die Dichtung D8 aus, wird der Leckagestrom von der Drossel Drs gedrosselt, ohne dass es zu einem Ausfall des Wegsimulators Ws kommt. Das Ventil FV wird im Extremfall des Ausfalls der Druckversorgung DV geöffnet, so dass in der sog. Rückfallebene noch mit dem Pedal gebremst werden kann. Dieses Ventil FV kann auch, wie in 2 gezeigt, redundant ausgeführt werden. In 1 wird davon ausgegangen, dass das Ventil beim Parkstop diagnostiziert wird, wobei der restliche Bremsdruck zur Diagnose verwendet wird. Unter anderem kann hier auch die Dichtigkeit getestet werden. Anschließend kann vor oder zugleich mit Beginn der Bremsung die elektrische Verbindung getestet werden bei geschlossenem Ventil. Hierbei wird das geschlossene Ventil nicht mit Schmutzpartikeln im Ventilsitz belastet, weil kein Durchfluss bei dichtem Ventilsitz möglich ist. Somit kann das Ventil als FO betrachtet werden. Bei Bremspedalbetätigung wird der Fahrerwunsch über Pedalweg bzw. Pedalwegsensoren 3,3a in Bremsdruck von der Druckversorgung DV über Motor und Spindel-Kolben-Getriebe mit Druckkolben 29 sowie offenes Ventil PD1 den Bremskreisen VL, VR und HA zugeführt. Der Druck wird von einem Druckgeber DG erfasst. Bei ca. 90 % des Solldruckes wird das Hinterachsventil SVH geschlossen und die restliche Bremsmomenterhöhung erfolgt elektrisch über die Hinterachssteuerung EHRL und EHRR. Die Gründe hierfür sind weiter unten erläutert. Der ABS/ESP-Betrieb mit Druckmodulation für den Druckab- und Druckaufabau würde im Normalfall mit elektrischer Verstellung erfolgen. Bei größerem Bremsmoment bzw. Druckänderungen kann dann wieder die hydraulische Verstellung auf ca. 90% des Solldruckes einsetzen. Es sind auch andere Schaltmodi denkbar, z.B. nur hydraulische Verstellung der Betriebsbremse und der Feststellbremse elektrisch oder auch Normalbremse elektrisch bei Ausfall der Hydraulik.
Der Druckabbau erfolgt in gleicher Weise über Verstellung des Kolbens der Druckversorgung DV. Hierbei wirkt der hydraulische Druck nicht direkt auf den Bremskolben wie bei der EPB, sondern auf einen Verstellkolben, der auf den Spindelantrieb wirkt.
Der Motor 8 kann 2x3-phasig (bekannt aus der Ansteuerung elektrischer Servolenkungen) angesteuert werden und gilt als FO-relevant. Ein Ausfall der Kolbendichtungen D10 bis D13 ist ähnlich mit redundanten Dichtungen gelöst wie beim Hauptzylinder 4. Fällt Dichtung D10 aus, so wirkt Dichtung D12 mit etwas Hubverlust mit Begrenzung des Leckvolumens bei Dichtung D12 über die Drossel und Diagnose über p = f(Hub x Kolbenfläche) in Relation der bekannten Druck-Volumen-Kennlinie.
Diese wird bekanntlich bei relevanten Zustandsänderungen des Bremssystems definiert, wie z.B. schlechter Entlüftung.
Eine weitere Störung der Druckversorgung DV kann durch ein undichtes Saugventil SV erfolgen, welches bis zur Hubmitte wirkt. Fällt dieses aus, so wirkt Dichtung D13, d.h. ab dem entsprechenden Hub ist das Ventil SV nicht mehr wirksam, was bedeutet, dass ein Zurückfahren des Kolbens in diesem Bereich zum Nachsaugen oder Nachfördern für weiteres Volumen, z.B. für höheren Druckaufbau mit verminderter Saugwirkung durch die manschettenartige Dichtung D13 erfolgt. Das gilt aber nur im Fehlerfall und ist deshalb akzeptabel. Sollte trotz aller Maßnahmen die Druckversorgung DV ausfallen, so wird auf die Rückfallebene RFE umgeschaltet. In diesem Fall wirkt der 1-Kreis-Hauptzylinder 4 über die offenen Ventile FV, SVR, SVL, SVH und geschlossenes PD1 in die Bremskreise VL, VR, HA und erzeugt zusätzlich zur elektrischen Bremswirkung an der Hinterachse HA eine hohe Abbremsung mit 500 N Fußkraft von >50%.
Ein Bremskreisausfall wird über die Druck-Volumen-Kennlinie mit erhöhtem Volumen erkannt und das für den Bremskreis zuständige Ventil SVR, SVL, SVH wird geschlossen. Auch können diese Ventile redundant in Reihenschaltung mit SVRred und SVLred ausgeführt werden. Es ist auch denkbar, einen Doppelhubkolben DHK (wie er z.B. in der WO 2016/023994 (E138)) der Anmelderin beschrieben ist) einzusetzen mit Anschluss an zumindest einen Hydraulikkreis LDV.
Die EHR weist einen elektro-mechanischen Antrieb mit einer Getriebevorrichtung auf, wie weiter unten in Zusammenhang mit den 6 bis 6a detailliert beschrieben ist. Die redundante ECU wirkt redundant auf die Teil-ECU (red.) der EHR. Bei einer zukünftigen Architektur mit Domänen- oder Zentralrechner kann das Computing für die einzelnen Funktionen entsprechend aufgeteilt werden.
1a zeigt ein zusätzliches Abschaltventil zum Wegsimulator WS, wie es bei heutigen Systemen mit Wegsimulator verwendet wird, um einen Volumenverlust durch den Wegsimulator in der Rückfallebene RFE zu vermeiden. Bei dem System mit FO und vielen Redundanzen kann darauf verzichtet werden. Auch diese Ventil kann fehlerhaft sein und müsste zweifach redundant aufgebaut sein wegen der Fehler „nicht schließen“ und „nicht öffnen“.
1b zeigt eine Alternative zum Ausfall des Ventils SV durch ein zusätzliches Absperrventil AS, das beim Ansaugen wirkt. Beim Druckaufbau ist es geschlossen.
1c zeigt eine alternative Ausführungsform EHRII des Bremssystems, das bis auf die Hinterachssteuerung dem der 1, d.h. EHRI entspricht. Insbesondere ist bei dieser Ausführung eine hydraulische Leitung zu den Hinterachsradbremsen nicht vorgesehen. Vielmehr werden diese rein elektrisch betätigt. Hier wird eine Alternative ebenso mit möglicher Redundanz gezeigt.
Neben dem redundanten Motoranschluß mit 2x3-Phasen-Ansteuerung kann auch die Parkierverriegelung PV1 und PV2 redundant gestaltet werden, mit entsprechender Diagnose der Redundanz. Bei der redundanten Parkierverriegelung bieten sich zwei Hubmagnete mit Haftwirkung im verriegelten und stromlosen Zustand an, die auch auf das gemeinsame Sperrelement wirken, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 7 näher erläutert ist. Damit ist eine Redundanz für die Verriegelung und die Entriegelung möglich. Auch hier gilt noch das modulare Konzept mit entsprechenden Ausführungen für die jeweiligen Sicherheitsstufen, wobei die Druckversorgung DV sicherheitskritischer ist bei elektro-magnetischer Parkierverriegelung PV. Vorzugsweise kann hier ein Haftmagnet PV1 eingesetzt werden. Wird zum Parkieren zum Beispiel eine redundante Magnetspule erregt, so haftet durch den Haltemagnet der Anker sicher auch bei Ausfall der Ansteuerung mit entsprechender Diagnose des Haftzustandes, z.B. über Verdrehen des Motors. Somit ist die Parkierstellung und auch deren Entriegelung gesichert. Mit entsprechendem Getriebekonzept kann kein Blockieren eintreten. Nicht gezeichnet ist ein bei EHC üblicher Kraftsensor, der auch redundant ausgebildet sein kann, wobei auch Alternativen mit Motorstromkalibrierung über ein Kennfeld denkbar sind, z.B. auf einem Bremsenprüfstand oder Auswertung der Fahrzeugverzögerung bzw. - Änderung als Funktion der Motorstromänderung.
2 zeigt ein Konzept, welches weitestgehend dem der 1 entspricht, das als 1-Box-Lösung dargestellt ist. Der Unterschied liegt im getrennten Packaging des 1-Kreis-Hauptzylinders (1-Box) und der Druckversorgung DV mit Ventilschaltung mit ECU (2-Box).
Der 1-Kreis-Hauptzylinder hat eine extrem kurze Baulänge und auch Bauraum, was für moderne Fahrzeugstrukturen ein Schlüsselfaktor sein kann. Es sind hier zusätzliche hydraulische und elektrische Verbindungen zur 2-Box notwendig. Hydraulische Leitungen sind die Bremsleitung 9 vom Hauptzylinder HZ und Leitung 10 zum Vorratsbehälter VB. Zusätzlich ist ein zweites Ventil FV2 mit speziellem hydraulischen Anschluss vorgesehen. Beide Eingänge vom Hauptzylinder HZ und der Druckversorgung DV wirken von außen auf den Ventilsitz des Ventils FV2 und FV1 (Hauptzylinder HZ über Leitung 9 und Ventil FV1 und Druckversorgung DV über Leitung 9a und FV2). Für den Fall, dass die Bremsleitung 9 undicht wird, kann das Ventil FV1 geschlossen werden und zusätzlich auch FV2. Ohne diese Schaltung würde die Druckversorgung DV ausfallen oder das Ventil FV1 müsste in den Hauptzylinder HZ eingebaut werden, was den Bauraum und das elektrische Interface durch die elektrische Leitung zum Ventil stören würde , da sie Signalströme von wenigen mA benötigen. Die zusätzliche elektrische Verbindung ist notwendig von der Aggregate-ECU zur Sensor-ECU. Letztere verarbeitet die Signale der Pedalwegsensoren 3 und 3a und eines Niveaugebers im Vorratsbehälter VB mit Target mit Auswertung durch ein Sensorelement (vorzugsweise Hall-Element) in der Sensor-ECU. Die Signalübertragung zur Aggregate-ECU erfolgt über eine Busleitung 13, vorzugsweise auch redundant.
Die hydraulische Verbindung zur Hinterachse kann über ein Ventil SVH für beide Hinterräder (Ausführung 2) oder über je ein Ventil SVHR und SVHL für je ein Hinterrad (Ausführung, 2a) ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil der radindividuellen hydraulischen Druckeinstellung, was im ABS/ESP-Betrieb vorteilhaft ist. Die Druckregelung von allen vier Rädern, insbesondere im ABS/ESP-Betrieb erfolgt zweckmäßig im Multiplex (MUX)-Betrieb, insbesondere wie in der DE 10 2005 055751 (E90) der Anmelderin, auf die hier diesbezüglich Bezug genommen wird. Alternativ kann auch bei einem der Schaltventile (SV_HR oder SV_HL) einer Radbremse entsprechend der Patentanmeldung (PCT/ EP2015/081402 ) oder beiden Schaltventilen ein zusätzliches Auslassventil zum Druckabbau vorgesehen sein. Die Lösung mit einem Ventil ohne Auslassventil und Multiplex (MUX) hat den Vorteil im Vergleich zum konventionellen Auslassventil zum Druckabbau in den Vorratsbehälter VB , dass kein Volumenverlust durch Leck im Auslassventil eintreten kann und damit Fehlersicherheit gegeben ist, da der Druckabbau und Druckaufbau (Druckveränderungen) durch Rück- und Vorwärtsbewegung des Kolbens erfolgt. Beim vorliegenden Konzept betrifft der Multiplexbetrieb nur die beiden Vorderachsbremskreise mit Ventilen SVVL und SVVR zur individuellen Druckregelung . Beim Hinterachskreis erfolgt die Druckeinstellung z.B. auf die beschriebenen 90% des Solldruckes. Die Feineinstellung und der ABS-ESP-Betrieb erfolgt über die individuelle elektrische Verstellung.
Wesentlich ist auch hier die Ansteuerung der Ventile SV. Aus Gründen der Fehlersicherheit, z.B. Ausfall der Druckversorgung (p->0) und hoher Raddruck muss das Ventil SV selbsttätig öffnen; die wird dadurch erreicht, dass, wie im Prinzipbild gezeigt der Anschluss an die Druckversorgung DV auf der Innenseite des Ventils SV liegt und der Ausgang nach dem Ventilsitz. Diese Schaltung ist in der Patentanmeldung WO 2016/146224 oder PCT/ EP2015/081403 der Anmelderin, auf die hier insoweit Bezug genommen wird, näher beschrieben. Alle Ventile SV haben auch eine wichtige Funktion bei Bremskreisausfall. Bei entsprechender Diagnose wird das entsprechende Ventil SV zum lecken Bremskreis geschlossen. Auch hier können redundante Ventile SV eingesetzt werden, obwohl hier ein Doppelfehler Bremskreis und undichtes oder nicht schaltbares Ventil vorliegen würde, mit extrem kleiner Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. FIT (failure- in-time) - Wert.
2b zeigt eine einkreisige Druckversorgung DV mit einem Doppelhubkolben DHK als Stufenkolben mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen der Kolbenflächen, vorzugsweise im Verhältnis von 2:1. Die Vorteile von Stufenkolben sind in der WO 2015/177207 und WO 2015/036623 der Anmelderin beschrieben, auf die hier insoweit Bezug genommen wird und bestehen u.a. in einer kontinuierlichen Volumenförderung und Flächenumschaltung von Vorhub und Rückhub. Hierbei wirkt bei Rückhub eine kleinere Fläche; damit könne bei gleichem Motormoment auch höhere Drücke erzeugt werden, wie für die Druck-Volumen-Kennlinie eines Bremssystems typisch. Dies kann auch beim Vorhub mit entsprechender Ventilschaltung geschehen. Abhängig von der Anzahl der Ventile zur Schaltung, kann der Doppelhubkolben DHK auch 2-Bremskreise versorgen. Im vorliegend dargestellten Konzept wird nur ein Bremskreis versorgt.
Beim Vorhub wird Volumen von der großen Kolbenfläche in die Druckleitung LDV über das offene Ventil PD1 gefördert. Die Druckabbau-Steuerung kann auch nur über die Steuerung des Doppelhubkolbens DHK erfolgen, durch Einsatz eines weiteren Ventils PD4 parallel zu Ventil SV1, wie dies in der WO 2016/023994 und WO 2016 /146692 der Anmelderin beschrieben ist, auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Reicht das Volumen nicht aus, so erfolgt der Rückhub RH mit kleinerer Kolbenfläche für höheren Druck über ein offenes Ventil PD3 in dieselbe Leitung LDV. Soll noch weiteres Volumen mit entsprechend hohem Druck gefördert werden, so werden Ventil PD1 und Ventil PD3 beim Vorhub geöffnet, so dass mit kleinerer Fläche höherer Druck erzeugt wird. Das geförderte Volumen muß aber zum Druckabbau wieder zurück gefördert werden. Erfolgt dies nur im Bereich Vorhub, so erfolgt dies wie beim normalen Kolben der 2 über den Rückhub durch Hubzunahme, so dass Volumen zurückfließt. Erfolgt es jedoch beim Doppelhubkolben DHK nach dem Rückhub, wenn sich der Kolben am Hubende befindet und zurückbewegt werden muß über das geöffnete Ventil PD2 das Volumen in den Vorratsbehälter VB gefördert werden, bis der Kolben wieder in der Ausgangsstellung ist. Die Druckänderungsgeschwindigkeit erfolgt durch Pulsweitenmodulations-(PWM)-Betrieb von Ventil PD2, PD3 oder beiden. Anstelle des Ventils PD2 kann auch eine Schnüffelloch (SL)-Steuerung mit Kanal im Kolben DHK erfolgen, wie dies in der unteren Hälfte von 2b dargestellt ist. Hierbei ist das Ventil PD3 offen, so dass das Volumen über das Schnüffelloch SL in den Vorratsbehälter VB abströmt. Die Durchflußmenge kann über die Kolbensteuerung des Öffnungsquerschnittes des Schnüffelloches SL erfolgen oder auch mittels Messung der entsprechenden Druckänderungsgeschwindigkeit über den Druckgeber DG. Bei dieser Steuerung ist das Ventil PD3 nicht erforderlich. Parallel oder alternativ zu dieser Druckabbausteuerung kann auch bei offenem Schnüffelloch die Steuerung durch alle Ventile SV durch Pulsweitenmodulation PWM erfolgen. Beim Vorhub wird hierbei durch Überfahren des Schnüffelloches SL die Verbindung zum Vorratsbehälter VB geschlossen, so dass anschließend die Kolbenrückseite Volumen über das Ventil SV ansaugt, um, wie oben beschrieben, beim Rückhub Volumen für den weiteren Druckaufbau zu fördern. Entsprechend wird dann das Ventil PD3 geschaltet. Wenn, wie oben beschrieben, ein Druckabbau aus der Rückhubstellung erfolgen soll, so fährt der Kolben in die Hubanfangsstellung und das Volumen gelangt über das Schnüffelloch zum Vorratsbehälter VB.
Zur Ausfallsicherheit kann der Ausfall der redundanten Dichtungen D12 und D13 wie bei den anderen Dichtungen über eine Drossel Drs erfolgen. Die gezeigte Drossel Drs für die Dichtungen D10 und D11 erfordert die Ventilkonfiguration PD1, PD2 und PD3 oder es muss, eine Dichtung D12 eingesetzt werden mit Drossel Drs nach Dichtung D12, wie in 1 gezeigt. Die Lösung mit Doppelhubkolben DHK hat auch hier die Vorteile der kontinuierlichen Förderung beim Druckaufbau, der kurzen Baulänge der Druckversorgung DV und des Downsizings des Motors mit zusätzlichen Ventilen (max. zwei Magnetventile MV und ein Ventil SV.
3 zeigt einen 2-Kreis-Tandemhauptzylinder wie er z. B. in der WO 2016/023994 (E138b-d) der Anmelderin beschrieben ist. Dieser hat im Vergleich zu dem Hauptzylinder der 1 einen zusätzlichen Schwimmkolben SK und zusätzliche redundante Dichtungen D14, D15 zur Abdichtung des Stößels des Kolbens SK des Hauptzylinders . Auch hier wieder mit der bezüglich 1 beschrieben Drossel Drs. Auch der Kolben SK hat redundante Dichtungen D4 und D5 mit Drossel Drs und Dichtung D6 und D7 mit Drossel DRs. Damit ist auch der Tandem-Hauptzylinder sicher entsprechend FO.
Wegen des Kolbens SK mit getrenntem Bremskreis ist Ventil SVLL in einer Zweigleitung ausgehend von der Leitung von der Druckversorgung DV zum Kolben SK geschaltet. Der Vorteil des Tandem-Hauptzylinders THZ und dieser Ventilschaltung ist das es zu keinem Ausfall der Druckversorgung DV kommen kann bei Ausfall des Bremskreises VL ohne zusätzliche Einschaltung von Ventil SVVL. Bei Ausfall des Bremskreises VR muß, wie bei der Ausführung gem. 1, nach Fehlererkennung über die Plausibilität der Messung der Druck-Volumen-Kennlinie mit der Druckversorgung DV das entsprechende Ventil SVVR geschlossen werden. Ergänzend ist zu bemerken, dass z.B. bei Parkstopp die Dichtheit aller Ventile getestet werden kann und bei jeder Bremsung die Dichtheit der Bremskreise über die o.g. Messung der Druck-Volumen-Kennlinie diagnostiziert werden kann., so dass der Doppelfehler „Ausfall Bremskreis“ und „undichtes Ventil SV“ eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ergibt, der den Maßstab für FO darstellt.
4 entspricht der Anordnung bzw. dem Konzept von 1 mit dem Unterschied dass kein Hauptzylinder vorgesehen ist. Vielmehr ist hier eine alternative Ansteuerung der Sensor-ECU durch E-Pedal oder Start-Go-Schalter 14 vorgesehen. Auch diese elektrische Verbindung 13 von E-Pedal 14 zur ECU muss redundant sein.
5 zeigt einen weiteren Ausbau der Redundanz mit zwei Ventilen DV und entsprechend redundantem Ventil SV für die Vorderachse VA (SVVR, red. SVV usw.). Auch kann, wie in 2a gezeigt, das Ventil SVHA redundant ausgeführt werden. Die ECU sind komplett redundant ausgeführt mit Verbindung zu 14 E-Pedal/Start-Go-Schalter mit elektrischer Leitung 13. Auch hier ist die Diagnose während der Fahrt und vorwiegend beim Park-Stop von großer Bedeutung (siehe hierzu auch DE 10 2016 142971 der Anmelderin auf die insoweit hier Bezug genommen wird) (E150).
Alle in den 1, 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungen können auch anstelle der elektro-hydraulischen Systemkombination (EHRI) mit einer rein elektrischen redundanten Version ausgestattet werden (EHRII) (siehe 1c).
6 zeigt den Aufbau einer elektro-hydraulischen Steuerung EHR bzw. einer Radbremse . Ein Bremssattel 23 ist im Prinzip dargestellt (ohne Verbindung zum Radträger), welcher zusammen mit dem Bremskolben 20 und den dem Bremsbelägen 21 auf die Bremsscheibe 22 wirkt und damit das Bremsmoment bzw. die Bremswirkung erzeugt. Auf den Bremskolben 20 wirken zwei axiale Kräfte, nämlich a. vom Verstellkolben 19, welcher axial auf die Spindel 16 und die Spindelmutter 24 wirkt (ohne Verdrehung) und b. vom elektrischen Antrieb, der über ein Schneckenrad 17 und die Spindel 16 mit Spindelmutter 24,d.h. das Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) wirkt. Das Schneckenrad 17 wird über ein selbsthemmendes Getriebe 15 vom Elektro-Motor 8 angetrieben. Dieser ist, über einen Stecker elektrisch mit der Leiterplatte (PCB) 26 der der Radbremse zugeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) verbunden, ebenso ein Motorsensor 27 und ein Positionssensor 28 mit Target 28a auf der Spindel. Mit diesem Positionssensor 28 kann die axiale Bewegung des Verstellkolbens 19 und der Spindel 16 mit Ritzel gemessen werden. Der Verstellkolben 19 weist zwei Dichtungen D20 und D21 auf, die auch redundant ausgeführt sein können.
Die Spindelmutter 24 ist mit einem Fixierelement 24a axial fixiert, so dass mit der Spindel in beiden Richtungen verstellt werden kann, was zur Einstellung des sog. Belaglüftspiels BLS zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag notwendig ist. Bekanntlich verursacht die übliche Restanlegekraft des Bremskolbens eine bezüglich der CO2-Belastung nicht vernachlässigbare Reibung. Die Einstellung des Belaglüftspiels BLS über die Einstellparameter Verstellweg und Strom ist von modernen Parkbremsen bekannt. Dieses Lüftspiel wird erfindungsgemäß vorzugsweise nur mittels der elektrischen Verstellung durchgeführt. Die Axialkraft der Spindel wird von einem Axiallager aufgenommen, das auf der Spindel 16 zwischen einer mit dieser fest verbundenen Scheibe und dem Verstellkolben 19 angeordnet ist.
Der Verstellkolben 19 wird primär durch die Rückstellkräfte des Bremssattels 23 über des Bremskolben 20 in die Ausgangsstellung zurückgestellt und zusätzlich gegebenenfalls mit einer Kolbenrückstellfeder KF in die Position A, wenn er sich bei -h befindet. Die Position +/-h wird vom Positionssensor 28 gemessen und kann zusätzlich bei geschlossenen SVH in dieser Stellung blockiert werden. Von der Ausgangsposition A kann der Kolbenhub h in beiden Richtungen +/-h wirken und auch gemessen werden.
Diese Feder KF kann auch über einen (nicht dargestellten) Anschlagring vorgespannt werden.
Erfolgt nun nach einem Druckaufbau oder Bremsmomentanstieg eine Getriebeblockierung, so kann bei Druckabbau der Stellkolben 19 durch die Rückstellkräfte des Bremssattels 23 auf den Bremskolben 20 zurückgestellt werden in die Ausgangsposition A abhängig vom Hubbeitrag der elektrischen Verstellung. Ist dies beim Druckabbau kleiner als beim Druckaufbau (ca. 5-10%) so entsteht ein Restweg Δh, der dann zu -h bei der Ausgangsposition führt, damit keine Restbremswirkung übrig bleibt.
Bei der nicht-elektrischen Verstellung ist der Stellkolben blockiert durch das geschlossene Ventil SVH bzw. SVHL und SVHR.
Nach Reparatur der Getriebeblockierung wird dann wieder Δh=0 für die Position A eingestellt. Zu erwähnen ist, dass eine Getriebeblockierung bei entsprechender Konstruktion selten auftreten wird. Es müssen aber wegen der kritischen Auswirkungen trotzdem Lösungen für diesen Fall vorgesehen sein.
Es sind auch andere als die vorgenannten Verstellstrategien (a.) zur hydraulischen Verstellung denkbar, zum Beispiel b. elektrische Verstellung nur der Feststellbremse oder c. bei schnellem Bremsmomentaufbau hydraulische Verstellung und langsamen Bremsmomentaufbau nur elektrische Verstellung. Hierbei kann auf eine komplizierte gemischte Verstellung verzichtet werden, d.h. Position A ist gleich Anschlag, -h gibt es nicht. Nachfolgend noch Bemerkungen zur Leistungsbilanz des Motors. Der Motor benötigt wegen des schlechten Wirkungsgrades des selbsthemmenden Getriebes etwa um den Faktor zwei mehr Leistung. Wie schon ausgeführt, soll der Motor um den Faktor drei kleinere TTL erfüllen, da die schnelle Verstellung von der hydraulischen Verstellung erledigt wird und für ABS/ESP kleinere Verstellgeschwindigkeiten erforderlich sind. In der Bilanz ist doch 30% Gewinn zu verzeichnen und Einsparung beim Getriebe und Entfall der Parkiersperren mit entsprechender Baugröße.
6a zeigt einen aktivierten Verstellkolben 16, welcher von der Druckversorgung DV und geöffnetem Ventil SVH Volumen mit dem entsprechenden Druck erhält. Die Druckversorgung DV steuert den Druck entsprechend dem Kennfeld der Pedalwegsensoren für die Hinterachse HA ca. 5 bis 10% reduziert. Den restlichen Betrag zu 100% liefert die elektrische Verstellung über ein Kennfeld der Verstellweg über Motor und Motorsensor. Ggf. kann hierzu auch der Motorstrom zusätzlich verwendet werden. Das Kennfeld wird über den hydraulischen Druck der Druckversorgung DV aufgenommen, was ein Δl Verstellweg ergibt.
Dieser druckproportionale Verstellweg kann dann über den elektrischen Antrieb über den Motorsensor auch aus dem Kennfeld erfolgen was proportional zum Hub des Druckkolbens 29 ist. Dieser Hub liefert über die Fläche des Kolbens ein Volumen, das zu einem Druck führt, der proportional zur Druck-Volumen-Kennlinie (p-v-Kennlinie) des angeschlossenen Bremskreises führt. Diese Kennlinie bzw. dieses Kennfeld wird in bestimmten Betriebszuständen aktualisiert, wie dies z.B. aus der DE 10 2005 055751 (E90) der Anmelderin bekannt ist auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Aus diesem Kennfeld kann zu jeder Zeit der Druck bestimmt und zusätzlich noch über den Druckgeber DG gemessen werden. Mit dieser Möglichkeit der Auswertung des Kolbenweges aus dem Volumen der Druckversorgung DV besteht das Potential auch auf den Positionssensor zu verzichten, insbesondere bei der oben beschriebenen Verstellstrategie b. und c. Es kann auch noch zusätzlich der Motorstrom verwendet werden mit einem vorzugsweise getrennten Kennfeld. Hierzu werden vom Stellkolben verschiedene Druckniveaus mittels Druckgeber DG über die Druckversorgung DV eingesteuert, z.B. ab 10 bar in 10 Stufen bis 100 bar. Bei der entsprechenden Stufe wird der Druck konstant gehalten und der Motorstrom erhöht bis eine Motordrehung und Spindelbewegung stattfindet. Die Messungen ergeben dann einen Druckproportionalen Motorstrom. Damit werden alle Toleranzfaktoren auf den Motorstrom eliminiert. Das Kennfeld kann auch für den Druckabbau und die entsprechende Stromreduzierung verwendet werden.
Für die genaue Einstellung der Bremswirkung ist bei der o. g. Bremssystemversion EHR II ein aufwendiger Kraftsensor notwendig. Wie in 2 gezeigt, kann die elektro-hydraulische Steuerung EHR I mit einem gemeinsamen SVH geschaltet werden oder wie in 2a gezeigt individuell. Hierbei ist die Verstellstrategie a, b, und c maßgebend.
Auch die elektrische Feststellbremse kann z.B. bei Ausfall des Elektro-Motors durch die hydraulische Verstellung für begrenzte Zeit wirken. Nach Fehlerauftritt wirkt die Druckversorgung DV mit entsprechendem Druck. Dieser wird gehalten nach Schließen von SVH. In kleinen Zeitabständen kann von der Druckversorgung DV und dem Druckgeber DG geprüft werden, ob das SVH dicht ist, d.h. keinen Druckverlust zeigt. Danach kann das Zeitintervall groß gestaltet werden. Dies erfordert für die ECU einen bestimmten Weckmodus, der solange aufrecht erhalten wird, bis der Service eintrifft oder die Parksituation des Fahrzeugs nicht mehr kritisch z.B. am Hang ist, so dass die zweite, noch intakte EHR ausreicht.
7 zeigt eine alternativ zur 6 den Aufbau eines Aktuators ohne hydraulischen Stellkolben für ein Bremssystem EHRII mit Redundanz bei der Parkierverriegelung 40 und vorzugsweise auch beim 2x3-phasigen Elektromotor 8 mit elektrischem Anschluß 8a zur PCB 26. Der Motor treibt, vorzugsweise über ein Planetengetriebe 31 und ein nichtselbsthemmendes Stirnradgetriebe 30, sowie Spindel mit Ritzel 16 und ein Kugel-Gewinde-Getriebe KGT den Bremskolben 20 in beiden Richtungen an. Das Planetengetriebe 31 ist in einer Lagerung 39 abgestützt. Vorzugsweise ist direkt am Ausgang des Motors auf der Welle ein Sperrrad positioniert, da hier das kleinste Moment auftritt und die Parkiervorrichtung kleinbauend macht. Auf dieses Sperrrad wirkt ein Sperrschieber mit einer Rückstellfeder, die so dimensioniert ist, dass bei Federbruch immer noch genügend Federkraft vorhanden ist. Mit dem Sperrschieber ist über einen Träger die Polplatte 37 mit Haftmagnet verbunden. Bei Erregung der Spulen wird dieser über die Magnetkraft zur Einrastung bei drehendem Motor gebracht und anschließend werden sowohl die Erregung des Magneten als auch der Motor abgeschaltet. Die Rastung kann über den Strom-Zeit-Verlauf oder die Änderung der Drehrichtung diagnostiziert werden. Durch den Haftmagnet wird der Sperrschieber in der eingerasteten Stellung gehalten. Zur Entriegelung wird durch Änderung des Magnetflusses mit Umpolung die Haftkraft eliminiert und die Feder bewegt den Sperrschieber aus der Verriegelungsstellung. Auch hier wird wieder der Motor aktiv, um die Kräfte am Sperrschieber klein zu halten. Bei hohen Sicherheitsanforderungen sind die Magnetsysteme 35 und 35a redundant mit entsprechendem elektrischen Anschluss. Hier ist das Magnetsystem parallel angeordnet und in 7a in Reihe, was eine kompaktere Bauform ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Pedalstößel
2: Kolben DK
3: Pedalwegsensor 1 SM
3a: Pedalwegsensor 2 SSL
4: 1-Kreis Hauptzylinder (HZ)
5: Wegsimulator
6: elastisches Element
7: 2x3-phasige redundante Ansteuerung
8: Motor
9: Bremsleitung
10: Leitung zum Vorratsbehälter VB
10a: Leitung zum Vorratsbehälter VB
11: Schwimmer mit Target
12: Sensorelement, z.B. Hall-Element
13: Sensor-ECU, elektr. Verbindung von Sensor-ECU zur ECU
14: E-Pedal /Start-Go-Schalter
15: selbsthemmendes Getriebe
16: Spindel mit Ritzel
16a: Ritzel
16b: axialer Fortsatz der Spindel
17: Schneckenrad
18: axiale Führung
19: Verstellkolben
20: Bremskolben
21: Bremsbelag
22: Scheibenbremse
23: Bremssattel
24: Spindelmutter
24a: axiale Fixierung der Spindelmutter 24
25: Axiallager
26: PCB der ECU
27: Motorsensor
27a: elektr. Anschluß zum Motorsensor 27
28: Positionssensor
28a: Target des Positionssensors 28
29: Duckkolben der Druckversorgung DV
30: nicht selbsthemmendes Stirnradgetriebe
31: Planetengetriebe
32: Motorausgangswelle
33: Sperrad
34: Sperrschieber
35: Magnetsystem 1 mit Spule
35a: Magnetsystem 2 mit Spule
35b: elektrischer Anschluß zur PCB
36: Haftmagnet
37: Polplatte zum Sperrschieber
38: Rückstellfeder
39: Lagerung
40: Parkierverriegelung
48: Elektro-Motor
48a: elektr. Anschluß zur PCB
DV: Druckversorgung
D1-D13: Dichtungen
D20-21: Dichtungen am Stellkolben
KWS: Kraft-Weg-Sensor
ECU: elektronische Steuer- und Regeleinheit
Z-ECU: zentrale Steuereinheit
S-ECU: Teil-ECU für Sensoren
SV: Saugventil
FV: Trennventil
RV: Rückschlagventil
AS: Absperrventil
SVR: Absperrventil
SVL: Absperrventil
SVH: Absperrventil
SVHL: Absperrventil
SVHR: Absperrventil
EHR: elektro-hydraulische Steuerung
DG: Druckgeber
DHK: Doppelhubkolben
Dr: Drossel
Drs: Drossel für redundante Dichtung
VB: Vorratsbehälter
WS: Wegsimulator
SK: Schwimmkolben
LHA: Leitung zur Hinterachse
KGT: Kugel-Gewinde-Getriebe
KF: Kolbenrückstellfeder
EHRI: elektrohydraulisches System mit Redundanz mit hydraulischem Stellkolben
EHRIIelektr.: System ohne hydraulischen Stellkolben
RBVR: Radbremse vorn rechts
RBVL: Radbremse vorn links
RBHR: adbremse hinten rechts
RBHL: Radbremse hinten links

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 10319194 B3 [0003]
DE 102015213866 [0003]
DE 19817892 [0005]
EP 2015/081402 [0043]
WO 2016/146224 [0044]
EP 2015/081403 [0044]
WO 2015/177207 [0045]
WO 2015/036623 [0045]
WO 2016/023994 [0046]
WO 2016/146692 [0046]
DE 102016142971 [0051]

Claims

Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2)der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48, 6, 7) und ein erstes Getriebe (15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des Bremssystems ein- oder mehrfach redundant ausgeführt sind.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-mechanisch betätigbare Radbremse (RH1, RH2) eine zusätzliche bzw. redundante hydraulisch betätigbare Stelleinrichtung (19), aufweist, um eine elektrische und hydraulische Verstellung der Radbremse für die volle Betriebs-Bremswirkung und FeststellBremswirkung zu erreichen.
Bremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen hydraulischen Stellkolben (19) aufweist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-mechanisch betätigbare Radbremse (RH1, RH2) eine Vorrichtung aufweist, um ein, insbesondere volles Blockieren der Verstellung zu verhindern und/oder die Bremswirkung für eine Erhöhung oder Reduzierung des Bremsmomentes zu sichern.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung bzw. der Stellkolben (19) auf ein Getriebe, insbesondere Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT)wirkt, um eine Bewegung (Verschiebung) der Stelleinrichtung bzw. des hydraulischen Stellkolbens (19) auf einen Bremskolben (20) der Radbremse zu übertragen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebe (15) selbsthemmend ausgeführt ist und insbesondere über eine nicht drehbare Spindel (16) und Spindelmutter (24) des Kugel-Gewinde-Getriebes (KGT) auf den Bremskolben (20) wirkt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung bzw. der Stellkolben (19), insbesondere ohne Drehung der Spindel (16) des Kugel-Gewinde-Getriebes, axial auf den Bremskolben (20) wirkt und insbesondere über ein Ritzel (16a) axial verschiebbar in einem Getrieberad (17) des Getriebes angeordnet ist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (19) einen Durchgang aufweist, durch den sich ein axialer Fortsatz (16b) der Spindel des Kugel-Gewinde-Getriebes (KGT) erstreckt, auf dem ein Ritzel (16a) angeordnet ist, das im Getrieberad (17) axial verschiebbar gelagert ist.
Bremssystem mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2) der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48)und ein erstes Getriebe (15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere für die hydraulische Verstellung bzw. Steuerung der hydraulischen Stelleinrichtung (19) eine redundante Dichtungseinrichtung, insbesondere mit einer Drosselvorrichtung in der Leitung zum Vorratsbehälter, aufweist (1, 5)
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Subsystem einen pedalbetätigten Hauptzylinder (HZ) und einen Wegsensor (WS) aufweist, mit einem redundanten Dichtungskonzept für den Hauptzylinder und den Wegsensor und mit, vorzugsweise redundanten Trennventilen (FV1, FV2) in einer hydraulischen Leitung zur Druckversorgung (DV) .
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (8, 48) für die für die Druckversorgung (DV) und/oder die elektrische Verstellung redundante Ansteuerungen der Motorwicklung auf weisen (insbesondere 2x3-phasig).
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Drucksteuerung der Radbremsen insbesondere redundante elektromagnetische Schaltventile aufweist, die bei großen Druckdifferenzen zwischen dem Eingang der Druckversorgung (DV) und dem Ausgang zum Radbremszylinder in beiden Richtungen betätigt werden.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilredundante elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) für die hydraulische Steuerung (EHR) und die elektrische Verstellung der Radbremsen mit zumindest einem Motorsensor im Zusammenwirken mit der zentralen Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) für das gesamte Bremssystem teil- oder vollredundant vorgesehen ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Druckversorgungseinrichtung (DV) ein Doppelhubkolben (DHK), insbesondere mit unterschiedlichen Wirkflächen ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung für ABS über Ventile (SV) vorzugsweise für zwei Radbremsen mittels Multiplex (MUX) erfolgt.
Bremssystem mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal, einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgung (DV) insbesondere auf Radbremsen der Vorderachse (RBVR, RBVL) des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBHR, RBHL) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor und ein erstes Getriebe vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Getriebe (KGT) nicht selbsthemmend ausgeführt ist und dass eine, vorzugsweise redundante, elektrische Parkiervorrichtung vorgesehen ist, mit elektro-magnetischen Haftmagneten (bleiben verriegelt ohne Strom), welche durch die elektrische Ansteuerung in die Verriegelungsstellung gebracht wird, wobei insbesondere die Verriegelung durch Ansteuerung des Elektro-Motors (48) überwacht wird. (7)
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgung (DV) eine hydraulische Leitung zum Vorratsbehälter (VB) aufweist und mittels einer Dichtung (D13) in etwa Hubmitte mit Saugventil (SV) in der Leitung zum Vorratsbehälter (VB) redundant ausgeführt ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckversorgung ein vom Aggregat getrennter Hauptzylinder (HZ) (2-Box-System) vorgesehen ist mit einer hydraulischen Verbindung zur Bremsleitung und zum Vorratsbehälter (VB), wobei ferner insbesondere eine Sensor-ECU vorgesehen ist, die Signale, insbesondere redundant, von einem Niveaugeber im Vorratsbehälter und des Pedalweges zu einer System-ECU weiterleitet.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Betätigungseinrichtung bzw. das Bremspedal als E-Pedal oder Stop/Go-Schalter (14) ausgeführt ist und dass eine weitere (redundante) Druckversorgungsvorrichtung (DV) vorgesehen ist. (5)
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte der (PCB) der der Radbremse zugeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) am Gehäuse des Getriebes angeordnet ist, wobei insbesondere die Wärmeableitung von der Leiterplatte (PCB) im Wesentlichen an einen Deckel des Gehäuses erfolgt, der insbesondere aus Aluminium besteht.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, bei Ausfall der hydraulischen Verstellung des Stellkolbens (19) die Verstellung der Radbremsen der Hinterachse (HA) elektrisch erfolgt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine modulare Auslegung und Konstruktion von Schlüsselkomponenten des Bremssystems, insbesondere des Hauptzylinders (HZ) des Wegsimulators (WS) der Druckversorgung (DV), Ventile und oder der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) für Produktion, Montage und Prüfung vorgesehen ist, wobei diese mit gleichen oder leicht modifizierten Einrichtungen für Produktion, Montage und Prüfung nach Anforderungen hinsichtlich Sicherheitslevel zusammengebaut werden können.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Bremsmomentes verschiedene Schaltmodi möglich sind, wobei vorzugsweise ca. 90% des Bremsmomentes mittels hydraulischer Verstellung und ABS/ESP - und Feststellbremswirkung mittels elektrischer Verstellung erfolgen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellkolben (19) eine Mittelstellung aufweist, die insbesondere mittels einer Feder bestimmt ist, wobei die Feder bei einer Reduzierung des Bremsmomentes durch die elektrische Verstellung mittels Schließen eines Ventiles SVH unwirksam für die Verstellung des Stellkolbens ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Doppelhubkolbens (DHK) mittels zwei Ventilen (PD1, PD3) erfolgt, wobei die Durchflussmenge (oder der zeitliche Druckabbau) über den Querschnitt des Schnüffelloches (SL) mit entsprechender Kolbenpositionierung und Auswertung derselben mittels der Signale eines Druckgebers (DG) erfolgt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Diagnose der ein- oder mehrfachen Redundanz vorgesehen sind, insbesondere zur laufenden Diagnose und mit Plausibilitätsprüfung.
Bremssystem insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Bordnetz mit unterschiedlichen Spannungen, insbesondere einem 12/48 V-Bordnetz und einer 2x3phasigen Ansteuerung für die Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strang einer 3- oder n-phasigen Motorsteuerung mit der höheren Bordnetzspannung versorgt wird.