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Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte hydraulisch betätigbare Radbremse für je ein Rad des Kraftfahrzeugs, ein erstes Bremssystem (Primärbremssystem) umfassend einen mittels eines Bremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder, welcher mit den vier Radbremsen hydraulisch verbunden ist, und eine erste elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche mit den vier Radbremsen hydraulisch verbunden ist, und ein zweites Bremssystem (Sekundärbremssystem) umfassend eine zweite elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche mit zumindest zwei Radbremsen hydraulisch verbunden ist.
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Bremsanlagen, die in automatisiert fahrenden Fahrzeugen zum Einsatz kommen, müssen für einen während des automatisierten Fahrens auftretenden Fehler in der Bremsanlage eine Rückfallebene bereitstellen. Dies soll ein sicheres Abbremsen des Fahrzeuges gewährleisten, bis der menschliche Fahrer die Fahraufgabe wieder übernommen hat.
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So sind beispielsweise aus
DE 10 2014 225 958 und
DE 10 2014 225 956 Bremsanlagen bekannt, die ein Primärbremssystem sowie ein Sekundärbremssystem enthalten. Dieses Sekundärbremssystem stellt die Rückfallebene für die Abbremsung des Fahrzeuges im automatisierten Betrieb dar. Die dort beschriebene Bremsanlage sieht ein Betriebskonzept vor, bei dem das Primärbremssystem und das Sekundärbremssystem jeweils exklusiv die Bremsanforderung eines virtuellen Fahrers (Autopilot) umsetzen.
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Bei intaktem Primärbremssystem erfolgt die Druckbereitstellung durch den Linearaktuator und die evtl. Druckmodulation (Schlupfregelung) durch die Ein-/Auslassventile des Primärbremssystems.
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Eine überlagerte Bremsbetätigung des menschlichen Fahrers erfolgt im By-Wire Betrieb, d. h. führt zu einer Volumenverschiebung aus dem Hauptbremszylinder in eine Simulationseinrichtung. Diese dient vor allem einem gleichbleibenden Pedalwiderstand des Bremspedals im By-Wire Betrieb gegenüber dem vollmanuellen Betrieb, sodass der menschliche Fahrer nicht aus Gewohnheit das Pedal stärker oder schwächer betätigt als eigentlich gewünscht. Dies dient sowohl der Sicherheit als auch dem Fahrkomfort.
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Aus den Signalen des dabei aufgebrachten Kolbenstangenweges und des Hauptbremszylinderdrucks wird ein Fahrerbremswunschsignal abgeleitet und dem virtuellen Fahrer zur Arbitrierung (Priorisierung) zur Verfügung gestellt.
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Bei einem Ausfall des Primärbremssystems wird dieses passiv und ein Bremswunsch des virtuellen Fahrers wird ausschließlich durch das Sekundärbremssystem umgesetzt (exklusives Betriebskonzept). Dem Sekundärbremssystem stehen hierbei bisher nur zwei der elektrohydraulischen Radbremsen (z. B. nur die Vorderradbremsen) zur Verfügung. Dadurch ist die maximal erreichbare Verzögerung auf etwa 60% (abhängig von der Achslastverteilung des Fahrzeuges) begrenzt.
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Der Ausfall des Primärbremssystems kann hierbei durch einen elektrischen Fehler einer Systemkomponente aber auch durch hydraulische Fehler (Leckagen) der gesamten Bremsanlage bewirkt werden, sofern diese hydraulischen Fehler zu einem kritischen niedrigen Bremsflüssigkeitsstand im Vorratsbehälter führen.
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Liegt eine Leckage in einem der beiden Bremskreise des Sekundärbremssystems vor wird wegen des kritischen niedrigen Bremsflüssigkeitsstandes im weiteren Verkauf nur noch eine hydraulische (Vorder-) Radbremse zur Abbremsung des Fahrzeuges wirksam sein.
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Aus
WO 2018 / 069 223 A1 ist es bekannt in der Rückfallebene an allen (z. B. vier) hydraulischen Radbremsen zu bremsen, wenn durch einen Fehler des Primärbremssystems die erste Druckbereitstellungseinrichtung nicht mehr in der Lage ist oder es ihr nicht mehr erlaubt ist den Druck zu erzeugen. In diesem Betriebskonzept kooperieren also Primär- und Sekundärbremssystem in bestimmten Fahrsituationen. Voraussetzung hierfür ist, dass der Ausfall des Primärbremssystems derart ausgeprägt ist, dass dieses weiterhin Ventile, insbesondere die Fahrertrennventile und ein Simulatorventil der Simulationseinrichtung ansteuern sowie eine überlagerte Bremsbetätigung des menschlichen Fahrers sensoriell erfassen kann.
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Dies trifft insbesondere solche Fehler des Primärbremssystems zu, die dazu führen, dass die erste Druckbereitstellungseinrichtung die Fähigkeit zum Druckaufbau verliert. Weiterhin kann der kooperative Betrieb auch dann zur Anwendung kommen, wenn das Primärbremssystem aufgrund eines kritischen niedrigen Bremsflüssigkeitsstandes im Haupttank degradiert werden muss.
Eine Voraussetzung zur Aktivierung des kooperativen Betriebsmodus ist, dass die Fahrerwunscherfassung des Primärbremssystems noch zur Verfügung steht.
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Die Umsetzung des Bremswunsches des virtuellen Fahrers durch das Sekundärbremssystem für alle Radbremsen erfolgt dann mittels Druckaufbau durch die zweite Druckbereitstellungseinrichtung bei geschlossenen Trennventil und geöffnetem Ansaugventil, das die Saugseite der Druckbereitstellungseinrichtung Flüssigkeitskammern des Sekundärbremssystems verbindet. Der Druckabbau erfolgt mittels des Abbauventils wieder in die internen Flüssigkeitskammern des Sekundärbremssystem zurück.
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Eine Bremsbetätigung des menschlichen Fahrers während der Druckstellung durch das Sekundärbremssystem, d.h. eine Fahrerübernahme, kann hierbei der Systemdruckstellung überlagert werden. Es erfolgt eine Volumenverschiebung aus dem Hauptbremszylinder direkt in die im normalen Betrieb nicht dem Sekundärbremssystem zugeordneten hydraulischen Radbremsen (Hinterradbremsen), was gegebenenfalls zu deren Überbremsen führen kann. Zudem erfolgt auch eine Druckerhöhung in den auch sonst dem Sekundärbremssystem zugeordneten hydraulischen Radbremsen (Vorderradbremsen) sofern der vom menschlichen Fahrer aufgebrachte Hauptbremszylinderdruck den vom virtuellen Fahrer angeforderten und vom Sekundärbremssystem in den übrigen Radbremsen (Vorderradbremsen) eingestellten Druck übersteigt. Dies ist durch das Vorhandensein der Rückschlagventile an den Trennventilen des Sekundärbremssystems begründet.
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Wenn in dieser Beschreibung von Vorderradbremsen oder Hinterradbremse bzw. entsprechenden Achsen oder Rädern die Rede ist, dann ist dies lediglich beispielhaft für eine verbreitete Ausgestaltung in Kraftfahrzeugen zu verstehen und es sind auch die umgekehrten Ausführungsformen vorstellbar bzw. Ausgestaltungen mit mehr als zwei Achsen, mehr als vier Rädern und / oder mehr als vier elektrohydraulischen Radbremsen usw.
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Insgesamt gibt es also schon Redundanzkonzepte mit mehreren Bremssystemen für Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen mit Teilautomatisierung. Allerdings weisen diese Konzepte einige Nachteile im Falle eines Teilsystemausfalls auf und decken nur einen begrenzten Teil von Systemfehlern ab.
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Für die erste Generation von Autopilot-Systemen ist es akzeptabel, dass bei den meisten Einzelfehlern in der Bremsanlage auf allen 4 Rädern gebremst werden kann und nur für eine geringere Anzahl an Erstfehlern z. B. nur die Vorderachse hydraulisch das Fahrzeug, gesteuert durch den Autopiloten, verzögern kann. Diese Autopilot-Generation (Level 2.5 - 3) ist nur in eingeschränkten Situationen aktivierbar und im Falle eines erkannten Fehlers, wird der immer noch notwendige menschliche Fahrer aufgefordert meist spätestens innerhalb von 10 s die Fahraufgabe wieder zu übernehmen. Kommt er dieser Aufforderung nicht nach, wird das Fahrzeug automatisiert, meist innerhalb von maximal 30 s, in den Stillstand abgebremst.
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Weiter ist das Autopilot-System meist nur auf Autobahnen aktivierbar und muss bei Verlassen der freigegebenen Strecke, oder auch sonstiger meist witterungsbedingter Einflüsse, deaktiviert werden. Durch die zeitliche Einschränkung der Autopilotenfunktion, die geringe Wahrscheinlichkeit eines Erstfehlers und die geringe Wahrscheinlichkeit einer notwendigen „Vollbremsung“ (kein Gegenverkehr, keine Fußgänger/Radfahrer, ..) kann die geringere zur Verfügung stehende Verzögerung (Bremswirkung) in einer solchen Rückfallebene der Bremsanlage akzeptiert werden.
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Zukünftige Autopilot-Systeme (Level 4/5) müssen so ausgeführt werden, dass das Autopilot-System (inkl. Bremsanlage) in jedem Fall das begonnene Fahrmanöver autark zu Ende bringen muss, ohne dass der menschliche Fahrer die Fahrverantwortung zwingend wieder übernehmen muss. Unter Umständen ist das Fahrzeug sogar zumindest zeitweise ohne menschlichen Fahrer unterwegs. Dazu kommen bei Level 4 meist zusätzliche Fahrsituationen (Landstraße, Stadtverkehr, Gegenverkehr, Fußgänger, ...) bzw. bei Level 5 muss der Autopilot in der Lage sein, alle notwendigen Anwendungsfälle autark zu beherrschen.
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Durch diese neuen Anforderungen steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass bei der Weiterfahrt in der Rückfallebene eine kritische Fahrsituation entstehen könnte, die hohe Fahrzeugverzögerung (Bremswirkung) erfordert. Diese neuen Anforderungen führen dazu, dass die geforderte Verzögerung eines solchen hochautomatischen Fahrzeugs im Falle jedes Einzelfehlers ansteigt. Um diesen Anforderungen bei möglichst allen Einzelfehlern gerecht zu werden, ist das Bremssystem so zu erweitern, dass bei möglichst vielen Einzelfehler-Typen stets eine möglichst gute Bremswirkung zur Verfügung steht und ohne dass es zu negativen Wechselwirkungen zwischen den Bremsanforderungen des menschlichen Fahrers und des Autopiloten kommt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine bessere Ausfallsicherheit der Bremsanlage bereitstellt. Insbesondere sollen durch die Bremsanlage die Sicherheitsanforderungen des hochautomatisierten Fahrens oder des autonomen Fahrens besser erfüllt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Bremsanlage der eingangs genannten Art bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrohydraulische Bremsanlage ein drittes, elektromechanisches Bremssystem mit je einer elektromechanischen Zusatz-Radbremse für mindestens zwei der Räder umfasst, und dass die Bremsanlage so eingerichtet ist, dass in vorgegebenen Zuständen der Bremsanlage eine Bremswirkung nur über das zweite Bremssystem und das dritte Bremssystem bereitgestellt wird.
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Es wird also zur Ergänzung des zweiten Bremssystems ein drittes Bremssystem vorgesehen, das elektromechanische Radbremsen verwendet, und somit eine deutlich bessere Redundanz und Sicherheit bereitstellt, insbesondere für den Fall des kompletten Ausfalls des ersten Bremssystems (lokaler Stromausfall, Elektronikausfall, Ventilversagen,...) oder eines hydraulikbezogenen Systemfehlers wie lokale Leckage, niedriger Flüssigkeitspegel, Versagen der ersten oder zweiten Druckbereitstellungseinrichtung, Versagen einer hydraulischen Radbremse, Versagen eines Ventils etc. Bei vielen der genannten Fehler versagen lediglich ein bis zwei der hydraulischen Radbremsen, sodass dann dennoch 2 bis 4 Räder über mindestens eine funktionsfähige Radbremse verfügen. Selbst wenn alle hydraulischen Radbremsen ausfallen sollten, kann notfalls immer noch über zwei Zusatz-Radbremsen verzögert werden.
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Weiterhin kann dadurch auch einfacher eine hohe Verzögerung in einem selbstfahrenden Betrieb des Fahrzeugs bereitgestellt werden, ohne dass dazu das zweite Bremssystem mit dem ersten Bremssystem kooperieren müsste. Die zuvor beschriebenen Probleme, wenn sowohl der Autopilot als auch der menschliche Fahrer stark Bremsen möchten, während die Hydraulikkreise des ersten Bremssystems mit denen des zweiten Bremssystems aktiv verbunden sind (also z. B. bei offenen Trennventilen), können damit vermieden werden.
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Vorzugsweise sind durch das zweite Bremssystem und das dritte Bremssystem für mindestens vier Räder mindestens je eine Radbremse zugeordnet. Dann kann insbesondere in einen teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betriebsmodus des Fahrzeugs trotzdem eine volle Bremswirkung bereitgestellt werden, ohne dass der Autopilot auf das erste Bremssystem zugreifen muss. Das erste Bremssystem und das zweite Bremssystem können in einem dann in einem teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betriebsmodus z. B. hydraulisch durch gesperrte Trennventile getrennt sein.
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In einer Ausführungsform sind die elektromechanischen Zusatz-Radbremsen dazu eingerichtet, bei einem Fahrzeugstillstand als Parkbremsen die Sicherung des Fahrzeugstillstands bereitzustellen. Es kann die Funktionalität von bereits vorhandenen elektromechanischen Parkbremsen erweitert werden, um die Verzögerung im Autopilot-Betrieb zu ergänzen ohne das für die erfindungsgemäße Lösung zusätzliche Radbremsen notwendig sind. Die elektromechanische Ansteuerung von Parkbremsen (z. B. der Hinterachse) ist grundsätzlich mit bekannten integrierten Parkbremssätteln möglich, jedoch auch mit zukünftig rein elektromechanisch angesteuerten Zusatz-Radbremsen, elektromechanisch ansteuerbaren Duo-Servo-Bremssätteln oder auch anderen denkbaren Ausführungen.
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In einer Ausführungsform ist ein vorgegebener Zustand ein Fahrzeugzustand, in dem das Fahrzeug zumindest teilweise selbstfahrend gesteuert wird. In diesem Zustand können dann beispielsweise das erste Bremssystem und das zweite Bremssystem hydraulisch (z. B. durch Sperrventile im zweiten Bremssystem) getrennt werden und eine Verzögerung wird z. B. für die Vorderräder über die elektrohydraulischen Radbremsen und für die Hinterräder über die elektromechanischen Zusatz-Radbremsen erzielt. Die Umsetzung des Bremswunsches eines virtuellen Fahrers (Autopilot) erfolgt dann durch das zweite Bremssystem mittels Druckaufbau in die (mindestens) zwei mit dem zweiten Bremssystem verbundenen elektrohydraulischen Radbremsen (z. B. die Vorderradbremsen) z. B. durch eine 2-Kolbenpumpe (zweite Druckbereitstellungseinrichtung) bei geöffneten Ansaugventilen, die die Saugseite der 2-Kolbenpumpe z. B. mit internen Flüssigkeitskammern des zweiten Bremssystems verbindet. Die Abtrennung des ersten Bremssystems erfolgt vorzugsweise durch Schließen von Trennventilen des Sekundärbremssystems. Das dritte Bremssystem setzt die anteilige Bremsanfrage des Autopiloten durch Ansteuerung der elektromechanischen Zusatz-Radbremsen gemäß den anteiligen Anforderungen (z. B. für die Hinterachse) um.
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In einer Ausführungsform ist ein vorgegebener Zustand ein Fahrzeugzustand, in dem die Funktionsfähigkeit des ersten Bremssystems und / oder mindestens einer hydraulisch betätigbaren Radbremse eingeschränkt ist. Auch in einem derartigen Fahrzeugzustand kann das dritte Bremssystem über die Zusatz-Radbremsen ergänzend eine Bremswirkung (z. B. für die Hinterräder) bereitstellen, wenn beispielsweise eine elektrohydraulische Radbremse (eines der Hinterräder) ausgefallen ist.
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Vorzugsweise umfasst das zweite Bremssystem eine elektronische Steuereinheit, die mit den Zusatz-Radbremsen zu deren Steuerung elektrisch verbunden ist. Dies erhöht die Redundanz der Bremsanlage, da auch bei einem Versagen der Elektronik des ersten Bremssystems oder lokalem Stromausfall im ersten Bremssystem das zweite Bremssystem Zugriff auf Radbremsen für alle vier Räder hat (bei einem Kraftfahrzeug mit vier Rädern). Um die bekannten integrierten (Park-) Zusatz-Radbremsen für die Funktionserweiterung zu nutzen und den Aufwand in Bezug auf die integrierten Zusatz-Radbremsen gering zu halten, macht es Sinn eine vorhandene Schnittstelle zu. Dabei kann es sich zum Beispiel um die sogenannte ADBF-Schnittstelle handeln, die grundsätzlich als Rückfallebene der hydraulischen Bremse vorgesehen ist. Um den Verschleiß gering zu halten und die Haltbarkeit der benötigten Komponenten zu gewährleisten, sollte die Zahl der zulässigen Betätigungen der Zusatz-Radbremsen begrenzt sein.
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Es ist bevorzugt, wenn das zweite Bremssystem und das dritte Bremssystem zusammen mit mindestens einer Radbremse von mindestens vier Rädern des Fahrzeugs, vorzugsweise jedes Rades des Fahrzeugs, verbunden ist. Vorzugsweise ist das zweite Bremssystem zwei elektrohydraulischen Radbremsen der Vorderachse zugeordnet und das dritte Bremssystem zwei elektromechanischen Zusatz-Radbremsen der Hinterachse zugeordnet.
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Vorzugsweise ist die Bremsanlage so eingerichtet, dass in mindestens einem der vorgegebenen Zustände der Bremsanlage das dritte Bremssystem nur dann mitaktiviert wird, wenn eine angeforderte Bremsleistung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dadurch können die Zusatz-Radbremsen geschont werden, insbesondere wenn es sich dabei um Parkbremsen bzw. um einen Aktuatortyp, der für eine häufige Aktivierung weniger geeignet ist, handelt. Die Bremsanlage kann so eingerichtet sein, dass erst wenn eine (z. B. vom Autopiloten) angeforderte Bremsleistung einen Schwellwert von insbesondere 40% der maximalen Bremsleistung, bevorzugt von 50% der maximalen Bremsleistung, besonders bevorzugt von 60% der maximalen Bremsleistung überschreitet. Unter der maximalen Bremsleistung ist hier z. B. die maximale Bremsleistung der vier elektrohydraulischen Radbremsen oder die kombinierte Bremswirkung aller (z. B. vier) Radbremsen die vom zweiten Bremssystem und von dritten Bremssystem im gewählten Zustand der Bremsanlage angesteuert werden können (z. B. zwei elektrohydraulische Radbremsen der Vorderachse und zwei elektromechanische Zusatz-Radbremsen der Hinterachse). Trigger für die Auslösung der Zusatz-Radbremsen können aber auch bspw. der Eintritt eines (Vorder-)Rades in die Antiblockiersystem- (ABS-) Regelung sein. Ein weiterer Grund die Funktion des dritten Bremssystems nur bei Bedarf anzufordern, dass die häufig verwendeten ADBF-Schnittstellen von Parkbremsen nicht als analog regelbare Stromschnittstelle vorgesehen sind. D.h. bei Betätigung fährt der Aktuator die Bremsbeläge üblicherweise bis zum Erreichen der Schlupfgrenze zu und regelt dann die Bremskraft digital, abhängig von den Rad-Schlupfwerten. Dies spiegelt sich dann in einer eher unkomfortablen Steuerung wider. Sollten zukünftig Schnittstellen verfügbar sein, die eine analoge Stromregelung für eine Spannkraftvorgabe ermöglichen, wäre dies von Vorteil und würde eine flexiblere Verwendung des dritten Bremssystems begünstigen.
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Vorzugsweise umfasst das zweite Bremssystem mindestens zwei mit der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung verbundene separate Flüssigkeitskammern, über die die zweite Druckbereitstellungseinrichtung jeweils hydraulisch je eine Radbremse verschiedener Fahrzeugsachsen hydraulisch ansteuern kann. Dies erhöht die Redundanz des Gesamtsystems, da bei einer Vielzahl von Einzelfehlern, die z. B. lokale Leckagen oder Ventilproblemen im ersten Bremssystem dennoch in der Regel bei allen (vier) Rädern eine Radbremse (elektrohydraulisch oder elektromechanisch) angesteuert werden kann. Selbst wenn eine lokale Leckage im zweiten Bremssystem auftreten sollte, kann dennoch in der Regel auf Radbremsen für zumindest drei Räder zugegriffen werden, da die Hydraulikkreise des zweiten Bremssystems mittels der separaten Flüssigkeitskammern deutlich unabhängiger gestaltet sind. Jede Flüssigkeitskammer kann also je eine hydraulische Radbremse der Vorderachse und der Hinterachse versorgen. Damit wird es deutlich unwahrscheinlicher, dass bei einem Einzelfehler für eine der Achsen gar keine Radbremse zur Verfügung steht und es können z. B. prinzipiell problematische Vollbremsungen nur über die Vorderachse oder eine Bremswirkung nur auf einer Kraftfahrzeugseite vermieden werden, da dies zu einer Ablenkung des bzw. zu Kippmomenten auf das Kraftfahrzeug führen kann.
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Vorzugsweise ist die zweite elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung über mindestens ein Abtrennventil mit einem Hydraulikkreis des ersten Bremssystems verbunden ist, sodass das zweite Bremssystem hydraulisch alle vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen ansteuern kann. Diese Funktionalität ist insbesondere für hochautomatisierte Fahrzeuge wünschenswert, in denen der menschliche Fahrer wenig oder gar nicht in den Fahrbetrieb eingreift. Dann kann das zweite Bremssystem in Autopilot-Betriebsmodi über alle vier elektrohydraulischen Radbremsen verzögern und das dritte Bremssystem kommt primär im Falle eines erkannten Fehlers in der Bremsanlage zum Einsatz oder wenn ein Betriebsmodus des Fahrzeugs als teilautomatisiert (also mit teilweisem Bremsen durch den menschlichen Fahrer) gewählt wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer elektrohydraulischen Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug gelöst, umfassend zumindest eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte hydraulisch betätigbare Radbremse für je ein Rad des Kraftfahrzeugs, ein erstes Bremssystem umfassend einen mittels eines Bremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder, welcher mit den vier Radbremsen hydraulisch verbunden ist, und eine erste elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche mit den vier Radbremsen hydraulisch verbunden ist, und ein zweites Bremssystem umfassend eine zweite elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche mit zumindest zwei Radbremsen hydraulisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrohydraulische Bremsanlage ein drittes, elektromechanisches Bremssystem mit je einer elektromechanischen Zusatz-Radbremse für mindestens zwei der Räder umfasst, und dass die Bremsanlage in vorgegebenen Zuständen der Bremsanlage eine Bremswirkung nur über das zweite Bremssystem und das dritte Bremssystem bereitstellt.
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Alle für die erfindungsgemäße Bremsanlage beschriebenen Merkmale werden auch für das erfindungsgemäße Verfahren beansprucht und umgekehrt.
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Das hier beschriebene Verfahren zum Betrieb einer redundanten elektrohydraulischen Bremsanlage ermöglicht in bei den meisten Erstfehler in der Bremsanlage aber auch eines redundant verfügbaren Bordnetzes, dass mit allen (bzw. mit vier) Rädern dynamisch gebremst werden kann und selbst bei kritischeren Fehlern noch mindestens an drei Rädern aktive Radbremsen zur Verfügung stehen.
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Damit können zukünftig erhöhte Anforderungen bei hoch- oder auch vollautomatisiertem Fahren abgedeckt werden, die dadurch entstehen, dass die Verantwortung des menschlichen Fahrers weiter, bzw. komplett reduziert wird, neue Anwendungsgebiete des automatisierten Betriebes, bspw. Stadtverkehr mit abgedeckt werden müssen oder sich auch die zulässige Betriebszeit der Rückfallebene erhöht. Durch die genannten Gründe steigt die Wahrscheinlichkeit einer notwendigen Bremsung mit hoher Verzögerung an. Die Erfindung erweitert den Anwendungsbereich der Bremsanlage erheblich bzw. macht diese für zu erwartende künftige Fahrzeuganforderungen tauglich, indem es die Schwachpunkte der hydraulischen Architektur in Verbindung mit dem bisher bekannten exklusiven Betriebskonzept beseitigt bzw. reduziert. Hierbei werden keine oder wenige zusätzliche Systemkomponenten benötigt, d.h. es wird eine kostengünstige Systemerweiterung realisiert.
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Vorzugsweise führt das Bremssystem eine Schlupfregelung für alle drei Bremssysteme durch. Für bisherige Bremsanlagen ist bekannt, dass zweite Bremssysteme so ausgeführt sind, dass anhand von gemessenen Radsignalen und daraus abgeleiteter Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Betrieb in Schlupfregelung zur Sicherstellung der Fahrzeugstabilität möglich ist. Für eine Schlupfregelung einer dynamisch (dynamisch meint hier die Ansteuerung der Zusatz-Radbremsen zur Abbremsung eines Fahrzeuges und nicht zum Parken des Fahrzeugs) angesteuerten Zusatz-Radbremsen ist es ebenso möglich, durch Spannen der elektromechanischen Radbremsen und bei Auftreten von Radschlupf durch Lösen, eine Schlupfregelung zur Erhaltung der Fahrzeugstabilität durchzuführen. Dazu müssen in diesem Betriebsmodus die Signale aller 4 Räder zu Verfügung stehen. Dies kann in der Bremsanlage durch redundant vorhandene Radsensorsignale oder aber durch intelligente Verteilung der Radsensorsignale ausgeführt sein. Vorzugsweise sind Raddrehzahlsensoren an allen Rädern vorgesehen und / oder redundant versorgte Raddrehzahlsensoren in einem Sensorgehäuse vorgesehen. Alternativ kann auch eine Radsensorumschaltung auf einer Steuereinheit (z. B. des ersten Bremssystems) erfolgen, die auch im stromlosen Falle eine Durchleitung der Signale zur verbliebenen, aktiven Steuereinheit (z. B. des zweiten Bremssystems) gewährleistet. Diese Lösungen können beispielsweise kombiniert werden, z. B. unterschiedliche Lösungen für Vorderachse und Hinterachse.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
- 1 ein hydraulisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrohydraulische Bremsanlage 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Bremsanlage 1 umfasst vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 2, 3, 4, 5, je eine für jedes der Räder 6, 7, 8, 9 des Kraftfahrzeugs. Auch eine andere, insbesondere höhere Anzahl an Rädern 6, 7, 8, 9 und hydraulischen Radbremsen 2, 3, 4, 5 ist vorstellbar (beispielsweise bei einem Lastkraftwagen). Die Bremsanlage 1 umfasst ein erstes Bremssystem mit einem Aktuator-Abschnitt 10 und einem Modulator-Abschnitt 11. Im Aktuator-Abschnitt 10 ist ein mittels eines Bremspedals 12 betätigbarer Hauptbremszylinder 13 angeordnet, welcher über zwei elektrisch betätigbare Trennventile 14, 15 mit den vier Radbremsen 2, 3, 4, 5 hydraulisch verbunden ist.
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Der Modulator-Abschnitt 11 umfasst insbesondere eine Reihe von Stellventilen, die getrennte Ansteuerung der hydraulischen Radbremsen 2, 3, 4, 5 sowie den Rückfluss der hydraulischen Flüssigkeit in einen Haupttank 16 regeln.
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Der Aktuator-Abschnitt 10 umfasst weiterhin eine erste elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 17, welche mit den vier Radbremsen 2, 3, 4, 5 hydraulisch verbunden ist. Außerdem umfasst der Aktuator-Abschnitt 10 eine Simulationseinrichtung 19. Diese dient vor allem einem gleichbleibenden Pedalwiderstand des Bremspedals im By-Wire Betrieb gegenüber dem vollmanuellen Betrieb, sodass der menschliche Fahrer nicht aus Gewohnheit das Pedal stärker oder schwächer betätigt als eigentlich gewünscht. Dies dient sowohl der Sicherheit als auch dem Fahrkomfort.
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Weiterhin umfasst die Bremsanlage ein zweites Bremssystem 20 mit einer zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 21, hier eine 2-Kolbenpumpe. Je ein Kolben der Druckbereitstellungseinrichtung 21 ist mit je einer Flüssigkeitskammer 22, 23 verbunden, die hydraulisch mit dem Haupttank 16 verbunden sind. Jede der Flüssigkeitskammern ist einer hydraulischen Bremse 2, 3 (hier der Vorderräder) verbunden und stellt damit redundante Hydraulikkreise gegenüber Leckagen im ersten Bremssystem bereit. Trennventile 24, 25 erlauben eine hydraulische Trennung des ersten Bremssystems 11, 12 vom zweiten Bremssystem 20.
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Ein drittes Bremssystem umfasst elektromechanische Zusatz-Radbremsen 26, 27 (über die vier hydraulischen Radbremsen 2, 3, 4, 5 hinaus), bei denen es sich um Parkbremsen handeln kann, die in vielen Kraftfahrzeugen bereits vorgesehen sind. Eine elektronische Steuereinheit 28 des zweiten Bremssystems 20 ist mit den Zusatz-Radbremsen 26, 27 zu deren Steuerung elektrisch verbunden ist.
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Die Umsetzung des Bremswunsches eines virtuellen Fahrers 29 (Autopilot) erfolgt dann durch das zweite Bremssystem 20 beispielsweise mittels Druckaufbau in die zwei mit dem zweiten Bremssystem verbundenen elektrohydraulischen Radbremsen 2, 3 (die Vorderradbremsen) durch die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 21 bei geöffneten Ansaugventilen 30, 31, die die Saugseite der 2-Kolbenpumpe mit den internen Flüssigkeitskammern 22, 23 des zweiten Bremssystems 20 verbinden. In diesem Fall ist das erste Bremssystem 10, 11 durch Schließen der Trennventile 24, 25 des zweiten Bremssystems abgetrennt. Das dritte Bremssystem setzt die anteilige Bremsanfrage des Autopiloten 29 durch Ansteuerung der elektromechanischen Zusatz-Radbremsen 26, 27 gemäß den anteiligen Anforderungen (für die Hinterachse) um.
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Es ist aber auch möglich, dass das zweite Bremssystem 20 in einem Betriebsmodus über den Autopiloten 29 und über einen weiteren virtuellen Fahrer 32 (Autopilot für den Modulator-Abschnitt 11) bei geöffneten Trennventilen 24, 25 alle vier hydraulischen Radbremsen 2, 3, 4, 5 ansteuert und die Zusatz-Radbremsen 26, 27 (abgesehen von einem Parkmodus) nur bei Feststellung eines Fehlers in der Bremsanlage 1 eingesetzt wird (z. B. Leckage im ersten Bremssystem 10, 11 und infolgedessen Schließen der Trennventile 24, 25 oder des Trennventils 14).
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Die erfindungsgemäße Bremsanlage und das erfindungsgemäße Verfahren stellen somit eine erhöhte Sicherheit, Redundanz und Flexibilität insbesondere für hochautomatisierte Kraftfahrzeuge zur Verfügung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsanlage
- 2
- Radbremse
- 3
- Radbremse
- 4
- Radbremse
- 5
- Radbremse
- 6
- Rad
- 7
- Rad
- 8
- Rad
- 9
- Rad
- 10
- Aktuator-Abschnitt (erstes Bremssystem)
- 11
- Modulator-Abschnitt (erstes Bremssystem)
- 12
- Bremspedal
- 13
- Hauptbremszylinder
- 14
- Trennventil
- 15
- Trennventil
- 16
- Haupttank
- 17
- erste Druckbereitstellungseinrichtung
- 19
- Simulationseinrichtung
- 20
- zweites Bremssystem
- 21
- zweite Druckbereitstellungseinrichtung
- 22
- Flüssigkeitskammer
- 23
- Flüssigkeitskammer
- 24
- Trennventil
- 25
- Trennventil
- 26
- Zusatz-Radbremse
- 27
- Zusatz-Radbremse
- 28
- elektronische Steuereinheit
- 29
- virtueller Fahrer
- 30
- Ansaugventil
- 31
- Ansaugventil
- 32
- virtueller Fahrer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014225958 [0003]
- DE 102014225956 [0003]
- WO 2018069223 A1 [0010]
