DE102019123351A1 - Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge - Google Patents

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Christian Köglsperger
Simon Zollitsch
Thomas Leiber
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug mit zwei Achsen (A1, A2), wobei mindestens eine Achse (A1, A2) einen elektrischen Traktionsmotor (TM) zum Antrieb und Bremsen des mindestens einen an der Achse (A1, A2) angeordneten Rades aufweist, und mittels des Traktionsmotors (TM) beim Bremsen Energie rückgewinnbar ist, jedes Rad eine Radbremse, (RB1, RB2, RB3, RB4) aufweist, eine Druckversorgung (DV) in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist, die Druckversorgung (DV) sowohl Druck aufbauen als auch Druck abbauen kann, insbesondere durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit, und mindestens einen Druckversorgungsausgang (DVa) aufweist, die Druckversorgung (DV) Bestandteil einer Druckversorgungseinrichtung (DV1) ist, wobei die Druckversorgungseinrichtung (DV1) mindestens zwei Ausgangsleitungen (VLa1, VLa2) und mindestens zwei Anschlüsse (VLb1, VLb2) zum Anschluss entweder an die Bremskreise (BK1, BK2), eine ABS/ESP-Einheit (ABS/ESP) und/oder eine Betätigungseinheit (BE) aufweist, und jeder Anschluss (VLb1, VLb2) mittels mindestens einem Schaltventil (SVA1, SVA2) von der Druckversorgung (DV) abtrennbar ist, jede Ausgangsleitung (VLa1, VLa2) mit dem Druckversorgungsausgang (DVa) unmittelbar oder über eine Verbindungsleitung (VLd) hydraulisch verbunden ist, eine Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) den mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM) sowie die Komponenten der Druckversorgungseinrichtung (DV1) derart steuert, dass in Zusammenspiel der Druckversorgungseinrichtung (DV1,DV2) und dem mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM1, TM2) für jeden Bremskreis (BK1, BK2), jede Achse (A1, A2) d.h. mit unterschiedlichen Bremsmomenten an den jeweiligen Achsen (A1, A2) eine Bremsverzögerung einregelbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremsvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug mit zwei Achsen, wobei mindestens eine Achse einen elektrischen Traktionsmotor zum Antrieb und Bremsen des mindestens einen an der Achse angeordneten Rades aufweist, und mittels des Traktionsmotors beim Bremsen Energie rückgewinnbar ist, jedes Rad eine Radbremse aufweist, eine Druckversorgung mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Druckversorgungseinheit, wobei die Druckversorgung sowohl Druck aufbauen als auch Druck abbauen kann, insbesondere durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit und mindestens einen Druckversorgungsausgang aufweist.
  • Stand der Technik
  • Aus WO2018215397A1 ist ein Bremssystem zur Rekuperation von kinetischer Energie über den elektrischen Antriebsmotor an einer ersten Achse bekannt, wobei die zweite Achse mit der Betätigungseinheit verbunden ist. Zudem ist aus WO2018215397A1 ein Rekuperationsbremsenmanagement mit Elektromotor und Bremssystem an einer Achse bekannt.
  • PPC-Druckregelungen mit elektrisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Systemen unter Verwendung von Druckvolumenkennlinie, Strom und Kolbenposition sind z.B. aus EP 1874602 B1 , DE 102005055751 B3 , DE 102005018649 B3 , DE 102005063659 B3 und EP 1907253 B1 und die Multiplex-Druckregelung aus EP 1874602 B1 und DE 102005055751 B3 bekannt.
  • So offenbart_ DE 102005055751 B3 ein Bremssystem, bei dem die Regelung der Druckänderung in den Radbremsen unter Verwendung einer Druckvolumenkennlinie erfolgt, wobei die Kolbensteuerung mittels Motorstrommessung und/oder Positionsbestimmung des Kolbens erfolgt (sog. PPC-Drucksteuerung), wobei jeder Radbremse ein Schaltventil zugeordnet ist und während der Druckänderung das der Radbremse zugeordnete Schaltventil dauerhaft geöffnet ist. Zum Druckhalten in der jeweiligen Radbremse wird das jeweilige Schaltventil geschlossen.
  • Die DE 102005018649 B3 offenbart ferner, dass ein Kennfeld zur Druckregelung verwendet wird, welches im Betrieb adaptiert wird. Die Adaptierung hat den Zweck, Änderungen im Betrieb, wie z.B. Veränderungen der Druck-Volumen-Kennlinie, durch Lufteinschlüsse im Hydraulikmedium der Bremsanlage zu erfassen.
  • Die DE 102005063659 B3 offenbart eine_Druckregelung über Stromregelung und Verstärkerkennlinie. Bei der Stromregelung wird der lineare Zusammenhang zwischen Motorstrom (Phasenstrom) und Motordrehmoment, die sog. Drehmomentkonstante in der Druckregelung und bzw. Diagnose genutzt, wenn kein Druckgeber als Messsignal zur Verfügung steht.
  • Die EP1907253B1 offenbart ein Bremssystem mit einer Betätigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Bremspedals, wobei das Bremssystem eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweist, die anhand der Bewegung und/oder Position der Betätigungseinrichtung eine elektromotorische Antriebsvorrichtung steuert, wobei die Antriebsvorrichtung einen Kolben eines Kolben-Zylinder-Systems über eine mit dem Kolben fest gekoppelte, nichthydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich im Arbeitsraum des Zylinders ein Druck einstellt, wobei der Arbeitsraum über eine Druckleitung mit einer Radbremse in Verbindung ist. In der Druckleitung zu jeder Radbremse ist ein von der Steuer- und Regeleinrichtung gesteuertes Ventil angeordnet, wobei bei Ausfall der Antriebsvorrichtung die Betätigungseinrichtung den Kolben oder die Antriebsvorrichtung verstellt. Die elektromotorische Antriebseinrichtung verstellt dabei den Kolben über einen Rotor und einen als Untersetzungsgetriebe wirkenden Spindelantrieb, so dass der Kolben die erforderliche Druckänderung für die Bremskraftverstärkung und das Antiblockiersystem (ABS) erzeugt. Das Ventil schließt dabei nach Erreichen des erforderlichen Bremsdrucks im Bremszylinder und ist auch im ABS-Betrieb sowohl zur Einstellung eines neuen niedrigeren als auch neuen höheren Bremsdrucks geöffnet.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Ein Bremssystem bereitzustellen, welches einfach, fehlersicher und kostengünstig aufgebaut ist und für Fahrdynamiksysteme mit einer zentralen Regelung eines Fahrzeuges für Bremseingriffe in zwei Bremskreise gemeinsam mit Rekuperation von kinetischer Energie über Elektromotoren in Elektro-Achsantrieben einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass es ein zentrales Bremsmanagement mit einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung (M-ECUBM) sowie Slave Steuer- und Regeleinrichtungen (E-ECUi) für die elektrische Achsantriebsmotoren (TM1, TM2) und eine elektrisch angetriebene Druckversorgungseinrichtungen (DV1) aufweist, so dass an mehreren Achsen Sollbremsmomente für den bzw. die elektrischen Traktionsmotor(-en) und für die hydraulischen Radbremsen und damit für die Druckversorgungseinrichtung vorgebbar sind. Das zentrale Bremsmanagement kann dabei in einer von der Druckversorgungseinrichtung getrennten Steuer- und Regeleinrichtung (M-ECUBM) angeordnet sein oder aber die Steuer- und Regeleinheit (S-ECUDV1) der Druckversorgungseinrichtung beinhaltet bzw. bildet das zentrale Bremsmanagement. Das zentrale Bremsenmanagement kann ein Software-Modul einer zentralen Fahrdynamiksteuerung gemäß Domänenstruktur moderner elektrisch angetriebener Fahrzeuge sein.
  • Das erfindungsgemäße Bremssystem kann bremskreisindividuell die Bremsdrücke regeln und auch zusätzlich mit einem elektrischen Antriebsmotor, welcher im weiteren auch als elektrischer Traktionsmotor bezeichnet wird, oder mehreren elektrischen Antriebsmotoren, welcher bzw. welche an der Vorderachse und/oder Hinterachse eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist bzw. sind, ein Verzögerungsmoment erzeugen und dabei gleichzeitig kinetische Energie mittels des oder der Traktionsmotoren in elektrische Energie umzuwandeln und somit rückgewinnen (Rekuperation).
  • Das erfindungsgemäße Bremssystem kann dabei vorteilhaft derart ausgelegt sein, dass mit dem mindestens einem Traktionsmotor und der Druckversorgungseinrichtung im Zusammenspiel für jede Achse achsindividuell ein Bremsmoment eingeregelt werden kann.
  • Mit der 2-Kanal-Bremskraftregelung wird eine achsindividuelle Regelung im Sinne der elektrischen Bremskraftverteilung (EBV) bzw. vereinfachten achsweisen ABS für 4-Räder Fahrzeuge mit der Rekuperation mittels mindestens einem Elektromotor kombiniert.
  • In der vorbeschriebenen Ausführungsform wird mittels der Druckversorgungseinrichtung der Druck im geschlossenen Bremskreis im PPC-Verfahren eingestellt bzw. eingeregelt und im Regelbetrieb, d.h. unterschiedliche Raddrücke in den Bremskreisen, gemäß Offenbarung der EP1907253B1 , der Druck in den Bremskreisen simultan, zeitversetzt, insbesondere im Multiplexverfahren oder teilsimultan, d. h. zeitlich überlappend eingestellt bzw. eingeregelt. Hierzu weist das erfindungsgemäße Bremssystem zwei Verbindungsleitungen auf, welche die Druckversorgung mit den beiden Bremskreisen verbindeen, wobei in jeder Verbindungsleitung ein Schaltventil zum wahlweisen Verschließen und Öffnen der jeweiligen Verbindungsleitung angeordnet ist. Das Schaltventil kann für die Dauer der Druckänderung in dem zugehörigen Bremskreis dauerhaft geöffnet sein, wobei dann die Druckänderung mit der Druckversorgung der Druckversorgungseinrichtung vorgenommen wird.
  • Das Multiplexverfahren der Magnetventile bietet alle Freiheitsgrade einer hochpräzisen bremskreisindividuellen Regelung bei gleichzeitig hoher Fehlersicherheit eines geschlossenen Bremskreises. So werden vorteilhaft schlafende Fehler vermieden und es ist eine gute, einfache und sichere Diagnose von Leckagen möglich.
  • Mittels der Druckversorgungseinrichtung können auch vereinfachte Regelfunktionen, d.h. vereinfachter achsweiser ABS-Regelbetrieb realisiert werden, bei der die Raddrücke achsindividuell, aber nicht radindividuell geregelt werden. Diese Vereinfachung kombiniert mit der hochpräzisen PPC-Druckregelung ist für diverse Anwendungen wie z.B. Rennfahrzeuge mit zwei Achsen, wo ein ABS/ESP-Regelung nicht zugelassen ist, ausreichend. Mit der achsindividuellen Bremskraftregelung (EBV-Funktion) können stärkere Verzögerungen als bei einer reinen Select-Low-Regelung an allen Rädern erzielt werden, da die Bremskraftverteilung entsprechend der Achslastverteilung an Vorder- und Hinterachse aufgeteilt werden kann, d.h. an der Hinterachse wird bei starken Verzögerungen ein niedriger Druck eingestellt als an der Vorderachse. Auch bei Straßenfahrzeugen führt die achsindividuelle Regelung lediglich zu Einschränkungen beim µ-Spit Betrieb, d.h. wenn die Räder auf der rechten/linken Seite des Fahrzeuges auf Eis stehen und die Räder der linken/rechten Seite auf Asphalt stehen. In diesem Fall wird der Druck derart eingestellt, dass keines der Räder blockiert. Dies führt zu längeren Bremswegen, dennoch ist das Fahrzeug noch lenkbar.
  • Es ist ebenso möglich, dass das erfindungsgemäße Bremssystem mit einer bereits bekannten Standard ABS/ESP-Einheit, welche zwischen die Druckversorgungseinrichtung und die Bremskreise zwischengeschaltet wird, ausgebildet wird. Die ABS/ESP-Funktion übernimmt dabei die radindividuelle Regelung und das erfindungsgemäße Bremssystem kann bei Ausfall der ABS/ESP-Einheit immer noch die achsindividuelle Bremsdruckregelung /achsweise ABS-Funktion) mit Rekuperation ermöglichen, womit die Redundanzanforderungen für diverse Stufen des autonomen Fahrbetriebs (AD) Stufe 3 und Stufe 4 (siehe ATZ Artikel Bremskraftverstärker für das autonome Fahren, Ausgabe 3/19) erfüllt werden können. Zudem können beide Bremsmodule separat appliziert und von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden, wobei das zentrale Bremsenmanagement (M-ECUBM) vorzugsweise im erfindungsgemäßen Bremssystem stattfindet.
  • Nachfolgend werden besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Bremssystems einzeln näher erläutert:
    • - vorteilhafte Möglichkeit der Einbindung des Bremssystems und deren Bremsenregelung in eine Domänenstruktur einer zentralen Fahrdynamikregelung mit der Möglichkeit der Optimierung der gesamten Fahrdynamik und Einbindung mehrerer Stellaktuatoren für Bremse, Lenkung und Dämpfung sowie Einbindung der elektrischen Traktionsmotoren;
    • - die vorteilhafte Multiplexregelung (MUX-Regelung) oder die präzise PPC-Regelung ist beim Druckaufbau und/oder Druckabbau einsetzbar und ermöglicht somit sehr viele Freiheitsgrade in der präzisen Druckregelung mehrerer hydraulischer Stellglieder. Zudem ist eine Kombination von MUX-Regelung und PPC-Regelung möglich, wodurch eine sehr präzise Abstimmung auf den mindestens einen elektrischen Antriebsmotor möglich ist und gleichzeitig bremskreisindividuelle Bremsdrücke eingestellt werden können;
    • - die EBV-Funktion, d.h. die elektrische Bremskraftverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse, kann deutlich einfacher und mit höherer Regelgüte als bei bekannten Bremssystemen im Markt, z.B. auf Basis MKC1-Bremssystem gemäß DE102013224313A1 oder Bremssystem gemäß US9981645B2 , umgesetzt und appliziert werden, da in den bekannten Bremssystemen das PPC-Verfahren, die MUX-Regelung sowie PWM-Steuerung von Auslassventilen in Druckauf- und Druckabbau nicht genutzt wird oder aufgrund Einschränkungen des Hydraulikkonzeptes nur teilweise genutzt werden kann. Beispielweise erfordert das MUX-Verfahren Ventile, die Druck in beiden Richtungen halten müssen. Gleichzeitig kann der erfindungsgemäßen zentralen Fahrdynamikregelung das Bremsmoment der Elektromotoren zur Verstärkung der Dynamik sowie Maximierung des Bremsmomentes in der Achsbremsmomentverteilung ergänzend genutzt werden. Hierdurch ist eine Optimierung der Bremsverzögerung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Achslasten, z.B. bei starker Verzögerung signifikant höhere Drücke an Vorderachse, bzw. daraus resultierend unterschiedlicher Bremsmomentverteilungsbedarf an den Achsen möglich; Dieses Merkmal hat Bedeutung bei Rennfahrzeugen, z.B. Rally-Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben an Vorder- und Hinterachse oder sog. Super Cars oder Hyper Cars mit Antriebsleistungen > 300 kW mit zugleich hohen Dynamikanforderungen.
    • - vorteilhafte Möglichkeit der Optimierung der Bremsmomentaufbaudynamik durch gleichzeitige Nutzung des hydraulischen Bremssystems und der Elektromotoren, wodurch z.B. eine kürzere Zeit zum Erreichen des Blockierdruckes, insbesondere bei Notbremsfunktionen, erzielbar ist;
    • - Optimierungsmöglichkeit der Rekuperationsleistung über die Elektromotoren, derart, dass bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten < 120 km/h ausschließlich bzw. weitestgehend, insbesondere mehr als zweidrittel (2/3) der Verzögerung über den einen oder beide elektrische Antriebsmotor(en) (Traktionsmotor(en)) erzielbar sind. Die Verzögerungsleistung ist dabei begrenzt durch die max. Leistung und das maximale Drehmoment des Elektromotors;
    • - eine einfache und sichere Regelung der Bremsdrücke über die Druckversorgungseinrichtung im Multiplexbetrieb (MUX-Betrieb) mit sehr geringem Ventilaufwand im zugleich geschlossenen Bremskreis, d.h. ohne Auslassventile, die im Regelbetrieb die Bremskreise mit dem Vorratsbehälter verbinden, ist möglich. Der Entfall von Auslassventilen hat den Vorteil, dass die Bremskreise im aktiven Betrieb mit dem Vorratsbehälter nicht hydraulisch verbunden werden und damit können unerkannte Undichtigkeiten bei Ventilen, z.B. durch Schmutzpartikel im Ventilsitz (schlafende Fehler) vermieden bzw. diagnostiziert werden, was die Zuverlässigkeit erhöht;
    • - Das Bremssystem kann vorteilhaft modular für verschiedene Ausführungsformen aufgebaut sein, wobei nachfolgend einige mögliche Modulbauweisen aufgezählt werden:
      • • Zentrales Bremsenmanagement als separate Einheit oder Modul einer zentralen Domäne des Fahrdynamikmanagements oder Bestandteil der Druckversorgungseinrichtung bzw. deren Steuereinheit;
      • • Einzelne Module, die bedarfsweise zusammengenommen und in verschiedenen Anordnungen zusammengefügt sind, wie z.B. aufgelöstes System mit separater Betätigungseinheit und separate Regeleinheit;
      • • aufgelöstes System mit separater Betätigungseinheit, insbesondere Wagebalkenlösung mit parallel angeordneten Hauptbremszylindern für jeweils einen Bremskreis für die bremskreisindividuelle hydraulische Betätigung durch Fahrer den Fahrer mit und separate Regeleinheit;
      • • Gesonderte ABS-Einheit bzw. Raddruckregeleinheit, die Bremskreisdrücke auf verschiedene Räder aufteilt, einfach gestaltbar sowie anschließbar an die als Modul ausgebildete Druckversorgungseinrichtung, wobei diese separat applizierbar auch für radindividuelle Regelung an den Achsen ist;
      • • ABS/ESP-Regeleinheit als Standalone-System mit eigener Druckversorgung (Redundanz) oder einfache Ventilregeleinheit unter Nutzung der Vordruckregelung durch das Bremssystem;
  • Mögliche Anwendungsbereiche für des erfindungsgemäße Bremssystems
  • Das erfindungsgemäße Bremssystem ist vorteilhaft für die folgenden Fahrzeugtypen einsetzbar:
    • - Für Bremssysteme für Rennsportfahrzeuge mit Funktionsumfang der hochdynamischen und präzisen achsweisen Bremsmomentregelung im Sinne der EBV-Optimierung (EBV = elektronische Bremskraftverteilung) sowie gleichzeitiger Rekuperation über mindestens einen Elektromotor an einer oder zwei Achsen;
    • - für Fahrzeuge ohne bzw. mit nur achsweiser ABS-Regelung, z.B. im Rennsport, Versuchsfahrzeuge für die Entwicklung von zentralen Fahrdynamikregelungen mit Elektromotoren an mehreren Achsen oder Fahrzeuge mit geringen Anforderungen an ABS-Regelung, wie z.B. langsam fahrende People-Mover Fahrzeuge;
    • - für kostengünstige Fahrzeuge in BRIC-Ländern, wo achsweise, bremskreisindividuelle ABS-Regelung ausreichend ist und die Servolenkung für Fahrzeugstabilisierungszwecke eingesetzt wird;
    • - modular ergänzbar mit separat operierender ABS/ESP-Regeleinheit, wobei beide Einheiten dann von separaten Bremsenherstellern bezogen werden können und zudem separat für das Fahrzeug applizierbar sind, wobei die Applikation der primären erfindungsgemäßen Bremsanlage durch den Fahrzeughersteller vorgenommen werden kann. Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1: eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit modularem Aufbau mit Tandem-Hauptbremszylinder THZ und zwei-kreisiger Rückfallebene in Vorderachse und Hinterachse;
    • 1a: eine erste mögliche Ausführungsform eines zentralen Bremsenmanagement für ein Bremssystem für eine Fahrerwunschregelung (FW) oder eine alternative Regelung bei autonomem Fahren (AD-Ctrl);
    • 1b: eine weitere mögliche Ausführungsform des Bremssystems, bei dem die Verbindung des zweiten Bremskreises mit der Druckversorgungseinrichtung über die Kolben-Zylinder-Einheit der Betätigungseinrichtung erfolgt und das Schaltventil zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Druckversorgung der Druckversorgungseinrichtung angeordnet ist
    • 2: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1 mit einer Wagebalkenlösung mit zwei Wegsimulatoren;
  • 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit der erfindungsgemäßen zentralen Steuerung über eine zentrale Steuer- und Regeleinrichtung M-ECUBM, die Steuersignale an die Steuer- und Regeleinrichtung S-ECUDV1 der Druckversorgungseinheit DV1 der Bremsanlage sowie die Steuer- und Regelungseinrichtungen S-ECUTM1, S-ECUTM2 der Traktionsmotoren schickt und aus der Steuer- und Regelungseinrichtung S-ECUBE der Betätigungseinheit BE Fahrerwunschsignale einliest. Die Bremsanlage ist modular aufgebaut und weist eine getrennte Betätigungseinheit BE und Druckversorgungseinrichtung DV auf.
  • Die Betätigungseinrichtung BE weist ein Bremspedal P sowie eine Betätigungsstange ST auf, welche auf einen Tandem-Hauptbremszylinder THZ wirkt, welcher wiederum ausgeführt ist mit einem Druckkolben DK und Druckkolbenarbeitsraum AB1 und einem Schwimmkolben SK sowie Schwimmkolbendruckarbeitsraum AB2. Sensoren für die Erkennung des Pedalhubs und Druckgeber DG2 und DG3 für eine redundante Fahrerwunscherkennung sind vorgesehen. Alternativ kann in der Betätigungseinheit BE nur ein Druckgeber DG2 oder DG3 eingesetzt werden bzw. kann auf die Druckgeber in der Druckversorgung komplett verzichtet werden, wenn ein Kraft-Weg-Sensorik KWS gemäß WO 2012059175A1 zur Kraftmessung eingesetzt wird. Die Druckkammern AB1, AB2 des Druckkolbens DK und des Schwimmkolbens SK sind zum Nachsaugen von Volumen über Schnüffellochdichtungen SD mit dem Vorratsbehälter VB verbunden. Die Betätigungseinheit BE ist über Trennventile TV1 und TV2 von der Druckversorgung DV/DV1 getrennt.
  • Die Druckversorgungseinrichtung DV besteht aus einer elektrisch angetriebenen Kolbenzylindereinheit mit Sensoren zur Erfassung von Winkelposition α des Rotors, Motorstrom i sowie Temperatur T sowie einer HCU mit Druckgeber DG1, Schaltventilen TV1, TV2 für die Trennung des Hauptbremszylinder von den Bremskreisen für den Brake-by-Wire Betrieb und Schaltventilen SVA1 und SVA2 für die bremskreisindividuelle Regelung durch die Druckversorgungseinrichtung DV. Zusätzlich ist ein Wegsimulator WS vorgesehen, der hydraulisch mit der Druckkammer AB1 des Druckkolbens über die Leitung VL5 verbunden ist und über ein Wegsimulatorabsperrventil TVWS absperrbar ist.
  • Für die Regelung des Bremsdruckes in Abstimmung mit der Rekuperationsregelung über den Elektromotor TM2 oder TM1 einer Achse wird das PPC-Regelverfahren mit Auswertung von Winkelposition α des Rotors des Elektromotors, Strom i des Elektromotors und optional Temperatur T des Motors eingesetzt, ergänzt um die Auswertung einer Druckvolumenkennlinie gemäß Stand der Technik, welche vorzugsweise im Betrieb angepasst wird. Wird ein Temperatursensor eingesetzt, wird die Temperatur T des Elektromotors dazu genutzt, um den Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment des Elektromotors anzupassen, weil sich die Drehmomentkonstante kt in Abhängigkeit der Temperatur T linear verringert. Dies wird vorteilhaft genutzt, um eine präzise dynamische Druckänderungsregelung zu realisieren, da die Regelung über den Strom i dynamischer ist, da Druckgeber in der Istwerterfassung einen zeitlichen Verzug haben. Der Druckgeber wird primär dann für die Solldruckregelung verwendet, wenn es um die genaue Einstellung des Solldruckes geht, kann aber auch für die gesamte Regelung verwendet werden. Zudem wird der Druckgeber zur Kalibrierung der sich im Betrieb, z.B. durch Lufteinschlüsse, veränderlichen Druckvolumenkennlinie verwendet. Fällt der Druckgeber aus, wird ausschließlich über den Strom i, die Winkelposition α und die Druckvolumenkennlinie geregelt, wodurch eine zusätzliche Redundanz gegeben ist.
  • Die Schaltventile SVA1 und SVA2 sind als stromlos-geschlossene Ventile ausgebildet, um in der Rückfallebene die Druckversorgung DV von der Betätigungseinheit BE abzutrennen. Für die gleichzeitige Regelung von beiden Achsen wird das Multiplex-Verfahren (MUX-Verfahren) gemäß Stand der Technik eingesetzt.
  • 1a zeigt den Aufbau eines zentralen Bremsenmanagements in Ausführungsform A ein Bremssystem z.B. nach 1, wobei für die Regelung nach Fahrerwunsch (FW) über eine Betätigungseinheit BE oder alternativ im autonomen Fahrbetrieb (AD-Ctrl) Sollsignale AD-Soll für das Bremsenmanagement (BM) durchgeführt wird. Dabei werden auch die Radgeschwindigkeiten VR1, VR2, VR3, VR4 berücksichtigt werden. Das Bremsenmanagement sendet dabei Sollmomente MSoll an die Steuerungen S-ECUTN1/TN2 der Traktionsmotor(en) und Solldrücke psoll1, psoll2 für die Druckversorgung an die Steuerungseinheit S-ECUDV1 für die Druckversorgungseinrichtung DV1. Die Solldrücke psoll1 und psoll2 sind die Stellsignale, welche die Druckversorgungseinrichtung DV1 in den Bremskreisen BK1 und BK2 stellen sollen zur bremskreisindividuellen Regelung. Bei fahrerlosen Fahrzeugen kann auf die Betätigungseinheit verzichtet werden und das System wird rein im AD-Ctrl-Betrieb betrieben.
  • Im zentralen Bremsenmanagement werden dann vorzugsweise folgende Funktionen implementiert:
    • • achsindividuelle Druckregelung für Rekuperation (Rekuperation)
    • • Bremskraftverteilung (EBV),
    • • achsweises ABS für Vierräder, ABS für Zweiräder
  • 1b zeigt den elektrischen Bremskraftverstärker X-Boost einer 2-Box-Bremsanlage, wie in WO2018233854A1 - Seite 4 definiert und im Text der Patentschrift beschrieben. Der X-Boost wird in WO2018233854A1 mit einer ESP-Anlage eingesetzt. Im Gegensatz zur Offenbarung wird der X-Boost als-Stand-Alone-Einheit ohne 2. Box (ESP-Einheit) betrieben und weist zwei Schaltventile SVA1 und SVA2 zum individuellen Betrieb der Bremskreise BK1 und BK2 auf. Der Druck wird über die Druckversorgung DV durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Druckversorgung gesteuert, wobei der Druck über eine hydraulische Verbindung und SVA1-Venil zum Bremskreis BK1 und im Weiteren über den Schwimmkolben K und SV2-Ventil in den Bremskreis BK2 übertragen wird. Die Schaltventile sind dabei vorzugsweise Stromlos-Offen ausgeführt, wodurch die vorher ausgeführte bremskreisindividuelle simultane bzw. teilsimultane Druckverlaufsreglung über PPC-Regelung des Kolbens der Druckversorgung DV sowie in einem Bremskreis ergänzt um PWM-Reglung bzw. Stromregelung der Schaltventile SVA1 und SVA2 realisiert wird bzw. werden kann. Alternativ oder ergänzend zur PWM-Regelung kann auch hier das Multiplexverfahren eingesetzt werden.
  • Die ECU des X-Boost ist hier als Slave-ECU S-ECUDV1 oder Master-ECUBM ausgeführt. In der Ausführung als S-ECUDV1 wird die Regelung des X-Boost in eine Zentralsteuerung integriert, in der Ausführung als Master-ECUBM wird über die Steuerelektronik des X-Boost die ECUs des Traktionsmotors TM1 oder TM2 einer Achse bzw. von zwei Traktionsmotoren an 2 Achsen gesteuert. Damit wird die Rekuperationssteuerung mit der bremskreisindividuellen Bremskreissteuerung optimal kombiniert.
  • Die Druckversorgung DV ist als eine über einen Elektromotor und einen Spindeltrieb angetriebene Kolbenpumpe ausgeführt.
  • Der erste Kolben der Betätigungseinheit BE wird zur Fahrerwunscherkennung und für die Rückfallebene genutzt. In der Rückfallebene, d.h. bei Ausfall der Druckversorgung, wird der Druck über Trennventile TV1 in Bremskreis BK1 geleitet und über TV2 und Schwimmkolben K in Bremskreis BK 2. Zusätzlich ist optional ein Stößel STB vorgesehen, der in der Rückfallebene direkt auf den Schwimmkolben K wirken kann.
  • Die beiden Kolben der Betätigungseinheit BE in einem Gehäuse angeordnet. Alternativ kann der Kolben KBE der Betätigungseinheit BE in einem ersten Gehäuse und der Schwimmkolben K in einem zweiten Gehäuse angeordnet sein. Eine Trennung der Gehäuse ermöglicht eine aus fertigungsgründen vorteilhafte Bauform der Bremsanlage. Diese Bauform kann im Sinne der Modulbauweise mit gleicher Fertigungstechnologie sinnvoll auf eine E-Pedal-Lösung mit separater Betätigungseinheit und Druckerzeuger mit Magnetventilen abgewandelt werden.
  • Die 2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1 mit einer Wagebalkenlösung mit zwei Wegsimulatoren. Der Wagebalken ermöglicht es, auch in der Rückfallebene die Bremsbalance des Fahrzeugs einzustellen. Der Wagebalken WB verbindet die Betätigungsstange ST und die zwei einzelnen Druckkolben KZE1 und KZE2 derart, dass eine Verschiebung des Wagebalkens WB den Angriffspunkt der Betätigungsstange ST zwischen den beiden Druckkolben verändert. Nach dem Hebelgesetz teilt sich die Kraft der Betätigungsstange ST auf die beiden Druckkolben KZE1 und KZE2 umgekehrt proportional zu den Hebelarmlängen auf. Folglich stellt sich ein unterschiedlicher Druck in den beiden Druckkammern DK1 und DK2 ein.
  • Um ein tordieren des Wagebalkens WB zu vermeiden ist es zweckmäßig, neben einem ersten Wegsimulatormodul WS1 ein zweites Wegsimulatormodul WS2 an der Leitung VL2 anzuschließen, so dass beide Druckkolben KZE1 und KZE2 ein ähnlich großes Volumen in die Druckversorgungseinheit DV1 transportieren können. Ansonsten ist die Ausführungsform mit der in 1 beschriebenen Variante im hydraulischen Aufbau: Trennventile TV1 und TV2 zur Abtrennung der Betätigungseinheit von den Bremskreisen und Schaltventile SVA1 und SVA2 für PPC und MUX-Regelung, ähnlich bzw. funktionsgleich.
  • 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
    • WO 2018215397 A1 [0002]
    • EP 1874602 B1 [0003]
    • DE 102005055751 B3 [0003, 0004]
    • DE 102005018649 B3 [0003, 0005]
    • DE 102005063659 B3 [0003, 0006]
    • EP 1907253 B1 [0003, 0007, 0014]
    • DE 102013224313 A1 [0018]
    • US 9981645 B2 [0018]
    • WO 2012059175 A1 [0022]
    • WO 2018233854 A1 [0028]

Claims (16)

  1. Bremsvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug mit zwei Achsen (A1, A2), wobei - mindestens eine Achse (A1, A2) einen elektrischen Traktionsmotor (TM) zum Antrieb und Bremsen des mindestens einen an der Achse (A1, A2) angeordneten Rades aufweist, und mittels des Traktionsmotors (TM) beim Bremsen Energie rückgewinnbar ist, - jedes Rad eine Radbremse, (RB1, RB2, RB3, RB4;) aufweist, - eine Druckversorgung (DV) mit einer von einem Elektromotor (M) angetriebenen Pumpe (P), in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist, - die Druckversorgung (DV) sowohl Druck aufbauen als auch Druck abbauen kann, insbesondere durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit, und mindestens einen Druckversorgungsausgang (DVa) aufweist, - Betätigungseinrichtung (BE) mit Bremspedal (P), insbesondere in Form einer hydraulischen Betätigungseinheit mit Wegsimulator (WS) oder einem E-Pedal (EP) - die Druckversorgung (DV) Bestandteil einer Druckversorgungseinrichtung (DV1) ist, wobei die Druckversorgungseinrichtung (DV1) mindestens zwei Ausgangsleitungen (VLa1, VLa2) und mindestens zwei Anschlüsse (VLb1, VLb2) zum Anschluss entweder an die Bremskreise (BK1, BK2), eine ABS/ESP-Einheit (ABS/ESP) und/oder eine Betätigungseinheit (BE) aufweist, und - jeder Anschluss (VLb1, VLb2) mittels mindestens einem Schaltventil (SVA1, SVA2) von der Druckversorgung (DV) abtrennbar ist, - jede Ausgangsleitung (VLa1, VLa2) mit dem Druckversorgungsausgang (DVa) unmittelbar oder über eine Verbindungsleitung (VLd) hydraulisch verbunden ist, - eine Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) den mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM) sowie die Komponenten der Druckversorgungseinrichtung (DV1) derart steuert, dass in Zusammenspiel der Druckversorgungseinrichtung (DV1,DV2) und dem mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM1, TM2) für jeden Bremskreis (BK1, BK2), jede Achse (A1, A2) oder den Radbremsen einer Achse (A1, A2) individuell, d.h. mit unterschiedlichen Bremsmomenten an den jeweiligen Achsen (A1, A2) oder Radbremsen einer Achse (A1, A2), eine Bremsverzögerung einregelbar ist.
  2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraft an den Achsen (A1, A2) im Zusammenwirken des Druckes der Druckversorgungseinrichtung (DV1) und/oder der Betätigungseinheit (BE) mit dem Bremsmoment des mindestens einen elektrischen Traktionsmotors (TM) erzeugt wird, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (ECUBM) die Komponenten derart steuert, dass die Bremsverzögerung bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten (<120 km/h) vorzugsweise ausschließlich oder größtenteils (>2/3 der Verzögerung) mittels des elektrischen Traktionsmotors (TM) erfolgt, derart, dass möglichst viel kinetische Energie des Fahrzeuges in elektrische Energie umwandelbar und speicherbar ist.
  3. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regeleinrichtung(en) (S-ECUDV1) für die Druckversorgungseinrichtung (DV1) und/oder mindestens eine Steuer- und Regeleinrichtung (S-ECUTM1, S-ECUTMI) für mindestens einen Traktionsmotor (TM1, TM2) vorgesehen ist bzw. sind, welche über redundante Leitungen DS1/DS2 mit einer übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung (S-ECUBM) bidirektional kommuniziert bzw. kommunizieren und/oder miteinander kommunizieren.
  4. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (BE) eine Kolben-Zylinder-Einheit (KZE) mit zwei Kolben (Hilfskolben KBE und Schwimmkolben K) aufweist, deren Hilfskolben über ein Bremspedal (P) verstellbar ist und einen Arbeitsraum begrenzt, welcher hydraulisch mit einem Wegsimulator verbunden ist und deren Schwimmkolben (K) zwei Druckräume (AR1, AR2) abdichtend voneinander trennt, wobei der zweite Ausgang (VLb2) über eine Verbindungsleitung (VLa2) mit dem einen zweiten Druckraum (AR2) in hydraulischer Verbindung ist, und der erste Druckraum (AR1) mit einer hydraulischen Verbindungsleitung (VLa2') mit der Druckversorgung (DV) hydraulisch und mit einem ersten Ausgang (VLb1) in Verbindung ist, wobei der erste Ausgang VLb1 über ein Schaltventil (SVA1) und der zweite Ausgang VLB2 über ein Schaltventil (SVA2) von der Druckversorgung (DV) hydraulisch trennbar ist.
  5. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgangsleitungen (VLA1, VLA2) und der Druckversorgung (DV) zwei stromlos geschossene Ventile (SVA1, SVA2) zwischengeschaltet ist, damit bei Ausfall der Druckversorgung Druck durch Betätigung der Betätigungseinrichtung (BE) ausschließlich in die Bremskreise geführt wird.
  6. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckgeber (DG1, P/U), vorzugsweise der Druckgeber am Ausgang (DVa) der Druckversorgungseinrichtung (DV1) zur Ermittlung des Drucks in einer Ausgangsleitung (VLa1, VLa2) zur Kalibrierung der PPC-Drucksteuerung (Druckregelung über Strom, Kolbenweg und Druck-Volumen-Kennlinie) zum Zweck der hochdynamischen und präzisen Druckregelung und/oder Druckregelbetrieb bei Ausfall mindestens eines Druckgebers vorgesehen ist.
  7. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei über einen Wagebalken (WB) mittels des Pedals (P) betätigbare Kolben-Zylindereinheiten (KZE1, KZE2) vorgesehen sind, wobei jede Kolben-Zylindereinheiten (KZE1, KZE2) über eine eigene Verbindungsleitung (VL4, VL5) über ein Trennventil (TV1, TV2) mit einem Bremskreis (BK1, BK2) verbindbar ist und jede Verbindungsleitung (VL4, VL5) mit einem hydraulisch wirkenden Wegsimulator (WS1, WS2) in Verbindung.
  8. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckversorgungseinrichtung (DV1) und den Bremskreisen (BK1, BK2) eine ABS/ESP-Einheit zwischengeschaltet ist, wobei die ABS/ESP-Einheit mit ihren Eingängen mit den Anschlüssen (VLb1, VLb2) verbunden ist.
  9. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgungseinrichtung (DV1) zwei weitere Anschlüsse (VLb4, VLb5) aufweist, die zur Verbindung mit der Betätigungseinrichtung (BE) dienen und durch Druckaufbau durch die Druckversorgungseinrichtung eine Diagnose der Betätigungseinheit, insbesondere Ausfall Dichtungen der Kolben der Betätigungseinheit BE durchgeführt werden kann.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Druckversorgungseinrichtung (DV1) mittels mindestens eines elektrischen Traktionsmotors (TM1, TM2) eine Bremsverzögerung an mindestens einer Achse (A1, A2) aufgebaut wird.
  11. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung in den Bremskreisen nacheinander im Multiplexbetrieb, zeitgleich oder zeitlich überlappend mittels der Druckversorgung (DV) und den Schaltventilen (SVA1, SVA2) eingeregelt bzw. eingesteuert wird.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsvorgang benötigte Bremskraftverzögerung über den mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM1, TM2) und die Druckversorgungseinrichtung (DV1) und den hydraulischen Radbremsen erzeugt wird, wobei mittels des mindestens einen elektrischen Traktionsmotors (TM1, TM2) im Sinne der Maximierung der Energierückgewinnung (Rekuperation) mit maximalen Drehmoment des Traktionsmotors bzw. der Traktionsmotoren verzögert wird und gleichzeitig das hydraulische Bremsmoment um den äquivalenten Bremsdruck gleich an beiden Achsen oder achsindividuell unterschiedlichen Bremsdrücken reduziert wird.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch angetriebene Kolben-Zylinder-System unter Verwendung von Druckvolumenkennlinie, Strom oder Kolbenposition den Druck regelt.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Bremskreisen (BK1, BK2) mittels der Druckversorgungseinrichtung und/oder dem mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM) zeitgleich, zeitlich überschneidend oder nacheinander eingestellt bzw. eingeregelt wird.
  15. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bremsvorrichtung zur optimierten Rekuperationssteuerung oder maximalen Verzögerung eine achsindividuelle Druckregelung erfolgt.
  16. Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem zur Vermeidung des Blockierens der Räder für jede Achse (A1, A2) individuell einen Druck generiert, der kleiner ist als der Blockierdruck des einen Fahrzeugrades der Achse bzw. des Fahrzeugrades der jeweiligen Achse (A1, A2), welches von beiden am ehesten zum Blockieren neigt (sog. achsweise ABS-Regelung).
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