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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem zur Steuerung einer Verzögerung eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit einem solchen Bremssystem.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist ein By-Wire-Bremssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein Bremswunsch eines Fahrers durch eine Betätigung eines Bremspedals sensorisch erfasst wird. Dabei wird die Bremse nicht mehr über eine Hydraulik direkt gesteuert, sondern über elektrische Impulse und mikroprozessorgesteuerte Motoren. Am Bremspedal sind Sensoren angeordnet, mit denen der Bremswunsch des Fahrers durch Kraft- und/oder Verstellwegmessungen erkannt wird. Dabei übertragen elektrische Leitungen den Bremswunsch zu einer Steuereinheit.
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Aus der
GB 2 443 921 A geht eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugbremsanlage hervor, die einen Hauptbremszylinder, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung und eine elektronische Steuereinheit umfasst. Bei nicht betriebsbereiter By-wire-Funktion, infolge eines möglichen Ausfalls der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, schaltet die Bremsanlage in eine Rückfallbetriebsart, in der eine herkömmliche direkte hydraulische Kopplung von Kammern eines Tandemhauptbremszylinders mit Radbremsen wieder hergestellt wird. Damit ist ein mit einer solchen „By-wire“-Bremsanlage ausgerüstetes Fahrzeug auch bei einem Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung, einem Ausfall einer Elektronikeinheit und bei einem Ausfall einer elektrischen Energieversorgung mit einer vom Fahrer durch ein Betätigen eines Bremspedals bereitgestellten Stellenergie bremsbar.
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Ein autonomes Fahrzeug bedarf jedoch keines Bremspedals.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Bremssystem bereitzustellen, das insbesondere auch bei einer Störung des Bremssystems ohne Bremspedal eine Verzögerung des Fahrzeugs ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Bremssystem zur Steuerung einer Verzögerung eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit einem solchen Bremssystem nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Das erfindungsgemäße Bremssystem umfasst mindestens einen ersten Aktuator zur Betätigung einer an einer Fahrzeugachse angeordneten Bremseinrichtung, eine Steuereinheit, eine Tasteinrichtung und eine elektrische Schalteinrichtung, die zwischen dem Aktuator und der Steuereinheit angeordnet ist. Bei einem ersten Zustand der Tasteinrichtung betätigt die Steuereinheit den Aktuator und bei einem zweiten Zustand der Tasteinrichtung betätigt die elektrische Schalteinrichtung den Aktuator.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Bremssystems liegt darin, dass ein ausfallsicheres Bremssystem bereitgestellt wird. Das Bremssystem wird durch einen sogenannten redundanten Motorbetrieb realisiert, in dem der Aktuator in einem doppelten Funktionsweg betätigt wird. Auf diese Weise kann der Aktuator ausfallsicher einen Bremsvorgang durchführen.
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Die Fahrzeugachse kann zwei Fahrzeugräder mit jeweils einer Radbremse umfassen. Der Aktuator kann ein elektromechanischer Aktuator sein und eine Bremskraft des Fahrzeugs bereitstellen, die direkt an Rädern über die elektromechanisch betriebene Radbremse erzeugt wird. Die Radbremse kann hydraulisch oder elektrohydraulisch zumindest mittelbar, vorzugsweise über eine Bremsleitung mit einem Hauptzylinder der Bremseinrichtung verbunden sein. Der Aktuator kann für eine Vorderachse und/oder Hinterachse des Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Die Steuereinheit kann in einem Bordnetz an einem oder verschiedenen Bussystemen, wie z.B. CAN-Bus, LIN-Bus, Ethernet oder FlexRay, angeschlossen sein, um mit weiteren elektrischen Komponenten des Fahrzeugs zu kommunizieren, so dass verschiedene Steuerungs- und Regelungsaufgaben durchgeführt werden können. Des Weiteren kann das Bordnetz die elektrischen Komponenten, wie die Steuereinheit, zuverlässig mit Strom versorgen. Die Steuereinheit kann elektronische Module umfassen, die beispielsweise einen Bremsvorgang oder eine Verzögerung des Fahrzeugs regeln und steuern. Die Steuereinheit kann beispielsweise von einem Eingabemittel Signale empfangen, welche die Steuereinheit in Steuerbefehle in Form von Daten verarbeitet, um den Aktuator betätigen zu können.
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Die Tasteinrichtung kann zur Eingabe eines Bremssignals dienen, anhand dessen die Steuereinheit den Aktuator ansteuert. Die Tasteinrichtung kann beispielsweise ein Not-Aus Taster, ein Druckschalter oder eine elektrische Schnittstelle sein, die Sensoren umfassen, die das Bremssignal an die Steuereinheit übermittelt.
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Der erste Zustand der Tasteinrichtung kann ein regulärer und/oder fehlerfreier Betriebszustand des Bremssystems sein. Mit anderen Worten kann das Bordnetz zuverlässig mit Strom versorgen und/oder Informationen bereitstellen, so dass auch die Kommunikation zwischen der Tasteinrichtung und der Steuereinheit und zwischen der Steuereinheit und dem Aktuator einwandfrei läuft. Auf diese Weise kann der Aktuator durch die Steuereinheit betätigt werden, um den Bremsvorgang oder die Verzögerung des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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In dem zweiten Zustand der Tasteinrichtung kann das Bremssystem fehlerbehaftet sein, so dass die Steuereinheit nicht mehr funktionsfähig ist oder einen Fehler aufweist. Der Fehler kann z.B. ein Ausfall einer Stromversorgung des Bordnetzes sein oder Kommunikationsfehler zwischen der Tasteinrichtung und der Steuereinheit sein. Um die Verzögerung des Fahrzeugs trotz einer fehlerbehafteten Steuereinheit zu ermöglichen, kann die elektrische Schalteinrichtung zwischen der Steuereinheit und dem Aktuator angeordnet sein und zur Betätigung des Aktuators bei einer Störung der Steuereinheit eingerichtet sein. Somit kann die elektrische Schalteinrichtung sicherstellen, dass der Aktuator trotz eines Ausfalls der Steuereinheit zum Bremsen erforderliche elektrische Energie erzeugt. Auf diese Weise kann ein zuverlässiges und sicheres Bremssystem gewährleistet sein, das selbst bei einer Störung den Aktuator und somit die Bremseinrichtung redundant regelt und steuert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die elektrische Schalteinrichtung bei dem ersten Zustand der Tasteinrichtung in einer inaktiven Schaltposition und bei dem zweiten Zustand der Tasteinrichtung in einer aktiven Schaltposition.
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Bei einem fehlerfreien Betriebszustand des Bremssystems kann eine Verzögerung des Fahrzeugs durch einen Pfad über die Tasteinrichtung und die Steuereinheit erfolgen. In diesem Fall kann die Steuereinheit einen Bremsbefehl direkt an den Aktuator senden, ohne die elektrische Schalteinrichtung einzuschalten. Dabei kann sich die elektrische Schalteinrichtung in einem inaktiven Zustand befinden, um eine reibungslose Kommunikation zwischen der Steuereinheit und dem Aktuator bereitzustellen.
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Bei einem Fehler des Bremssystems, der Kommunikation zwischen den elektrischen Komponenten, des Bordnetzes oder der Steuereinheit kann der Pfad über die Tasteinrichtung und die Steuereinheit nicht mehr zum Einsatz kommen. Dabei kann die elektrische Schalteinrichtung in eine aktive Schaltstellung wechseln, um den Aktuator trotz der Störung zu einer zuverlässigen Verzögerung des Fahrzeugs zu betätigen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die elektrische Schalteinrichtung ein erstes Relais und ein zweites Relais, wobei das erste Relais mit einer Spannungsquelle des Fahrzeugs verbunden ist und das zweite Relais mit einer Masse verbunden ist. Das Relais kann ein elektromagnetischer oder elektromechanischer Schalter sein, der Stromkreise im Bordnetz ein-, aus-, und umschalten kann. Das Relais kann zwei Schaltstellungen besitzen, die einem Arbeitskontakt oder einem Ruhekontakt entsprechen.
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Bei einem fehlerfreien Betriebszustand des Bremssystems kann sowohl im ersten Relais als auch im zweiten Relais ein Ruhekontakt gebildet sein. Mit anderen Worten kann ein Stromfluss in die Relais unterbrochen sein, so dass die Steuereinheit direkt an den Aktuator Befehle senden kann. Bei einem Ausfall der Steuereinheit können das erste und zweite Relais einen Arbeitskontakt bilden, der durch den Stromfluss in die Relais entstehen kann. Somit kann die elektrische Schalteinrichtung ohne Steuereinheit den Aktuator betätigen.
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Das erste Relais und das zweite Relais der elektrischen Schalteinrichtung können mit unterschiedlichen Spannungsquellen geschaltet werden. Beispielsweise kann das erste Relais mit einer positiven Spannungsquelle des Fahrzeugs verbunden sein und das zweite Relais kann mit einer Masse verbunden sein, die ein elektrischer Minuspol sein kann und ein Bezugspotential für alle Signal- und Betriebsspannungen darstellen kann. Bei einem Ausfall der Steuereinheit oder des Bremssystems können Phasen des Aktuators zum einen mit der Masse und zum anderen mit der Spanungsquelle des Fahrzeugs verbunden sein, um mit maximaler Leistung den Aktuator zu betätigen. Auf diese Weise kann die elektrische Schalteinrichtung sicherstellen, dass der Aktuator trotz eines Ausfalls der Steuereinheit zuverlässig betätigt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit mit einer ersten Spannungsquelle verbunden und die Tasteinrichtung ist mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden. Die Steuereinheit und die Tasteinrichtung können mit einer gleichen Spannungsquelle verbunden sein oder aber auch unterschiedlich mit Strom versorgt sein. Indem die Steuereinheit und die Tasteinrichtung von den unterschiedlichen Spannungsquellen versorgt werden, können mögliche Spannungseinbrüche und/oder Spannungsfluktuationen im Bordnetz des Fahrzeugs stabilisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Steuereinheit und die Tasteinrichtung mit einem Bordnetz verbunden, das mittels einer Batterie versorgt ist. Die Batterie kann über eine ausreichende Kapazität für mindestens eine Notbremsung des Fahrzeugs verfügen. Das Bordnetz, insbesondere von einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug kann mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher verbunden sein, der zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug eingerichtet ist. Zusätzlich kann der Energiespeicher durch Energierückgewinnung beispielsweise beim Bremsen wieder aufgeladen werden, indem die Möglichkeit geschaffen wird, die Bremsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie, eine Lithium-Mangan-Batterie oder eine Lithium-Titanat-Batterie sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktuator einen Motor, eine rotativ gelagerte Spindel und eine linear verschiebbare Mutter, wobei bei einer Betätigung des Aktuators die linear verschiebbare Mutter in Richtung eines Hauptzylinders der Bremseinrichtung verschoben wird. Mit anderen Worten kann der Aktuator ein elektromechanischer Linearaktuator sein, der üblicherweise einen Elektromotor mit einem Rotor umfasst, wobei eine Gewindespindel mit dem Rotor gekoppelt sein kann, um über den Rotor gedreht zu werden. Gemäß einem Steuerbefehl, vorzugsweise Bremsbefehl der Steuereinheit kann der Elektromotor die Drehung der Spindel veranlassen, die wiederum die mit dem Hauptzylinder der Bremseinrichtung gekoppelte Mutter in axialer Richtung relativ zu der Spindel verschieben kann. Auf diese Weise kann der Hauptzylinder der Bremseinrichtung betätigt werden und eine Verzögerung des Fahrzeugs umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Motor ein Gleichstrommotor. Somit kann bei einem Fehler die elektrische Schalteinrichtung die Ansteuerung des Motors flexibel und einwandfrei übernehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Aktuator ein rotativer Aktuator. Der rotative Aktuator oder Rotationsmotor, der im Gegensatz zu dem Linearaktuator eine Rotationswelle rotierend antreibt, kann beispielsweise durch eine Zahnstangen-Gewinde Verbindung den Hauptzylinder der Bremseinrichtung betätigen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bremssystem ferner einen zweiten Aktuator, wobei der erste Aktuator eine an einer Vorderachse des Fahrzeugs angeordnete Bremseinrichtung betätigt und der zweite Aktuator eine an einer Hinterachse des Fahrzeugs angeordnete Bremseinrichtung betätigt. Auf diese Weise kann sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse des Fahrzeugs ein redundanter Motorbetrieb sichergestellt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Bremssystem. Das Fahrzeug kann bei einer Störung eines Bordnetzes, einer Buskommunikation, einer Steuereinheit oder eines Bremssystems mittels eines redundanten Motorbetriebs eine Verzögerung des Fahrzeugs sicherstellen.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bremssystems zur Steuerung einer Verzögerung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Bremssystems in einem fehlerfreien Betriebszustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 3 eine schematische Darstellung eines Bremssystems in einem fehlerbehafteten Betriebszustand gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Bremssystem 1 zur Steuerung einer Verzögerung eines Fahrzeugs. Das Bremssystem 1 umfasst mindestens einen ersten Aktuator 40 zur Betätigung einer an einer Fahrzeugachse angeordneten Bremseinrichtung 50, eine Steuereinheit 10, eine Tasteinrichtung 20 und eine elektrische Schalteinrichtung 30. Die elektrische Schalteinrichtung 30 ist zwischen dem Aktuator 40 und der Steuereinheit 10 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Steuereinheit 10 mittelbar mit dem Aktuator 40 verbunden.
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Die Bremseinrichtung 50 ist an zumindest einer Fahrzeugachse, einer Vorderachse oder einer Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet. Die Bremseinrichtung 50 kann aber auch sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse angeordnet sein. Die Fahrzeugachse umfasst zwei Fahrzeugräder 53, die jeweils eine Radbremse 52 aufweisen. Jede Radbremse 52 ist über eine Bremsleitung 54 hydraulisch oder elektrohydraulisch mit einem Hauptzylinder 51 der Bremseinrichtung 50 verbunden.
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Die Tasteinrichtung 20 dient zur Eingabe eines Bremssignals, anhand dessen die Steuereinheit 10 den Aktuator 40 ansteuert. Die Tasteinrichtung 20 kann Sensoren umfassen, die Bremssignale an die Steuereinheit 10 übermittelt. Die Tasteinrichtung 20 kann beispielsweise einen Not-Aus Taster umfassen.
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Die Steuereinheit 10 empfängt aus der Tasteneinrichtung 20 Signale, die sie in Steuerbefehle in Form von Daten verarbeitet, um den Aktuator 40 zu betätigen. Die Steuereinheit 10 kann in einem Bordnetz (nicht gezeigt) an einem oder verschiedenen Bussystemen, wie z.B. CAN-Bus, LIN-Bus, Ethernet oder FlexRay, angeschlossen sein, um mit weiteren elektrischen Komponenten des Fahrzeugs zu kommunizieren. Das Bordnetz kann mittels einer Batterie versorgt sein.
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Die Steuereinheit 10 und die Tasteinrichtung 20 können über die Batterie des Bordnetzes mit Strom versorgt werden, die über eine ausreichende Kapazität für mindestens eine Notbremsung des Fahrzeugs verfügt. Als Alternative können die Steuereinheit 10 mit einer ersten Spannungsquelle 11 und die Tasteinrichtung 20 mit einer zweiten Spannungsquelle 12 separat verbunden sein, um Spannungseinbrüche und/oder Spannungsfluktuationen im Bordnetz des Fahrzeugs zu stabilisieren.
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Der Aktuator 40 umfasst einen Elektromotor 41, eine rotativ gelagerte Spindel 42 und eine linear verschiebbare Mutter 43. Bei einer Betätigung des Aktuators 40 wird die linear verschiebbare Mutter 43 in Richtung des Hauptzylinders 51 der Bremseinrichtung 50 axial verschoben.
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Zwischen der Steuereinheit 10 und dem Aktuator 40 ist die elektrische Schalteinrichtung 30 angeordnet, die ein erstes Relais 31 und ein zweites Relais 32 umfasst. Die Relais können ein elektromagnetischer oder elektromechanischer Schalter sein, der Stromkreise im Bordnetz ein-, aus-, und umschalten kann. Die Relais können je zwei Schaltstellungen besitzen, die einem Arbeitskontakt oder einem Ruhekontakt entsprechen.
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2 zeigt das Bremssystem 1 in einem fehlerfreien Betriebszustand, in dem sich die Tasteinrichtung 20 in einem aktiven Zustand befindet, so dass die Steuereinheit 10 gemäß der Eingabe über die Tasteinrichtung 20 den Aktuator 40 ansteuern kann. Dabei werden das erste und zweite Relais 31, 32 der elektrischen Schalteinrichtung 30 auf einen Ruhekontakt geschaltet. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 10 den Aktuator 40 betätigen, wodurch der Hauptzylinder 51 der Bremseinrichtung 50 eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirken kann.
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3 zeigt das Bremssystem 1 in einem fehlerbehafteten Betriebszustand, wie z.B. einem Ausfall der Steuereinheit 10. Dabei ist ein Pfad zur Verzögerung des Fahrzeugs über die Tasteinrichtung 20 und die Steuereinheit 10 inaktiv. Das erste Relais 31 und das zweite Relais 32 der elektrischen Schalteinrichtung 30 werden auf den Arbeitskontakt geschaltet, wodurch der Aktuator 40 durch die elektrische Schalteinrichtung 30 betätigt werden kann. Dabei ist das erste Relais 31 mit einer Spannungsquelle 34 des Fahrzeugs verbunden und das zweite Relais 32 ist mit einer Masse 33 verbunden, um den Hauptzylinder 51 der Bremseinrichtung 50 mit einer maximalen Leistung betätigen zu können. Auf diese Weise kann ein ausfallsicheres Bremssystem 1 bereitgestellt werden.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremssystem
- 10
- Steuereinheit
- 11
- erste Spannungsquelle
- 20
- Tasteinrichtung
- 21
- zweite Spannungsquelle
- 30
- elektrische Schalteinrichtung
- 31
- erstes Relais
- 32
- zweites Relais
- 33
- Masse
- 34
- Spannungsquelle des Fahrzeugs
- 40
- Aktuator
- 41
- Motor
- 42
- rotativ gelagerte Spindel
- 43
- linear verschiebbare Mutter
- 50
- Bremseinrichtung
- 51
- Hauptzylinder der Bremseinrichtung
- 52
- Radbremse
- 53
- Rad
- 54
- Bremsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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