DE102018133189A1 - Redundant braking system with 2 pressure supplies for electric vehicles and vehicles with autonomous driving from level 3 (HAD) to level 5 (AD) - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Fahrzeug, folgende Komponenten aufweisend:- mindestens zwei hydraulische Bremskreise mit jeweils mindestens einer hydraulisch wirkenden Radbremse,- mindestens zwei Druckversorgungseinrichtungen (DV1, DV2), die jeweils eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweisen, deren Kolben über einen Getriebe, insbesondere einen Spindelantrieb von einem elektromotorischen Antrieb angetrieben sind,- mindestens einer Ventilanordnung mit Ventilen zum radindividuellen Einstellen von Bremsdrücken und/oder zum Trennen bzw. Verbinden der Radbremsen mit einer Druckversorgungseinrichtung- mindestens einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit,dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckversorgungseinrichtung zwei voneinander unabhängige elektronische Steuer- und Regeleinheiten oder eine zweifach-redundante Steuer- und Regeleinheit zur Ansteuerung ihres elektromotorischen Antriebs aufweist, und/oder jede Druckversorgungseinrichtung jeweils einem Bremskreis für den Regelbetrieb des Bremssystems zugeordnet ist, und dass ein Verbindungsmodul zur wahlweisen Verbindung der Bremskreise vorgesehen ist, derart, dass bei Ausfall einer Druckversorgungseinrichtung die Druckversorgung bzw. Druckregelung für beide Bremskreise durch die andere noch funktionierende Druckversorgungseinrichtung erfolgt.The invention relates to a brake system for a vehicle, comprising the following components: - at least two hydraulic brake circuits, each with at least one hydraulically acting wheel brake, - at least two pressure supply devices (DV1, DV2), each having a piston-cylinder unit, the pistons of which have a piston Gearboxes, in particular a spindle drive are driven by an electric motor drive, - at least one valve arrangement with valves for setting the wheel-specific brake pressures and / or for separating or connecting the wheel brakes to a pressure supply device - at least one electronic control unit, characterized in that a Pressure supply device has two mutually independent electronic control and regulating units or a double-redundant control and regulating unit for controlling its electromotive drive, and / or each pressure supply device each has a brake circuit for the regulating unit Drive of the brake system is assigned, and that a connection module is provided for the optional connection of the brake circuits, such that if one pressure supply device fails, the pressure supply or pressure control for both brake circuits is carried out by the other still functioning pressure supply device.
Description
Bezeichnungdesignation
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem für eine Bremse für Elektrofahrzeuge und inbesondere Fahrzeuge mit hochautomatisiertem, vollautomatisiertem oder autonomem FahrenThe present invention relates to a device for a hydraulic actuation system for a brake for electric vehicles and in particular vehicles with highly automated, fully automated or autonomous driving
Stand der TechnikState of the art
Die Automobilindustrie befindet sich in einem disruptiven Veränderungsprozess. Neben der zunehmenden Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen werden verschiedene Stufen des automatisierten Fahrens durchlaufen, dies sind zunächst: Stufe 3 - Hoch Automatisiertes Fahren - HAD, Stufe 4 - Voll Automatisiertes Fahren - FAD und Stufe 5 - Autonomes Fahren - AD, wobei bei jeder Stufe die Anforderungen an die verwendeten Bremssysteme steigen. Hierdurch wurde die Entwicklung von neuen Bremssystemen vorangetrieben. Die Ablösung von Vakuumbremskraftverstärkern durch elektrische Bremskraftverstärker (e-BKV) begann 2005 nach ersten Lösungsansätzen [ATZ Ausgabe 6/11] mit der Markteinführung von sog. 2-Box-Lösungen mit elektrischen Folgebremskraftverstärkern und zusätzlicher ESP-Einheit im Jahr 2013 [ATZ-Ausgabe 4/18], zeitnah gefolgt durch erste integrierte 1-Box Systeme mit Pedalsimulator im Jahr 2017 [Bremsenhandbuch - Kapitel 20]. Aktuell werden Lösungen für die Stufe 3 (HAD) entwickelt.The automotive industry is in a disruptive change process. In addition to the increasing market penetration of electric vehicles, various stages of automated driving are going through, these are initially: Level 3 - Highly automated driving - HAD, Level 4 - Fully automated driving - FAD and Level 5 - Autonomous driving - AD, with the requirements at each level increase to the brake systems used. This pushed the development of new braking systems. The replacement of vacuum brake boosters with electric brake boosters (e-BKV) began in 2005 after initial solutions [ATZ
Ab Stufe
Ab Stufe
In Stufe
Mehrere neue-Fahrzeughersteller wie z.B. Apple, Uber oder Waymo arbeiten an komplett autonom fahrenden Fahrzeugen ohne Fahrer, die in der ersten Ausbaustufe ein Bremspedal mit einfacher Pedalgefühlsimulatoreinheit aufweisen (Stufe
Neben den beschriebenen elektrohydraulischen Bremssystemen gibt es die elektromechanische Bremse (
Bremssysteme für die Stufen FAD und AD können aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen nicht ausschließlich
In
In
In
Aus
Aus
Bestimmte Komponenten von Bremssystemen sind als sicherheitskritisch zu betrachten. Dies sind Dichtungen von Kolben, Magnetventile und Kugelgewindetrieb. Nachfolgend sind verschiedene Fehler und deren Auswirkungen aufgeführt:
- • Kolben: Kolbendichtungen können ausfallen, wobei die Undichtigkeit z.B. nicht bei kleinen Drücken, sondern erst bei hohem Drücken auftreten können. Eine Undichtigkeit führt zu einem Ausfall der Kolbenfunktion. Kolben werden in Wegsimulatoren, Druckversorgungen und Hauptbremszylindern (HZ) eingesetzt und können zu Pedaldurchfall bzw. Ausfall der Druckversorgung führen.
- • Magnetventile: Schmutzpartikel können sich im Ventilsitz absetzen. Wenn Magnetventile in einem offenen Bremssystem z.B. mit dem Vorratsbehälter verbunden sind, können sich bei Schließvorgang Partikel absetzen und die Verbindung ist nicht dicht. Die Dichtigkeit kann im geöffneten Zustand nicht diagnostiziert werden.
- • Kugel-Gewinde-Trieb: Kugel-Gewinde-Triebe verschleißen über Lebensdauer und können klemmen, insbesondere wenn Schmutzpartikel in den Kugel-Gewinde-Trieb gelangen. Dies kann zu Ausfällen der Druckversorgung führen.
- • Pistons: Piston seals can fail, whereby the leakage cannot occur, for example, at low pressures, but only at high pressures. A leak leads to a failure of the piston function. Pistons are used in displacement simulators, pressure supplies and master brake cylinders (HZ) and can lead to pedal failure or failure of the pressure supply.
- • Solenoid valves: dirt particles can settle in the valve seat. If solenoid valves in an open brake system are connected to the reservoir, for example, particles can settle during the closing process and the connection is not tight. The tightness cannot be diagnosed when open.
- • Ball screw drive: Ball screw drives wear over their service life and can jam, especially if dirt particles get into the ball screw drive. This can lead to pressure supply failures.
Die Anforderungen für Bremssysteme der Stufe
- - absolut geräuschloser Betrieb, d.h. keine störenden Geräusche von Aggregaten an der Spritzwand;
- - noch kürzere Bauweise als bei konventionellen PKWs aufgrund neuer Fahrzeug-Plattformkonzepten bei E-Fahrzeugen;
- - Radindividueller oder achsindividueller Bremseingriff, auch bei Komplett- oder Teilausfall von Modulen;
- - Funktionsumfang ABS, ESP, ASR, Rekuperation und Torque Vectoring mit möglichst geringer Einschränkung der Leistungsfähigkeit auch bei Komplett- oder Teilausfall von Modulen;
- - Maximale Rekuperation der kinetischen Energie des Fahrzeuges durch maximale Ausnutzung der Bremsleistung durch Elektromotoren; daher dynamische und genaue bedarfsgerechte Steuerung des hydraulischen Bremssystems;
- - Nutzung von verfügbaren Bremsmomenten, z.B. von Antriebsmotoren für Vereinfachung der Bremssysteme bzw. Verkürzung des Bremsweges;
- - Verstärkte Sicherheit durch Redundanz der Systeme, Signalübertragungen und Stromversorgung;
- - Diagnoseverfahren zur Erkennung von Leckagen bzw. Vermeidung schlafender Fehler;
- - hohe Anforderungen an die Regelgenauigkeit zur weiteren Bremswegverkürzung, insbesondere beim gemeinsamen Wirken von elektrischen Antriebsmotoren und hydraulischen Bremsmomenten;
- - hohe Modularität der Systeme, d.h. der Verwendung von gleichen Teilen/Modulen, insbesondere bei der Druckversorgung; Modularität ist getrieben durch eine Vielzahl an Fahrzeugantriebskonzepten, insbesondere in einer Koexistenz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, Hybridfahrzeugen und reinen E-Fahrzeugen (Verbrennungsmotoren, Hybridmotoren, reine E-Fahrzeuge, fahrerlose Fahrzeuge).
- - absolutely noiseless operation, ie no disturbing noises from units on the bulkhead;
- - Even shorter design than conventional cars due to new vehicle platform concepts for electric vehicles;
- - Wheel-specific or axle-specific brake intervention, even in the event of complete or partial failure of modules;
- - Range of functions ABS, ESP, ASR, recuperation and torque vectoring with the least possible restriction of performance even in the event of complete or partial failure of modules;
- - Maximum recuperation of the kinetic energy of the vehicle through maximum utilization of the braking power by electric motors; therefore dynamic and precise needs-based control of the hydraulic brake system;
- - Use of available braking torques, for example drive motors, to simplify the braking systems or shorten the braking distance;
- - Increased security through redundancy of the systems, signal transmissions and power supply;
- - Diagnostic procedures for the detection of leaks or avoidance of sleeping errors;
- - high demands on the control accuracy to further shorten the braking distance, especially when electric drive motors and hydraulic braking torques work together;
- - High modularity of the systems, ie the use of the same parts / modules, especially in the pressure supply; Modularity is driven by a variety of vehicle drive concepts, especially in the coexistence of vehicles with internal combustion engines, hybrid vehicles and pure e-vehicles (internal combustion engines, hybrid motors, pure e-vehicles, driverless vehicles).
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bremssystem bereitzustellen, das für die Anforderungen der hohen Verfügbarkeit beim vollautomatisierten Fahren (FAD) und beim autonomen Fahren (AD) erfüllt und auch für Elektrofahrzeuge geeignet ist.The object of the present invention is to provide a braking system which meets the requirements of high availability in fully automated driving (FAD) and autonomous driving (AD) and is also suitable for electric vehicles.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.The object of the invention is achieved by a braking system with the features of
Die Erfindung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass Redundanzanforderungen des vollautomatisierten Fahrens (FAD) und autonomen Fahrens (AD) erfüllt werden und gleichzeitig hohe Synergieeffekte im Zusammenwirken des Bremssystems mit elektrischen Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen genutzt werden. So ist beispielweise die Energierückgewinnung von kinetischer Energie durch den Elektromotor nicht durch das Bremssystem, wie zum Beispiel bei Folgebremskraftverstärkern ohne Wegsimulator gemäß
In der Ausführungsform für die Stufe
Bei der Ausführungsform für das autonome Fahren (AD) ist keine Betätigungseinheit vorgesehen wobei eine zentrale Regel- und Steuereinheit (
Für die radindividuelle redundante Bremsregelung sieht die Erfindung in einer Basisausführungsform vor, dass entweder
- - mindestens eine Druckversorgungseinrichtung zwei voneinander unabhängige elektronische Steuer- und Regeleinheiten oder eine zweifach-redundante Steuer- und Regeleinheit zur Ansteuerung ihres elektromotorischen Antriebs aufweist, und/oder
- - jede Druckversorgungseinrichtung jeweils einem Bremskreis für den Regelbetrieb des Bremssystems zugeordnet ist, und dass ein Verbindungsmodul zur wahlweisen Verbindung der Bremskreise vorgesehen ist, derart, dass bei Ausfall einer Druckversorgungseinrichtung die Druckversorgung bzw. Druckregelung für beide Bremskreise durch die andere noch funktionsfähige Druckversorgungseinrichtung erfolgt.
- - At least one pressure supply device has two independent electronic control and regulating units or a double-redundant control and regulating unit for controlling its electromotive drive, and / or
- - Each pressure supply device is assigned to a brake circuit for the control operation of the brake system, and that a connection module is provided for the optional connection of the brake circuits, such that if one pressure supply device fails, the pressure supply or pressure control for both brake circuits is provided by the other, still functional, pressure supply device.
Durch diese Ausbildung ist eine zweifache Redundanz zumindest für die Druckversorgung und deren Ansteuerung gegeben.This training provides double redundancy, at least for the pressure supply and its control.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung der Basisausführungsform zum Vorsehen einer weiteren Redundanz ist vorgesehen, dass mindestens eine, insbesondere jede, elektronische Steuer- und Regeleinheit voneinander getrennte Wicklungen des bzw. eines elektromotorischen Antriebs ansteuert. Hierdurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass bei Ausfall eines Wicklungssystems der Antriebsmotor zumindest noch mit dem halben maximalen Drehmoment betrieben werden kann.In a further embodiment of the basic embodiment according to the invention for providing further redundancy, it is provided that at least one, in particular each, electronic control and regulating unit controls separate windings of the or an electromotive drive. This advantageously ensures that if a winding system fails, the drive motor can still be operated at least half the maximum torque.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen können zudem dadurch sicherer gestaltet werden, wenn vorteilhaft entweder jeder Druckversorgungseinrichtung jeweils eine, insbesondere redundante, Ventilanordnung oder zwei Druckversorgungseinrichtungen eine redundante Ventilanordnung zugeordnet ist. Unter einer redundanten Ventilanordnung versteht die Erfindung, dass diese derart ausgeführt ist, dass bei Ausfall einer oder beider Steuer- und Regeleinheiten der Druckversorgungseinrichtung die Magnetventile der Druckversorgung noch sicher betrieben werden können.The previously described embodiments can also be made safer if each pressure supply device is advantageously assigned one, in particular redundant, valve arrangement or two pressure supply devices, a redundant valve arrangement. The invention understands a redundant valve arrangement in such a way that if one or both control and regulating units of the pressure supply device fail, the solenoid valves of the pressure supply can still be operated safely.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Druckversorgungseinrichtung zusammen mit der Ventilanordnung und der mindestens einen, der Druckversorgungseinrichtung zugeordneten elektronische Steuer- und Regeleinheit zu einem Modul bzw. Baugruppe zusammengefasst sein. Hierdurch ergibt sich eine kompakte und kostengünstige Einheit, die platzsparend und einfach in dem Fahrzeug untergebracht und montiert werden kann.In a further embodiment, the pressure supply device, together with the valve arrangement and the at least one electronic control and regulating unit assigned to the pressure supply device, can be combined to form a module or assembly. This results in a compact and inexpensive unit that can be accommodated and installed in the vehicle in a space-saving and simple manner.
Bei Vorsehen einer Betätigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Bremspedals, ist es von Vorteil, wenn diese auf eine Kolben-Zylinder-Einheit wirkt und deren Kolben verstellt, so dass über eine hydraulische Verbindung im Fehlerfalle ein Bremsdruck mit der Betätigungseinrichtung in mindestens einem Bremskreis aufbaubar ist. Hierbei kann ein einfacher Hauptbremszylinder oder ein Tandem-Hauptzylinder, optional mit redundanten Dichtungen, und zwingend erforderlichem Wegsimulator vorgesehen werden.If an actuating device is provided, in particular in the form of a brake pedal, it is advantageous if it acts on a piston-cylinder unit and adjusts its piston so that, in the event of a fault, a hydraulic pressure can be used to build up brake pressure with the actuating device in at least one brake circuit . A simple master brake cylinder or a tandem master cylinder, optionally with redundant seals, and an absolutely necessary displacement simulator can be provided.
Vorteilhaft regeln die vorbeschriebenen Bremssysteme im Regelbetrieb mit geschlossenem Bremskreis, d.h. im Regelbetrieb erfolgt kein Druckabbau über Magnetventile in den Vorratsbehälter, und/oder der Druck in den Radbremsen des jeweiligen Bremskreises wird im Multiplexverfahren und/oder gleichzeitig eingeregelt bzw. eingestellt. Zur Sicherheit sollten die Schaltventile derart an die Radbremsen angeschlossen sein, dass sie sich durch Druck in der Radbremse selbstständig öffnen. Hierdurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass in jedem Fall der Bremsdruck in den Radbremsen abgebaut werden kann und es nicht zu unerwünschtem Abbremsen bzw. Blockieren der Räder kommt.The above-described brake systems advantageously regulate in closed-loop operation, i.e. in normal operation there is no pressure reduction via solenoid valves in the storage container, and / or the pressure in the wheel brakes of the respective brake circuit is multiplexed and / or adjusted or set simultaneously. For safety, the switching valves should be connected to the wheel brakes in such a way that they open automatically due to pressure in the wheel brakes. This advantageously ensures that the brake pressure in the wheel brakes can be reduced in any case and that there is no undesired braking or locking of the wheels.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn bei den vorbeschriebenen Bremssystemen ein Druckabbau im Regelbetrieb, insbesondere bei sehr hohen Druckdynamikanforderungen z.B. bei high-µ-ABS-Regelung, insbesondere bei Ausfall einer Druckversorgungseinrichtung und/oder einer Steuer- und Regeleinrichtung einer Druckversorgung in einer Radbremse über das Öffnen eines Auslassventils in den Vorratsbehälter, insbesondere im erweiterten Multiplexbetrieb (sog. MUX 2.0-Verfahren), bei dem eine Druckversorgungseinrichtung für alle Radbremsen die Druckregelung übernimmt, erfolgt.It is also advantageous if, in the case of the brake systems described above, a pressure reduction in normal operation, in particular in the case of very high pressure dynamic requirements, e.g. in the case of high-µ ABS control, in particular in the event of failure of a pressure supply device and / or a control and regulating device for a pressure supply in a wheel brake, by opening an outlet valve in the reservoir, in particular in the expanded multiplex mode (so-called MUX 2.0 method) a pressure supply device for all wheel brakes takes over the pressure control.
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der vorbeschriebenen Bremssysteme ist mindestens eine Radbremse, vorzugsweise zwei Radbremsen, eine hydraulisch unterstützte elektromechanische Bremse (
Sofern bei einem der Bremssysteme keine Betätigungseinrichtung und/oder ein Traktionsmotor für ein Rad oder eine Achse vorgesehen ist, sollte das Bremssystem, insbesondere auch die elektronischen Steuer- und Regeleinheiten der Druckversorgungseinrichtungen, von einer übergeordneten zentralen Steuerungseinheit gesteuert werden. Die übergeordnete Steuerungseinheit kann dabei die Druckversorgungseinrichtungen, Ventile, elektrischen Antriebsmotoren und/oder
Beim Vorsehen mindestens eines elektrischen Antriebs- bzw. Traktionsmotors für mindestens eine Achse oder Rad des Fahrzeugs kann dieser vorteilhaft für das Abbremsen einer Achse oder eines Rades mit genutzt werden. Hierdurch ist eine weitere Redundanz gegeben. So kann im Regelbetrieb oder bei Ausfall einer Komponente des Bremssystems, z.B. einer Druckversorgungseinrichtung, auch noch eine (unterstützende) Bremskraft mittels des bzw. der Traktionsmotors(-en) erzeugt werden. Durch einen kombinierten Einsatz von Druckversorgungseinrichtungen, hydraulisch unterstützter elektromechanischen Bremse(n)
Vorteilhaft kann bei den vorbeschriebenen Bremssystemen jeder Druckversorgungseinrichtung mindestens ein Trennventil am Ausgang der Druckversorgung vorgeschaltet sein, wobei durch Verschließen des Trennventils die jeweilige Druckversorgungseinrichtung, insbesondere bei deren Ausfall, von dem jeweiligen Bremskreis abtrennbar ist.Advantageously, in the brake systems described above, each pressure supply device can be preceded by at least one isolating valve at the outlet of the pressure supply, the respective pressure supply device being able to be disconnected from the respective brake circuit by closing the isolating valve, in particular if it fails.
Um das erfindungsgemäße Bremssystem noch sicherer gegen Ausfall zu machen, kann mindestens eine Steuer- und Regeleinrichtung einer Druckversorgung und Ventilanordnung eine separate Spannungsversorgung und insbesondere Signalübertragung aufweisen, insbesondere alle Module einer Druckversorgungseinrichtung, durch mindestens zwei Bordnetze versorgt werden und/oder redundante Signalübertragungen aufweisen. Unter zwei Bordnetzen wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass entweder unterschiedliche Spannungsebenen und/oder Spannungsquellen zur Versorgung des Bremssystems dienen.In order to make the braking system according to the invention even safer against failure, at least one control and regulating device of a pressure supply and valve arrangement can have a separate voltage supply and in particular signal transmission, in particular all modules of a pressure supply device, can be supplied by at least two on-board networks and / or can have redundant signal transmissions. In the context of the invention, two on-board networks mean that either different voltage levels and / or voltage sources serve to supply the braking system.
Es ist ferner von Vorteil, wenn bei den vorgenannten möglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems entweder die Druckregelung in einem Bremskreis unter Verwendung mindestens eines Drucksensors und/oder über die Strommessung des Motorstroms des Antriebes und Wegsteuerung des Kolbens der Druckversorgungseinrichtung erfolgt, welche durch Berücksichtigung der Temperatur des Antriebes weiter in der Druckregelgüte verfeinert werden kann. Hierdurch ist eine präzise Druckregelung auch ohne Drucksensor möglich, wie sie bereits in
Um im Fehlerfall, z.B. bei einer Ventilleckage, eine sichere Trennung der Bremskreise zu ermöglichen, und um Druck in den Radbremsen abzubauen, ist es von Vorteil, wenn ein Verbindungsmodul mit Schaltventilen zwischen den Bremskreisen angeordnet ist, so dass entweder die Bremskreise miteinander verbindbar, voneinander trennbar und/oder einer oder beide Bremskreise mit dem Vorratsbehälter verbindbar sind, insbesondere wenn keine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, über die ein Druckabbau in den Vorratsbehälter erfolgen kann. Für die Verbindung der Bremskreise mit dem Vorratsbehälter werden dabei vorteilhaft stromlos offene Magnetventile eingesetzt. Für die Verbindung zwischen den Druckeinheiten sind im Verbindungsmodul vorzugsweise stromlos geschlossene Magnetventile oder in der Position arretierbare Hydraulikfluidübertragungskolben einzusetzen.In the event of an error, e.g. In the event of valve leakage, to enable safe separation of the brake circuits and to reduce pressure in the wheel brakes, it is advantageous if a connection module with switching valves is arranged between the brake circuits, so that either the brake circuits can be connected to one another, separated from one another and / or one or both brake circuits can be connected to the storage container, in particular if no actuating device is provided via which pressure can be reduced in the storage container. Solenoid valves which are normally open are advantageously used to connect the brake circuits to the reservoir. For the connection between the pressure units, normally closed solenoid valves or hydraulic fluid transmission pistons that can be locked in position are to be used in the connection module.
Das Verbindungsmodul kann dabei entweder z. B. mehrere Magnetventile aufweisen, über die eine hydraulische Verbindung zwischen einem Bremskreis und dem Vorratsbehälter oder zwischen den beiden Bremskreisen herstellbar ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Verbindungsmodul durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gebildet ist, deren Kolben einen ersten und einen zweiten Druckraum voneinander trennt, wobei der erste Druckraum mit dem einen ersten Bremskreis und der zweite Druckraum mit dem anderen zweiten Bremskreis in Verbindung ist und der Kolben mittels eines Blockiereinrichtung arretierbar ist. Im arretierten Zustand würde dann quasi keine hydraulische Verbindung zwischen den Bremskreisen bestehen, da eine Volumenverschiebung verhindert wird.The connection module can either z. B. have several solenoid valves, via which a hydraulic connection between a brake circuit and the reservoir or between the two brake circuits can be established. However, it is also possible for the connection module to be formed by a piston-cylinder unit, the piston of which separates a first and a second pressure chamber from one another, the first pressure chamber being connected to the first brake circuit and the second pressure chamber being connected to the other second brake circuit and the piston can be locked by means of a blocking device. In the locked Condition would then be virtually no hydraulic connection between the brake circuits, since a volume shift is prevented.
Ebenso von Vorteil ist, wenn die Kolben-Zylinder-Einheiten des Bremssystems redundante Dichtungen und hydraulische Diagnoseleitungen aufweisen und zudem redundante Regel- und Steuereinheiten vorgesehen sind, und dass die Antriebe der Druckversorgungseinrichtungen 2x3 Phasen aufweisen, und dass mittels Sensoren der Motorphasenstrom
Vorteilhaft kann ein Vorratsbehälter bei den vorbeschriebenen Bremssystemen eingesetzt werden, der mehrere voneinander getrennte Kammern aufweist, wobei eine Kammer des Vorratsbehälters mit mindestens einer Druckversorgungseinrichtung hydraulisch verbunden bzw. verbindbar ist und/oder eine weitere Kammer mit dem Verbindungsmodul hydraulisch verbunden bzw. verbindbar ist. Hierdurch ergeben sich vorteilhaft weitere Schaltungsmöglichkeiten mittels der verwendeten Ventile, die zur weiteren Sicherheit des Bremssystems beitragen.Advantageously, a reservoir can be used in the brake systems described above, which has a plurality of separate chambers, one chamber of the reservoir being hydraulically connected or connectable to at least one pressure supply device and / or a further chamber being hydraulically connected or connectable to the connection module. This advantageously results in further switching options by means of the valves used, which contribute to the further safety of the braking system.
Vorteilhaft können die vorbeschriebenen Bremssysteme derart betrieben werden, dass mindestens achsweise, vorzugsweise radindividuell, die Verzögerung der Räder mittels der Druckversorgungseinrichtung(-en), dem bzw. den elektrischen Antriebsmotor(en) und der hydraulisch unterstützten elektromechanischen Bremse (
Bei Verwendung eines Temperatursensors kann zudem die Temperatur des Antriebes der Druckversorgungseinrichtung(en) ermittelt werden und die Temperatur zur genaueren Ermittlung der Drehmomentmomentkonstante verwendet werden, welche sich durch Temperaturanstieg linear um den Faktor (1-Br%*ΔT) linear verringert. Damit kann eine noch genauere Regelung des Drehmoments und damit des Drucks vorgenommen werden sofern diese auf Basis des Phasenstromes i erfolgt, da der Zusammenhang Drehmoment = kt(T) * Phasenstrom i gilt.When using a temperature sensor, the temperature of the drive of the pressure supply device (s) can also be determined and the temperature can be used for more precise determination of the torque moment constant, which linearly decreases by the factor (1-Br% * ΔT) due to the temperature rise. An even more precise regulation of the torque and thus of the pressure can thus be carried out, provided this is based on the phase current i, since the relationship torque = kt (T) * phase current i applies.
Zur Druckregelung kann neben der Stromregelung auch die Kolbenposition und die Druckvolumenkennlinie herangezogen werden und die Veränderung der Druckvolumenkennlinie bei z.B. Lufteinschluss, durch den Drucksensor oder die
Das erfindungsgemäße Bremssystems kann zudem zur Lenkung/Torque Vektoren verwendet werden, wobei die radindividuellen Regelmöglichkeiten mit der mindestens eine Druckversorgung sowie die hydraulisch unterstützte elektromechanische(n) Bremse(n)
Die Erfindung zeichnet sich somit durch einen sehr einfachen Aufbau mit sehr hoher Verfügbarkeit, d.h. bei Komplett- bzw. Teilausfall von Modulen wird die Funktion nicht bzw. in sehr geringem Umfang eingeschränkt. Auch bei Ausfall diverser Komponenten kann immer annähernd max. Verzögerung sowie Fahrstabilität sichergestellt werden. Dazu ist auch bei Ausfall einer Druckversorgungseinrichtung eine Verzögerung von 0,6 bis 0,9 g, und eine achsweise Regelung, vorzugsweise radindividuelle Regelung mit Lenkeingriff/Stabilitätseingriff gewährleistet. Eine hohe Verfügbarkeit und Performance wird somit - noch einmal zusammenfassend - durch folgende Maßnahmen erreicht, die einzeln oder in Kombination vorgesehen werden können:
- - vornehmlicher Betrieb im geschlossen Bremskreis (>90% der Betriebszeit) sowohl im Bremskraftverstärker (e-BKV), Rekuperationsbetrieb als auch vorwiegend im ABS-Regelbetrieb, damit werden schlafende Fehler vermieden. Wird das System offen betrieben, z.B. ist im ABS durch Öffnung eines Auslassventils der Radkreise mit dem Vorratsbehälter hydraulisch verbunden, sind unerkannte Undichtigkeiten bei Ventilen und Dichtungen (schlafende Fehler) besonders schwer zu erkennen. Daher ist der Betriebszustand zu vermeiden bzw. eine Diagnose der Dichtigkeit nach jedem ABS-Betrieb sinnvoll; eine Diagnose kann derart erfolgen, dass z.B. im Stillstand der Kolben der Druckversorgung bei geschlossenen Ventilen bewegt wird und ein Volumenverlust oder Druckanstieg ermittelt und ausgewertet wird.
- - Redundanzen und Teilredundanzen der DV-Motorelektronik: z.B. Ausführung des Motors der
DV als 2 x 3 Phasenmotor sowie Teilredundanz der Motoransteuerung. Damit kann bei Ausfall einer Teilelektronik (Wicklungskurzschluss, Ausfall eines 3-Phasenstranges) der Motor noch mit halbem Drehmoment betrieben werden. Bei einer Auslegung auf 200 bar kann dann auch bei Ausfall noch 100 bar, d.h. näherungsweise der Blockierdruck erreicht werden. Damit ist auch bei Ausfall einer Elektronik noch ein ABS-Betrieb mit maximaler Leistung bei Niedrigreibwerten und zufriedenstellender Leistung bei Straßenzuständen mit hohen Reibwert möglich; - - Teilredundanzen der Elektronik für die Ventilansteuerung. Fällt die Elektronik aus, ist es für die Verfügbarkeit sehr vorteilhaft, wenn die Schaltventile noch betätigt werden können. Somit ist in der Elektronik eine Redundanz für die Ventilansteuerung vorzusehen, damit die Ventilbetätigung bei Ausfall der Motorsteuerung noch funktioniert;
- - Betrieb im geschlossenen MUX-Betrieb mit Schaltventilen und Einsatz von Auslassventilen (
mindestens 1AV je Achse) im Fehlerfall, d.h. Ausfall oder Teilausfall einer Druckversorgung. Damit kann mit geringer Motorleistung die Druckregeldynamik noch aufrechterhalten werden, da der Druck nicht nur durch die Druckversorgung sequentiell oder simultan auf- und abgebaut werden kann, sondern auch ein Druckabbau über Auslassventile erfolgen kann; - - Einsatz einer
H-EMB ,EMB oderEPB im Bremsbetrieb, insbesondere Einsatz EPB oderH-EMB beim Ausfall von Modulen. Damit kann zum einen eine Radbremsung über den hydraulischen Zugang sowie über den in derH-EMB verbauten Elektromotor erfolgen. Der Elektromotor kann als EC-Motor oder Bürstenmotor ausgeführt werden. Somit kann eine Bremskraftunterstützung durch den Elektromotor am jeweiligen Rad erfolgen; - - Nutzung der eingesetzten Traktionsmotoren zur Steigerung des Bremsmomentes bei gleichzeitiger Rekuperation von kinetischer Fahrzeugenergie. Aufgrund der hohen Trägheitsmassen des Antriebsmotor ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein Bremsmoment über den Traktionsmotor weniger dynamisch aufgebaut werden kann, als über die Druckversorgung und die
H-EMB , EPB oderEMB ; - - Einsatz einer fehlersicheren und diagnosefähigen Betätigungseinheit mit Pedalgefühlsimulator, redundanten Wegsensoren und einem Kraft-WegSensor (KWS) sowie einer speziellen Schaltung zur Diagnose des Pedalgefühlsimulators;
- - Einsatz von Ventilen mit Selbstöffnungsmechanismus durch Druckbeaufschlagung durch die in Radbremse insbesondere im stromlosen Zustand;
- - Einsatz eines diagnosefähigen Verbindungsmoduls (
VM ) mit dem die Bremskreise sicher verbunden oder getrennt werden können und eine Verbindung der Radbremsen zum Vorratsbehälter hergestellt werden kann, insbesondere wenn das System keine Betätigungseinrichtung (BE ) mit Verbindung zum Vorratsbehälter aufweist; - - Nutzung einer hydraulischen Rückfallebene in einem Bremskreis bzw. einer Achse über Verbindung der Betätigungseinheit über ein Schaltventil FV;
- - Nachfördern von Volumen der
DV bei Erreichen der Volumengrenze; - - Betrieb der Druckstellung ohne Druckgeber durch intelligente genaue Drehmomentschätzung aus dem Motorphasenstrom unter Einbeziehung der Motortemperatur und der Druckvolumenkennlinie, die über einen Druckgeber oder die H-EMB-Funktion abgeglichen wird;
- -
Umschalten von Normalbetrieb 2 Radbetrieb im MUX-Verfahren auf 4-Radbetrieb im MUX2.0 Verfahren mitAV bei Ausfall einerDV - - Einsatz von Trapezspindel (kein Blockieren der Spindel durch Schmutzpartikel in der Laufbahn des Kugel-Gewinde-Triebes);
- - Selbsthemmende Trapezspindel -> Verzicht auf FV und
TV .
- - Mainly operation in the closed brake circuit (> 90% of the operating time) both in the brake booster (e-BKV), recuperation mode and predominantly in ABS control mode, thus avoiding sleeping errors. If the system is operated openly, for example, in ABS, the wheel circuits are hydraulically connected to the reservoir by opening an outlet valve, undetected leaks in valves and seals (sleeping errors) are particularly difficult to detect. Therefore, the operating state should be avoided or a diagnosis of the tightness after each ABS operation is advisable; a diagnosis can in such a way that, for example, the piston of the pressure supply is moved when the valves are closed and a loss of volume or pressure increase is determined and evaluated.
- - Redundancies and partial redundancies of the DV motor electronics: eg execution of the motor of the
DV as a 2 x 3 phase motor and partial redundancy of the motor control. In the event of failure of one of the electronics (winding short circuit, failure of a 3-phase phase), the motor can still be operated at half the torque. With a design for 200 bar, 100 bar, ie approximately the blocking pressure, can still be reached even in the event of a failure. This means that even if one of the electronics fails, ABS operation is still possible with maximum performance at low friction coefficients and satisfactory performance in road conditions with a high coefficient of friction; - - Partial redundancies of the electronics for valve control. If the electronics fail, it is very advantageous for availability if the switching valves can still be operated. A redundancy for the valve control is therefore to be provided in the electronics so that the valve actuation still works if the motor control fails;
- - Operation in closed MUX mode with switching valves and use of exhaust valves (at least 1
AV per axis) in the event of a fault, ie failure or partial failure of a pressure supply. This means that the pressure control dynamics can still be maintained with low engine power, since the pressure can not only be built up and reduced sequentially or simultaneously through the pressure supply, but pressure can also be reduced via outlet valves; - - Use one
H-EMB ,EMB orEPB in braking mode, in particular use EPB orH-EMB in the event of module failure. On the one hand, this enables wheel braking via the hydraulic access and via the in theH-EMB installed electric motor. The electric motor can be designed as an EC motor or a brush motor. This means that the electric motor can assist the braking force on the respective wheel; - - Use of the traction motors used to increase the braking torque while at the same time recuperating kinetic vehicle energy. Due to the high inertial mass of the drive motor, it must be taken into account that braking torque can be built up less dynamically via the traction motor than via the pressure supply and the
H-EMB , EPB orEMB ; - - Use of a fail-safe and diagnosable actuation unit with pedal feeling simulator, redundant displacement sensors and a force-displacement sensor (KWS) as well as a special circuit for diagnosis of the pedal feeling simulator;
- - Use of valves with self-opening mechanism by pressurization by the in wheel brake, especially in the de-energized state;
- - Use of a diagnosis-capable connection module (
VM ) with which the brake circuits can be securely connected or disconnected and a connection of the wheel brakes to the reservoir can be established, especially if the system does not have an actuating device (BE ) with connection to the storage container; - - Use of a hydraulic fallback level in a brake circuit or an axis by connecting the actuating unit via a switching valve FV;
- - Replenishment of the volume
DV when the volume limit is reached; - - Operation of the pressure position without pressure sensor through intelligent, precise torque estimation from the motor phase current, taking into account the motor temperature and the pressure volume characteristic curve, which is adjusted via a pressure sensor or the H-EMB function;
- - Switch from normal operation
2nd Wheel operation in the MUX process to 4-wheel operation in the MUX2.0 Procedure withAV if one failsDV - - Use of trapezoidal spindle (no blocking of the spindle by dirt particles in the track of the ball screw drive);
- - Self-locking trapezoidal spindle -> no FV and
TV .
In den nachfolgenden Tabellen sind die Betriebsstrategien der Ausführungsform 1 (
In Tabelle 3 sind für die Bremse bzw. verschiedenen fahrdynamischen Regelfunktionen (elektrische Bremskraftverstärkung e-BKV, ABS-Betrieb, Lenkung/Torque Vektoring, Stabilitätsregelung/ESP, Rekuperation und Parkbremse) die durch die Komponenten Druckversorgung
Das erfindungsgemäße Bremssystem eignet sich somit für alle Stufen des autonomen Fahrens bis zu Stufe
Das Bremssystem kann auch derart vereinfacht werden, dass ein sehr kostengünstiges System mit geringeren Redundanzanforderungen und sinnvoller Kombination der primären Versorungseinrichtung mit den Bremsaggregaten, z.B. für BRIC-Staaten wie Indien, Brasilien, China aus dem System abgeleitet wird. Hier wird auf die Redundanz der Druckversorgereinrichtung mit redundanten ECU, beispielsweise 2x3 Phasen, verzichtet und es wird die hydraulische Rückfallebene über Druckerzeugung des Fahrers über die Betätigungseinheit sowie eine Verzögerung durch den Elektromotor
Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems anhand von Zeichnungen näher erläutert.Possible embodiments of the brake system according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Es zeigen:
-
1 : Eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfinderischen Bremssystems mit zwei Druckversorgungseinrichtungen, Magnetventilen, Regel- und Steuereinrichtungen in zwei Druckregelmodul-Baueinheiten, wobei jede Baueinheitmit 2 Radbremsen verbunden ist und einer Betätigungseinheit (BE ), die eine hydraulische Verbindung zu einer Druckregelmodul-Baueinheit aufweist; -
1a : Prinzipschaltbild einer ersten möglichen Ausgestaltung des Bremssystems gemäß1 mit elektrischer Parkbremse EPB; -
1b : Prinzipschaltbild einer zweiten möglichen Ausgestaltung des Bremssystems gemäß1 mit hydraulisch unterstützter elektromechanischer BremseH-EMB ; -
2 : eine schematische Darstellung einer zweiten möglichen Ausführungsform des erfinderischen Bremssystems mit zwei Druckversorgungseinrichtungen, Magnetventilen, Regel- und Steuereinrichtungen in einer Druckregelmodul-Baueinheit, wobei jede Druckversorgungmit 2 Radbremsen verbunden ist und einer Betätigungseinheit (BE ), die eine elektrische Verbindung mit der Druckregelungsmodul aufweist, wobei die Bremskreise über ein Verbindungsmodul miteinander verbindbar oder trennbar oder mit dem Vorratsbehälter verbindbar sind ; -
3 : Eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfinderischen Bremssystems mit zwei Druckversorgungseinrichtungen, Magnetventilen, Regel- und Steuereinrichtungen in zwei Druckregelmodul-Baueinheiten, wobei jede Baueinheitmit 2 Radbremsen verbunden ist und beide Bremskreise über ein Verbindungsmodul miteinander verbindbar oder trennbar oder mit dem Vorratsbehälter verbindbar sind; -
3a : Prinzipschaltbild einer ersten möglichen Ausgestaltung des Bremssystems gemäß2 oder 3 ; -
3b : Prinzipschaltbild einer zweiten möglichen Ausgestaltung des Bremssystems gemäß2 oder 3 ; -
3c : Druckregelung bei einem Bremssystem gemäß3a bei Ausfall einer Dreiphasenwicklung eines Antriebsmotors einer Druckversorgungseinrichtung; -
3d : Druckregelung bei einem Bremssystem gemäß3a bei Ausfall einer Druckversorgungseinrichtung; -
3e : Nachfördern aus dem Vorratsbehälter in eine Druckversorgungseinrichtung; -
4a : Querschnittsdarstellung durch eine hydraulisch unterstützte elektromechanische Bremse; -
4b : Prinzipschaltbild möglicher Ventilschaltungen und deren Funktion zum Druckabbau in einer Radbremse; -
4c : Betätigungseinrichtung (BE ) mit zugehöriger Kolben-Zylinder-Einheit mit hydraulischer Verbindungsleitung zu einem Bremskreis; -
5 : Druckversorgungseinrichtung mit zwei Steuer- und Regeleinrichtungen; -
6a : Momentendiagramme zur Darstellung der Bremskraftunterstützung mittels hydraulisch unterstützter elektromechanischer Bremse und Traktionsmotor; -
6b : Momentendiagramme zur Darstellung der Downsizing-Möglichkeit der Druckversorgungseinrichtung, sofern eine Bremskraftunterstützung mittels hydraulisch unterstützter elektromechanischer Bremse und Traktionsmotor erfolgt; -
6c : Momentendiagramme zur Darstellung der Bremskraftunterstützung mittels hydraulisch unterstützter elektromechanischer Bremse und Traktionsmotor im Notbetrieb bei Ausfall von Komponenten des Bremssystems; -
6d : Momentendiagramme zur Darstellung des Bremsmomentenverlaufs während des Nachforderns von Bremsfluid mit der Bremskraftunterstützung mittels hydraulisch unterstützter elektromechanischer Bremse und Traktionsmotor; -
6e : Bremsdruckregelung bei Ausfall des Druckgebers mittels Strom- und Temperaturmessung und Auswertung der Druck-Volumen-Kennlinie.
-
1 : A schematic representation of a first embodiment of the inventive brake system with two pressure supply devices, solenoid valves, regulating and control devices in two pressure control module units, each unit with2nd Wheel brakes is connected and an actuating unit (BE ), which has a hydraulic connection to a pressure control module assembly; -
1a : Basic circuit diagram of a first possible embodiment of the brake system according to1 with EPB electric parking brake; -
1b : Basic circuit diagram of a second possible embodiment of the brake system according to1 with hydraulically assisted electromechanical brakeH-EMB ; -
2nd : A schematic representation of a second possible embodiment of the inventive brake system with two pressure supply devices, solenoid valves, regulating and control devices in a pressure control module assembly, each pressure supply with2nd Wheel brakes is connected and an actuating unit (BE ), which has an electrical connection to the pressure control module, the brake circuits being connectable or disconnectable or connectable to the reservoir via a connection module; -
3rd : A schematic representation of a third embodiment of the inventive brake system with two pressure supply devices, solenoid valves, regulating and control devices in two pressure control module units, each unit being connected to 2 wheel brakes and both brake circuits being connectable or separable with one another via a connection module or being connectable to the reservoir ; -
3a : Basic circuit diagram of a first possible embodiment of the brake system according to2nd or3rd ; -
3b : Basic circuit diagram of a second possible embodiment of the brake system according to2nd or3rd ; -
3c : Pressure control in a brake system according to3a in the event of failure of a three-phase winding of a drive motor of a pressure supply device; -
3d : Pressure control in a brake system according to3a in the event of failure of a pressure supply device; -
3e : Re-conveying from the reservoir into a pressure supply device; -
4a : Cross-sectional representation through a hydraulically assisted electromechanical brake; -
4b : Basic circuit diagram of possible valve circuits and their function for reducing pressure in a wheel brake; -
4c : Actuator (BE ) with associated piston-cylinder unit with hydraulic connection line to a brake circuit; -
5 : Pressure supply device with two control and regulating devices; -
6a : Moment diagrams for the representation of the brake force support by means of a hydraulically assisted electromechanical brake and traction motor; -
6b : Moment diagrams to show the possibility of downsizing the pressure supply device, provided that the braking force is supported by means of a hydraulically assisted electromechanical brake and traction motor; -
6c : Moment diagrams for the representation of the brake force support by means of a hydraulically assisted electromechanical brake and traction motor in emergency operation in the event of failure of components of the brake system; -
6d : Moment diagrams to show the course of the braking torque during the request for brake fluid with the brake force support by means of a hydraulically assisted electromechanical brake and traction motor; -
6e : Brake pressure control in the event of a pressure transmitter failure using current and temperature measurement and evaluation of the pressure-volume characteristic.
Die
Die
Entsprechendes gilt für die Druckregelung in der Hinterachse
Bei Ausfall der Druckversorgungseinrichtung kann der Druck in den Radbremsen der Vorderachse über die Betätigungseinrichtung
Eine übergeordnet Steuereinheit
Die Druckversorgungseinrichtungen
Die
Die
Die
Die
Das Bremssystem gemäß
Die
Die
Die
Die
Die
Die
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Die
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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