DE102019213886A1

DE102019213886A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit ESC-Modul und Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE102019213886A1
Application number: DE102019213886.1A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Ullrich; Mile Jokic; Roman Büchler; Martin Baechle
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Bremsanlage (2) für Kraftfahrzeuge, umfassend einen elektrischen Bremskraftverstärker (6) und ein ESC-Modul (10), wobei dem elektrischen Bremskraftverstärker (6) eine Pedalsimulatoreinheit (14), umfassend ein Bremspedal (16), mit einer mechanischen Lücke vorgeschaltet ist, dergestalt, dass eine mechanische Betätigung des elektrischen Bremskraftverstärkers (6) mittels einer Pedalbewegung des Bremspedals (16) erst nach Überwindung der mechanischen Lücke erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, umfassend einen elektrischen Bremskraftverstärker und ein ESC-Modul. Sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Betriebsverfahren.
Bremssysteme bzw. Bremsanlagen, die im Verbund mit einem elektrifizierten Antriebsstrang die Energierückgewinnung während Bremsungen mittels der Betriebsbremse unterstützen sollen, müssen die Fähigkeit besitzen, die Radbremsen von der Betätigung des Bremspedals zu entkoppeln, dabei aber den Fahrerbremswunsch zu erfassen und diesen an den elektrischen Antriebsstrang zu übermitteln.
Grundsätzlich geeignet sind hierfür Simulatorbremssysteme nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, bei denen die Betätigung des Bremspedals zu einer Auslenkung eines Pedalkraftsimulators führt, ohne eine direkte Auswirkung auf die Radbremsen zu haben.
Um automatisierte Fahrfunktionen (ab SAE Level 3) darstellen zu können, ist zudem eine redundante Erzeugung von Bremsdruck unabhängig von der Betätigung des Bremspedals notwendig. Dazu kann beispielsweise ein zusätzlicher Drucksteller verwendet werden.
Eine weitere bekannte Bremssystemarchitektur zur Unterstützung von Rekuperation und Automatisierung ist die so genannte 2-Box-Lösung, bei der ein elektrischer Bremskraftverstärker mit einer ESC-Hybrid-Anlage kombiniert wird. Die Funktion des regenerativen Bremsens ist hierbei auf die beiden Teilsysteme (elektrischer Bremskraftverstärker und ESC Hybrid) verteilt und bspw. gemäß der VDA Schnittstellenempfehlung VDA 360 ausgeführt. Hierbei erfolgt die Erfassung des Fahrerbremswunschs durch die Sensorik des elektrischen Bremskraftverstärkers, während die Entkopplung von den Radbremsen durch Ventilschaltungen innerhalb der ESC Hybrid Anlage geschieht.
Bremsflüssigkeitsvolumen wird bei Pedalbetätigung in die Niederdruckspeicher der ESC Hybrid Anlage verschoben und bei Bedarf, d. h. wenn die Generatorbremswirkung z. B. zum Ende eines Anhaltevorgangs abnimmt, mittels der Hydraulikpumpe der ESC-Hybrid-Anlage wieder aus den Niederdruckspeichern in die Radbremsen gefördert, um eine gleichbleibende Bremswirkung zu erzielen (so genanntes Blending). Diese Bremssystemarchitektur umfasst zwei Drucksteller und ist damit grundsätzlich zur Erweiterung für automatisierte Fahrfunktionen geeignet.
Die Effizienz dieser Bremssystemarchitektur im Hinblick auf Bremsenergierückgewinnung ist jedoch begrenzt durch verschiedene Faktoren:

Die Volumenverschiebung in die Niederdruckspeicher der ESC Hybrid Anlage führt zu einem (kleinen) Gegendruck, der u. U. ausreicht, die Kolben der Radbremszylinder zu verschieben und so zu einem unerwünschten Reibbremsmoment führt.

Die Menge des in die Niederdruckspeicher verschobenen Volumens ist so zu begrenzen, dass bei einem Reibwertsprung des Fahrbahnbelages noch eine sichere Blockiervermeidung gegeben ist. Dadurch kann insbesondere bei mehrfachem Modulieren der Bremspedalstellung im Verlauf eines Bremsvorgangs nicht rein rekuperativ gebremst werden, obwohl der elektrische Antriebsstrang möglicherweise ein ausreichendes Verzögerungsvermögen bereitstellt.
Weiterhin ist aufgrund des Fehlens einer Simulatorkomponente immer ein Durchgriff des Fahrers auf die Radbremen gegeben, was bei automatisierten Fahrfunktionen ggf. in bestimmten Situationen oder bei nur geringer Pedalbetätigung unter Umständen unerwünscht sein kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage mit einem elektrischen Bremskraftverstärker und einem ESC-Modul in modularer Weise zu einer effizienten Energierückgewinnung bei rekuperativem Bremsen zu ertüchtigen. Weiterhin soll ein entsprechendes Betriebsverfahren angegeben werden.
In Bezug auf die Bremsanlage wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Bremskraftverstärker eine Pedalsimulatoreinheit, umfassend ein Bremspedal, mit einer mechanischen Lücke vorgeschaltet ist dergestalt, dass eine mechanische Betätigung des Bremskraftverstärkers mittels einer Pedalbewegung des Bremspedals erst nach Überwindung der mechanischen Lücke erfolgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die oben aufgeführten Nachteile durch den Einsatz eines Simulatorbremssystems beseitigt werden können. In Fahrzeugplattformen, die verschiedene Antriebskonzepte umfassen, ist ein Architektursprung vom Standardbremssystem (Vakuumbremskraftverstärker und ESC) über ein 2-Box-System nach dem Stand der Technik (elektrischer Bremskraftverstärker und ESC-Modul) zu einem Simulatorbremssystem jedoch schwer darstellbar.
Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich das Problem lösen, indem das 2-Box-System modular um einen Simulator bzw. eine Pedalsimulatoreinheit erweitert wird. Der Simulator wird als zusätzliches Bauteil in das System eingebracht, ohne dass die grundsätzliche, mechanische Architektur des Bremssystems gravierend verändert werden muss. Hierzu wird dem elektrischen Bremskraftverstärker eine Pedalsimulatoreinheit unter Realisierung einer mechanischen Lücke vorangestellt.
Die Pedalsimulatoreinheit kann beispielsweise ausgebildet sein wie in der WO 2004/005095 A1 beschrieben.
Die Pedalsimulatoreinheit umfasst einen Pedalkraftsimulator, der dem Fahrer bei Pedalbetätigung innerhalb der mechanischen Lücke eine geeignete Kraftrückmeldung vermittelt.
Vorteilhafterweise ist die Pedalsimulatoreinheit hydraulisch ausgeführt, insbesondere mit einer hydraulischen Dämpfung.
Vorteilhafterweise ist die Pedalsimulatoreinheit trocken ausgeführt ist. Dazu sind bevorzugt wenigstens eine Feder und wenigstens elastisches Element, insbesondere ein Elastomer, vorgesehen. Bei Betätigung des Bremspedals komprimiert der Fahrer mit Muskelkraft das wenigstens eine elastische Element, während die Feder dazu dient, das Bremspedal in seine Ausgangsstellung zu drücken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pedalsimulatoreinheit abschaltbar ausgeführt dergestalt, dass im abgeschalteten Zustand der Kraftaufwand zur Betätigung der Pedalsimulatoreinheit entfällt.
Das ESC-Modul ist vorteilhafterweise als ESC-Hybrid-Modul ausgebildet. Es kann auch als normales ESC-Modul ausgebildet sein, wie es in Kraftfahrzeugen ohne elektrischen Antrieb verwendet wird. Das ESC-Modul kann beispielsweise im Wesentlichen ausgebildet sein wie das Modul bzw. die Druckmodulationseinrichtung 6 aus der DE 10 2015 208 148 A1 .
Der elektrische Bremskraftverstärker kann beispielsweise im Wesentlichen ausgeführt sein wie der in der WO 2011/026710 A1 , der EP 2 292 483 A1 oder der in der DE 10 2014 207 456 A1 beschriebene Bremskraftverstärker.
Die Pedalsimulatoreinheit umfasst bevorzugt eine Sensorik zur Erfassung des Fahrerbremswunsches, welche insbesondere wenigstens einen Pedalweg- und/oder Pedalwinkelsensor umfasst.
Die Pedalsimulatoreinheit kann bevorzugt zur Erfassung des Fahrerbremswunsches eine Kraft- und/oder Drucksensorik umfassen. Dies kann sinnvoll sein, wenn die Pedalsimulatoreinheit ganz oder teilweise hydraulisch ausgeführt ist, um Sicherheitsüberwachungen durchzuführen oder die Fahrerbremswunscherfassung zu ergänzen.
Bevorzugt umfassen sowohl der elektrische Bremskraftverstärker als auch das ESC-Modul bzw. das ESC System ein elektronisches Steuergerät (ECU) bzw. eine elektronische Steuer- und Regeleinheit. Die Berechnung des Fahrerbremswunschs mit Hilfe der oben genannten Sensorik und die Ansteuerung der
(optionalen) Simulatorabschaltung kann in einem oder beiden ECUs erfolgen.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte erfindungsgemäß gelöst, indem der erfasste Fahrerbremswunsch in die Sollwertgenerierung für die Kraft- oder Wegregelung des elektrischen Bremskraftverstärkers berücksichtigt wird.
In dem Fall, dass, insbesondere in einer Rückfallebene, die mechanische Lücke geschlossen wird, erfolgt bevorzugt die Sollwertgenerierung aus einer internen Sensorik, insbesondere einer Differenzwegsensierung, des elektrischen Bremskraftverstärkers.
Bei Berechnung des Fahrerbremswunschs innerhalb der ECU des ESC-Systems kann dieser unter Verwendung einer sogenannten EBR-Schnittstelle (External Brake Request) an die ECU des elektrischen Bremskraftverstärkers übermittelt werden. Diese Schnittstelle ist aus der VDA Empfehlung VDA 360 bekannt.
In einer Rückfallebene wird vorteilhafterweise zur Fahrerwunschberechnung ein interner Drucksensor des ESC-Moduls verwendet.
Optional ist auch der Anschluss der Sensorik der Pedal-Simulator-Einheit sowie der ebenfalls optionalen Simulatorabschaltung an das Steuergerät des elektrischen Bremskraftverstärkers als auch an das ESC-Steuergerät möglich. Damit kann eine redundante Fahrerwunscherfassung mit unveränderter Pedalcharakteristik bei Einfachfehler erreicht werden.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass
durch die Erweiterung der bekannten 2-Box-Architektur bestehend aus elektrischem Bremskraftverstärker und ESC um einen Simulator eine höhere Effizienz beim rekuperativen Bremsen ermöglicht wird. Zudem kann eine Option zur Arbitrierung des Fahrerbremswunschs beim automatisierten Fahren hinzugefügt werden.
Das modulare Konzept erlaubt eine Anpassung der Bremssystemarchitektur an unterschiedliche Antriebskonzepte innerhalb einer Fahrzeugplattform mit den möglichen Ausbaustufen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

1 eine Bremsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform; und
2 ein Schaubild zur Funktionsweise einer Bremsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in 1 dargestellte Bremsanlage 2 umfasst ein ESC-Modul 10 und einen elektrischen Bremskraftverstärker 6. Sie umfasst weiterhin an das ESC-Modul hydraulisch angeschlossene, hydraulisch betätigbare Radbremsen (nicht dargestellt) sowie einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter (nicht dargestellt).
Der elektrische Bremskraftverstärker 6 und das ESC-Modul 10 sind jeweils modulartig ausgeführt, die entsprechenden hydraulischen und/oder elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Modulen sind nicht dargestellt.
Die Bremsanlage 2 ist dazu ausgebildet, eine effiziente Energierückgewinnung bei rekuperativen Bremsvorgängen zu ermöglichen, wobei an den vorhandenen Modulen des Bremskraftverstärkers und des ESC-Moduls keine aufwändigen Anpassungen erfolgen müssten.
Dazu umfasst die Bremsanlage 2 eine Pedalsimulatoreinheit 20
mit einem Bremspedal 16. Die Pedalsimulatoreinheit 14 kann nass und/oder trocken ausgeführt sein. Die Pedalsimulatoreinheit 14 umfasst eine Sensorik zur Erfassung des Fahrerbremswunsches. Dazu ist ein Weg- und/oder Winkelsensor vorgesehen, der den Pedalweg und/oder den Pedalwinkel des Bremspedals 16 misst. Bevorzugt ist der jeweilige Sensor redundant ausgebildet.
Die Pedalsimulatoreinheit 14 ist dem elektrischen Bremskraftverstärker 6 unter Realisierung einer mechanischen Lücke vorgeschaltet. Dies bedeutet, dass bis zu einem vorgegebenen zurückgelegten Pedalweg des Bremspedals 16 der Bremskraftverstärker nicht mechanisch durch ein Element der Pedalsimulatoreinheit 14 betätigt wird. Das Bremspedal 16 ist in diesem Bereich mechanisch von dem Bremskraftverstärker 6 entkoppelt. Erst bei größeren Pedalwegen, wenn die mechanische Lücke überwunden ist, wird der Bremskraftverstärker 6 mechanisch bei Betätigung des Bremspedals 16 derart benötigt, dass dadurch Bremsdruck in den Radbremsen aufgebaut wird. Die mechanische Betätigung des Bremskraftverstärkers ist insbesondere in einer Rückfallebene der Bremsanlage 2 relevant.
Durch das Vorschalten der Pedalsimulatoreinheit 14 ist eine modulare Erweiterung eine Bremsanlage 2, die einen elektrischen Bremskraftverstärker 6 und ein ESC-Modul 10 aufweist, realisiert. Eine Entkopplung der Bremspedalbetätigung von der Betätigung des Bremskraftverstärkers 6 ist auf diese Weise ohne große konstruktive Änderungen der Bremsanlage erreicht.
In 2 ist ein Schaubild der Funktionsweise der Bremsanlage gemäß 1 dargestellt. Die Pedalsimulatoreinheit 14, die in dem vorliegenden Beispiel nass ausgestaltet ist, umfasst hier neben einem Pedalwegsensor 24 auch einen Kraftsensor 20.
Der elektrische Bremskraftverstärker 6 umfasst ein Modul 32 (Fahrerbremswunschberechnung), in dem der Fahrerbremswunsch berechnet wird. Das Modul 32 ist eingangsseitig mit dem Pedalwegsensor 24 und dem Kraftsensor 20 verbunden. Es ist weiterhin eingangsseitig mit einem internen Sensor 28 des Bremskraftverstärkers 6 verbunden. Der Sensor 28 kann beispielsweise als Differenzwegsensor ausgeführt sein.
In einem Modul 34 (Sollwert-Arbitrierung), welches ausgangsseitig mit Modul 32 verbunden ist, erfolgt eine Sollwert-Arbitrierung. Die Sollwert-Arbitrierung enthält eine Logik zur Priorisierung des in Modul 32 berechneten Fahrerbremswunsches gegenüber einem optional im ESC berechneten Fahrerbremswunsch (aus Modul 48). Zudem kann auch eine Priorisierung gegenüber anderen Sollwertquellen (nicht dargestellt) etwa von Fahrerassistenzsystem enthalten sein.
In einem Modul 36 (Aktuatorregelung (elektrischer Bremskraftverstärker)), welches ausgangsseitig mit Modul 34 verbunden ist, wird die Regelung des Aktuators des elektrischen Bremskraftverstärkers durchgeführt.
Zwischen dem Bremskraftverstärker 6 und dem ESC-Modul 10 ist eine Schnittstelle 40 ausgebildet, wobei der Schnittstellenumfang bevorzugt gemäß VDA 360 ausgebildet ist.
Das ESC-Modul 10 umfasst einen Drucksensor 44, der den Systemdruck misst. In einem Modul 48 (Fahrerbremswunschberechnung) des ESC-Modul 10, welches eingangsseitig mit dem Drucksensor 44 verbunden ist, erfolgt eine Berechnung des Fahrerbremswunsches.
In einem Modul 52 (Aufteilung in Generator- und Reibungsbremsanteil) wird der berechnete Fahrerbremswunsch aufgeteilt in zwei Anteile, nämlich einen ersten Anteil, der von den Reibbremsen bzw. den hydraulisch betätigbaren Radbremsen bereitgestellt werden soll, und einen zweiten Anteil, der von einem Generator eines elektrischen Antriebs des Fahrzeugs bereitgestellt werden soll. Das zugehörige Fahrzeug kann dabei einen rein elektrischen Antrieb oder einen Hybrid-Antrieb aufweisen, die jeweils einen Generator aufweisen, der für rekuperatives Bremsen eingesetzt werden kann. Über eine Schnittstelle 70 (Schnittstelle zum elektrischen Antriebssystem für Rekuperation) wird der zweite Anteil an das elektrische Antriebssystem für Rekuperation übermittelt.
In einem Modul 56 (Aufteilung in Hauptbremszylinder- und Systemdruckanteil) wird weiterhin der hydraulische Bremsmomentanteil, der von den Reibbremsen bzw. Radbremsen bereitgestellt werden soll, aufgeteilt in einen ersten Anteil, der von dem Systemdruck bereitgestellt werden soll, und einen zweiten Anteil, der von dem Druck im Hauptbremszylinder bereitgestellt werden soll.
In einem Aktuatorsteuermodul 60 (Aktuatorregelung (Ventile, Pumpe)) wird der Aktuator des ESC-Modul 10 angesteuert, um den ersten Anteil des hydraulischen Bremsmomentanteils bereitzustellen.
In der gezeigten bevorzugten Ausführung der Bremsanlage kann der Fahrerbremswunsch sowohl in Modul 32 des elektrischen Bremskraftverstärkers 6 als auch in Modul 48 des ESC-Moduls 10 oder in beiden Modulen 32, 48 berechnet werden.
Bei Berechnung des Fahrerbremswunschs innerhalb der ECU des elektrischen Bremskraftverstärkers 6 wird dieser in die Sollwertgenerierung für die Kraft- oder Wegregelung des elektrischen Bremskraftverstärkers eingespeist.
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 2004/005095 A1 [0015]
DE 102015208148 A1 [0020]
WO 2011/026710 A1 [0021]
EP 2292483 A1 [0021]
DE 102014207456 A1 [0021]

Claims

Bremsanlage (2) für Kraftfahrzeuge, umfassend einen elektrischen Bremskraftverstärker (6) und ein ESC-Modul (10), dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Bremskraftverstärker (6) eine Pedalsimulatoreinheit (14), umfassend ein Bremspedal (16), mit einer mechanischen Lücke vorgeschaltet ist, dergestalt, dass eine mechanische Betätigung des elektrischen Bremskraftverstärkers (6) mittels einer Pedalbewegung des Bremspedals (16) erst nach Überwindung der mechanischen Lücke erfolgt.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 1, wobei die Pedalsimulatoreinheit (14) hydraulisch ausgeführt ist.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 1, wobei die Pedalsimulatoreinheit (14) trocken ausgeführt ist.
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Pedalsimulatoreinheit (14) abschaltbar ausgeführt ist dergestalt, dass im abgeschalteten Zustand der Kraftaufwand zur Betätigung der Pedalsimulatoreinheit (14) entfällt.
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das ESC-Modul (10) als ESC-Hybrid-Modul ausgebildet ist.
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pedalsimulatoreinheit (14) eine Sensorik zur Erfassung des Fahrerbremswunsches umfasst, welche insbesondere wenigstens einen Pedalweg- und/oder Pedalwinkelsensor (24) umfasst.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 6, wenn abhängig von Anspruch 2, wobei die Pedalsimulatoreinheit (14) zur Erfassung des Fahrerbremswunsches eine Kraft- und/oder Drucksensorik (20) umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der erfasste Fahrerbremswunsch in die Sollwertgenerierung für die Kraft- oder Wegregelung des elektrischen Bremskraftverstärkers (6) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Fall, dass, insbesondere in einer Rückfallebene, die mechanische Lücke geschlossen wird, die Sollwertgenerierung aus der internen Sensorik des elektrischen Bremskraftverstärkers (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei in einer Rückfallebene zur Fahrerwunschberechnung ein interner Drucksensor des ESC-Moduls verwendet wird.