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Die Erfindung betrifft ein Brake-by-Wire-Bremssystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem Brake-By-Wire Bremssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Brake-by-Wire Bremssystem.
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Bei modernen Fahrzeugen ist den einzelnen Rädern jeweils eine Bremsaktuatoreinheit mit einem elektromechanischen Bremsaktuator zugeordnet. Derartige Bremssysteme werden als „Brake-By-Wire“ System bezeichnet.
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In solchen Systemen wird mittels eines Bremspedals lediglich ein Bremswunsch eines Fahrers des Fahrzeugs abgefragt. Auf Basis dieses Bremswunsches werden dann die einzelnen Bremsaktuatoreinheiten mittels eines oder mehrerer elektronischer Steuergeräte angesteuert. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Bremsaktuatoreinheiten.
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Da es sich bei einem Bremssystem um eine sicherheitsrelevante Einrichtung eines Fahrzeugs handelt, sind üblicherweise innerhalb des Bremssystems wenigstens gewisse Komponenten oder Funktionen redundant ausgeführt, sodass das Bremssystem auch beim Auftreten einer Funktionsstörung oder eines Defekts zuverlässig arbeiten kann. Mit anderen Worten sind innerhalb eines Bremssystems Redundanzen vorgesehen, um eine hohe Betriebssicherheit zu erreichen.
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Bei bisherigen „Brake-By-Wire“ Systemen ist als Rückfallebene beispielsweise eine zusätzliche hydraulische Bremsvorrichtung vorgesehen.
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Dies ist jedoch mit einem hohen Aufwand sowie Kosten verbunden. Des Weiteren ist zusätzlicher Bauraum erforderlich und das Gewicht des Fahrzeugs ist erhöht.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Brake-by-Wire Bremssystem sowie ein Fahrzeug mit einem Brake-by-Wire Bremssystem bereitzustellen, das besonders zuverlässig ist und auch bei einem Teilausfall des Systems eine sichere Weiterfahrt ermöglicht. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betreiben eines Brake-by-Wire Bremssystems angegeben werden, das auch bei einem Teilausfall ein zuverlässiges Abbremsen des Fahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brake-by-Wire-Bremssystem für ein Fahrzeug mit mindestens zwei bremsbaren Rädern. Das Bremssystem umfasst mindestens zwei Bremsaktuatoreinheiten, die jeweils einen Bremsaktuator haben, der einem der bremsbaren Räder des Fahrzeugs zugeordnet ist, zum Abbremsen des Fahrzeugs im Fahrbetrieb. Des Weiteren umfasst das Bremssystem eine Bremsbetätigungseinheit zur Betätigung durch den Fahrer für eine Bremsung, mit mindestens einem Sensor zum Erfassen einer Aktivierung der Bremsbetätigungseinheit durch den Fahrer, und zumindest eine elektronische Kontrolleinheit, welche eingerichtet ist, eine oder beide Bremsaktuatoreinheiten anzusteuern, um eine Bremskraft auf ein zugeordnetes Rad zu bewirken. Die Bremsbetätigungseinheit ist mit der mindestens einen elektronischen Kontrolleinheit signaltechnisch gekoppelt und die Bremsbetätigungseinheit hat eine Schnittstelle für eine vom Bremssystem unabhängige Steuereinheit.
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Das bedeutet, dass zusätzlich zu der bereits vorhandenen Kontrolleinheit eine weitere, in einem Fahrzeug vorhandene Steuereinheit mit dem Bremssystem verbunden werden kann.
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Mit einer unabhängigen Steuereinheit ist eine Steuereinheit gemeint, die in einem regulären Betrieb eine andere Funktion als eine Steuerung des Bremssystems hat, wie zum Beispiel eine Steuereinheit zur Steuerung des Lenkungs-, Antriebsmotor-, Getriebe- oder Fahrwerkssystem des Fahrzeugs.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Idee zugrunde, eine im Fahrzeug ohnehin vorhandene Steuereinheit als zusätzliche Rückfallebene zu nutzen. Dadurch lässt sich besonders kostengünstig eine zusätzliche Rückfallebene realisieren. Die vom Bremssystem unabhängige Steuereinheit muss lediglich mit einer entsprechenden Programmierung versehen werden, um im Bedarfsfall die Bremsaktuatoreinheiten ansteuern zu können.
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Insbesondere ist erfindungsgemäß keine hydraulische oder sonstige mechanische Verbindung zwischen der Bremsbetätigungseinheit und den Bremsaktuatoren zur Kraftübertragung vorhanden.
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Vorzugsweise ist die Bremsbetätigungseinheit trocken ausgeführt, das heißt, sie enthält keine Hydraulikflüssigkeit.
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Die Bremsbetätigungseinheit umfasst beispielsweise mindestens zwei Sensoren, wobei ein Sensor der Kontrolleinheit zugeordnet ist, derart, dass die Kontrolleinheit ein Ausgangssignal des Sensors empfangen kann. Ein weiterer Sensor ist der Schnittstelle zugeordnet, so dass ein Ausgangssignal des Sensors über die Schnittstelle weitergeleitet werden kann. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Redundanz vorhanden. Durch den zusätzlichen, der Steuereinheit zugeordneten Sensor ist sichergestellt, dass die Steuereinheit auch dann als Rückfallebene fungieren kann, wenn die Ansteuerung der Bremsaktuatoreinheiten durch die Kontrolleinheit dadurch gestört ist, dass der mindestens eine der Kontrolleinheit zugeordnete Sensor ausgefallen ist.
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Vorzugsweise ist der der Steuereinheit zugeordnete Sensor eingerichtet, diejenigen Parameter an der Schnittstelle bereitzustellen, die im regulären Betrieb des Bremssystems auch der Kontrolleinheit zur Verfügung stehen. Die vom Bremssystem unabhängige Steuereinheit kann somit das Bremssystem steuern, ohne dass eine Performance bei einem Bremsvorgang beeinträchtigt ist.
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Das Bremssystem kann mindestens eine weitere Schnittstelle für die Steuereinheit haben, wobei ausgehend von mindestens einer Bremsaktuatoreinheit eine Kommunikationsleitung zu der weiteren Schnittstelle verläuft. Die Steuereinheit kann somit über die weitere Schnittstelle die Bremsaktuatoreinheiten direkt ansteuern.
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Die weitere Schnittstelle ist insbesondere außerhalb der Bremsbetätigungseinheit angeordnet.
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Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brake-by-Wire Bremssystem und mit einer vom Bremssystem unabhängigen Steuereinheit, die über die Schnittstelle der Bremsbetätigungseinheit mit dem Bremssystem signaltechnisch verbunden ist und die eingerichtet ist, die Bremsaktuatoreinheiten anzusteuern. Wie bereits in Zusammenhang mit dem Bremssystem beschrieben, wird dadurch der Vorteil erreicht, dass eine zusätzliche Rückfallebene auf einfache und kostengünstige Art und Weise bereitgestellt werden kann.
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Über die weitere Schnittstelle kann die Steuereinheit mit den Bremsaktuatoreinheiten signaltechnisch verbunden sein, um diese direkt anzusteuern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit über eine Kommunikationsleitung mit der mindestens einen Kontrolleinheit des Bremssystems gekoppelt. Dadurch können die Parameter, die an der Schnittstelle der Bremsbetätigungseinheit bereitgestellt und an die Steuereinheit übermittelt werden, wiederum von der Steuereinheit an die Kontrolleinheit übertragen werden. Wenn die Funktionsstörung nicht durch die Kontrolleinheit bedingt ist, sondern beispielsweise durch einen Sensorausfall in der Bremsbetätigungseinheit oder einen Defekt in einer von der Bremsbetätigungseinheit zur Kontrolleinheit führenden Signalleitung, kann die Kontrolleinheit weiterhin die Ansteuerung der Bremsaktuatoreinheiten übernehmen. Die Steuereinheit dient in diesem Fall lediglich zum Signaltransfer.
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Die Steuereinheit ist beispielsweise eine Zentralsteuereinheit des Fahrzeugs. Die Zentralsteuereinheit des Fahrzeugs wird üblicherweise vom Fahrzeughersteller selbst bereitgestellt und kann daher entsprechend programmiert werden, ohne dass Informationen zur Programmierung einem Zulieferer zur Verfügung gestellt werden müssen.
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Alternativ kann die zusätzliche Steuereinheit eine zonale Steuereinheit sein, also eine Steuereinheit, die beispielsweise einen Funktionsbereich des Fahrzeugs steuert. Zum Beispiel ist die Steuereinheit eine Steuereinheit des Lenksystems.
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Das Bremssystem umfasst vorzugsweise mindestens eine Energieversorgungseinheit, welche eingerichtet ist, die mindestens eine Kontrolleinheit und/oder mindestens eine Bremsaktuatoreinheit mit Energie zu versorgen, und das Fahrzeug umfasst mindestens eine weitere Energieversorgungseinheit, welche eingerichtet ist, die Steuereinheit mit Energie zu versorgen. Die Steuereinheit ist somit unabhängig von einer Energieversorgung durch das Bremssystem.
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Die Energieversorgungseinheit des Fahrzeugs kann auch den der Schnittstelle zugeordneten Sensor der Bremsbetätigungseinheit mit Energie versorgen.
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Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Brake-by-Wire Bremssystems, wobei mittels des mindestens einen Sensors der Bremsbetätigungseinheit Parameter erfasst und an die Kontrolleinheit übermittelt werden und die Kontrolleinheit basierend auf den übermittelten Parametern die Bremsaktuatoreinheiten ansteuert, und wobei, wenn eine Ansteuerung der Bremsaktuatoreinheiten durch die Kontrolleinheit beeinträchtigt ist, an der Schnittstelle für die vom Bremssystem unabhängige Steuereinheit dieselben Parameter bereitgestellt werden, welche der Kontrolleinheit im regulären Betrieb vorliegen.
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Die Parameter an der Schnittstelle können von einem weiteren, der Schnittstelle zugeordneten Sensor bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der beiliegenden einzigen Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Diese zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bremssystem.
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einem Bremssystem 11 dargestellt, das vier bremsbare Räder 12, 14, 16, 18 hat. Insbesondere hat das Fahrzeug zwei Vorderräder 12, 14 und zwei Hinterräder 16, 18.
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Jedem der Räder 12, 14, 16, 18 ist eine Bremsaktuatoreinheit 20 zugeordnet. Anders ausgedrückt sind die Bremsaktuatoreinheiten 20 radindividuell angeordnet.
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Die Bremsaktuatoreinheiten 20 umfassen jeweils einen elektromechanischen Bremsaktuator 21 mit einem Elektromotor und einem Spindelantrieb. Ein hydraulischer Aktor ist nicht vorgesehen.
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Der Bremsaktuator 21 dient zum Abbremsen des Fahrzeugs im Fahrbetrieb.
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Insbesondere handelt es sich bei dem veranschaulichten Bremssystem um ein trockenes Bremssystem 11 ohne Hydraulikflüsigkeit.
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Mittels der Bremsaktuatoreinheiten 20 kann jeweils eine einem Rad 12, 14, 16, 18 zugeordnete Bremsbacke bewegt und zum Bremsen des Fahrzeugs gegen eine Bremsscheibe 23 gedrückt werden. Die Bremsbacken sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Das Bremssystem 11 hat eine erste elektronische Kontrolleinheit 22 und eine zweite elektronische Kontrolleinheit 24, die jeweils eingerichtet sind, zwei Bremsaktuatoreinheiten 20 anzusteuern, um eine Bremskraft auf ein zugeordnetes Rad 12, 14, 16, 18 zu bewirken.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, steuern die erste Kontrolleinheit 22 und die zweite Kontrolleinheit 24 jeweils unterschiedliche, diagonal gegenüberliegenden Rädern 12, 14, 16, 18 zugeordnete Bremsaktuatoreinheiten 20 an.
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Zu diesem Zweck sind die Kontrolleinheiten 22, 24 jeweils mit den entsprechenden Bremsaktuatoreinheiten 20 über Kommunikationsleitungen 25 signaltechnisch verbunden. Über die Kommunikationsleitungen 25 kann ein Steuersignal an die jeweilige Bremsaktuatoreinheit 20 gesendet werden.
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Die beiden Kontrolleinheiten 22, 24 sind ebenfalls signaltechnisch miteinander verbunden.
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Um ein Bremssignal erzeugen zu können, umfasst das Bremssystem 11 eine Bremsbetätigungseinheit 26 mit einem Bremspedal 28.
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Das Bremssignal wird erzeugt, indem ein Fahrer mit dem Fuß das Bremspedal 28 der Bremsbetätigungseinheit 26 betätigt und so seinen Bremswunsch signalisiert.
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Die Bremsbetätigungseinheit hat eine Schnittstelle 30 für eine vom Bremssystem 11 unabhängige Steuereinheit 32.
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Die Schnittstelle 30 ist beispielsweise durch einen Anschlussstecker gebildet.
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Die Steuereinheit 32 ist eingerichtet, die Bremsaktuatoreinheiten 20 anzusteuern, insbesondere durch eine entsprechende Programmierung.
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Beispielsweise ist die Steuereinheit 32 eine Zentralsteuereinheit des Fahrzeugs 10.
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Im dargestellten Fahrzeug 10 ist die vom Bremssystem 11 unabhängige Steuereinheit 32 über die Schnittstelle 30 mit dem Bremssystem 11 signaltechnisch verbunden.
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Die Bremsbetätigungseinheit 26 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Sensoren 34, 35, beispielsweise Wegsensoren.
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Die Sensoren 34, 35 können eine Aktivierung der Bremsbetätigungseinheit 26 durch den Fahrer erfassen.
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Einige der Sensoren 34 sind den Kontrolleinheiten 22, 24 zugeordnet, derart, dass die Kontrolleinheiten 22, 24 ein Ausgangssignal der Sensoren 34 empfangen können. Im Ausführungsbeispiel sind jeder Kontrolleinheit 22, 24 jeweils zwei Sensoren 34 zugeordnet.
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Ein weiterer Sensor 35 ist der Schnittstelle 30 zugeordnet, derart, dass ein Ausgangssignal des Sensors 34 über die Schnittstelle 30 weitergeleitet werden kann.
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Die Sensoren 34, die den Kontrolleinheiten 22, 24 zugeordnet sind, sind insbesondere redundant ausgeführt, sodass bei Ausfall eines Sensors 34 noch ein Bremssignal erzeugt und weitergeleitet werden kann. Insbesondere sind jeweils zwei Sensoren 34 zueinander redundant.
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Der Sensor 35, welcher der vom Bremssystem 11 unabhängigen Steuereinheit 32 zugeordnet ist, ist eingerichtet, diejenigen Parameter an der Schnittstelle 30 bereitzustellen, die im regulären Betrieb des Bremssystems 11 auch den Kontrolleinheiten 22, 24 zur Verfügung stehen.
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Im Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Sensoren 34 zunächst von einer Signalaufbereitungseinheit 36 erfasst, bevor die Signale an die Kontrolleinheiten 22, 24 bzw. an die Schnittstelle 30 weitergeleitet werden.
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Die Signalaufbereitungseinheit 36 ist ebenfalls redundant ausgeführt.
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Einige Signalaufbereitungseinheiten 36, im Ausführungsbeispiel zwei Signalaufbereitungseinheiten 36, sind über Kommunikationsleitungen 38 mit den Kontrolleinheiten 22, 24 signaltechnisch elektrisch verbunden.
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Eine weitere Signalaufbereitungseinheit 36 ist mit der Schnittstelle 30 signaltechnisch verbunden.
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Die Bremsbetätigungseinheit 26 umfasst außerdem einen Bremskraftsimulator 40. Dieser erzeugt einen Gegendruck, welcher dem vom Fahrer auf das Bremspedal 28 ausgeübten Druck entgegenwirkt.
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Das Bremssystem 11 hat darüber hinaus zwei weitere Schnittstellen 42, 44 für die Steuereinheit 32.
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Über die weiteren Schnittstellen 42, 44 sind die Bremsaktuatoreinheiten 20 mit der Steuereinheit 32 signaltechnisch verbunden.
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Insbesondere verläuft ausgehend von jeder Bremsaktuatoreinheit 20 eine Kommunikationsleitung 46 zu einer der beiden weiteren Schnittstellen 42, 44.
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Die Steuereinheit 32 ist wiederum über den Fahrzeugbus mit den Schnittstellen 42, 44 verbunden.
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Somit ist die Steuereinheit 32 über die weiteren Schnittstellen 42, 44 mit den Bremsaktuatoreinheiten 20 signaltechnisch verbunden.
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Die Steuereinheit 32 ist außerdem über Kommunikationsleitungen 47 mit den Kontrolleinheiten 22, 24 des Bremssystems 11 gekoppelt.
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Konkret ist die Steuereinheit 32 über die Schnittstellen 42, 44 mit den Kontrolleinheiten 22, 24 signaltechnisch verbunden, wobei die Kommunikationsleitungen 47 ausgehend von den Schnittstellen 42, 44 zu den Kontrolleinheiten 22, 24 verlaufen.
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Im Ausführungsbeispiel umfasst das Fahrzeug 10 eine Parkbremse, wobei eine Betätigungseinheit 48 der Parkbremse ebenfalls mit einer der Kontrolleinheiten 22, 24 signaltechnisch verbunden ist.
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Des Weiteren hat das Bremssystem 11 eine erste Energieversorgungseinheit 50 und eine zweite Energieversorgungseinheit 52.
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Die erste Energieversorgungseinheit 50 versorgte die erste Kontrolleinheit 22 mit Energie und die zweite Energieversorgungseinheit 52 versorgt die zweite Kontrolleinheit 24 mit Energie.
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Darüber hinaus versorgt die erste Energieversorgungseinheit 50 die Bremsaktuatoreinheiten 20 zweier diagonal gegenüberliegender Räder 12, 18 mit Energie, genauer gesagt die Bremsaktuatoreinheiten 20, die von der ersten Kontrolleinheit 22 angesteuert werden. Dies ist in der Figur durch die mehrfache Verwendung des Bezugszeichens 50 veranschaulicht. Tatsächlich ist die erste Energieversorgungseinheit 50 jedoch nur einmal vorhanden.
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Entsprechend versorgt die zweite Energieversorgungseinheit 52 die Bremsaktuatoreinheiten 20 zweier weiterer diagonal gegenüberliegender Räder 14, 16 mit Energie, genauer gesagt die Bremsaktuatoreinheiten 20, die von der zweiten Kontrolleinheit 24 angesteuert werden.
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Anders ausgedrückt sind die Energieversorgungseinheiten 50, 52 diagonal verschaltet.
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Die erste Energieversorgungseinheit 50 und die zweite Energieversorgungseinheit 52 versorgen außerdem jeweils eine Signalaufbereitungseinheit 36 mit Energie.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 10 eine weitere Energieversorgungseinheit 54, welche eingerichtet ist, die Steuereinheit 32 mit Energie zu versorgen.
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Zusätzlich kann die dritte Energieversorgungseinheit 54 neben der ersten und zweiten Energieversorgungseinheit 50, 52 die Bremsaktuatoreinheiten 20 mit Energie versorgen.
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Die dritte Energieversorgungseinheit 54 ermöglicht insbesondere eine Notbremsung, um das Fahrzeug 10 sicher abzustellen, für den Fall, dass die erste und die zweite Energieversorgungseinheit 50, 52 ausfallen.
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Im normalen, störungsfreien Betrieb des Bremssystems 11 steuern beide Kontrolleinheiten 22, 24 jeweils zwei Bremsaktuatoreinheiten 20 an.
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In diesem Zustand werden mittels der Sensoren 34 der Bremsbetätigungseinheit 26 Parameter erfasst und an die Kontrolleinheiten 22, 24 übermittelt und die Kontrolleinheiten 22, 24 steuern basierend auf den übermittelten Parametern die Bremsaktuatoreinheiten 20 an.
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Wenn ein erster Steuerpfad ausgefallen ist, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls einer der beiden Energieversorgungseinheiten 50, 52, einer der beiden Kontrolleinheiten 22, 24, zweier Sensoren 34 oder mindestens einer Kommunikationsleitung 25, 38, spricht man von einem Teilausfall des Bremssystems 11.
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In diesem Fall werden über den zweiten Steuerpfad noch zwei diagonal gegenüberliegende Räder 12, 14, 16, 18 angesteuert. Es kann somit noch ein kontrollierter Bremsvorgang stattfinden. Dadurch kann eine Weiterfahrt, ggf. unter Einschränkungen wie z. B. einer begrenzten Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer definierten Restfahrstrecke, ermöglicht werden. Zum Beispiel kann eine Fahrt bis zu einem Zielort oder einer Werkstatt fortgesetzt werden.
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Sofern nach dem ersten Steuerpfadpfad auch noch der zweite Steuerpfad ausfällt, oder anders ausgedrückt, wenn eine Ansteuerung aller Bremsaktuatoreinheiten 20 durch die Kontrolleinheiten 22, 24 beeinträchtigt ist, werden an der Schnittstelle 30 für die vom Bremssystem 11 unabhängige Steuereinheit 32 dieselben Parameter bereitgestellt, welche den Kontrolleinheiten 22, 24 im regulären Betrieb vorliegen.
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Dies wird insbesondere mittels des zusätzlichen, der Schnittstelle 30 zugeordneten Sensors 35 erreicht.
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Die zusätzliche Steuereinheit 32 kann daraufhin die Bremsaktuatoreinheiten 20 direkt ansteuern.
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Alternativ kann die Steuereinheit 32 die entsprechenden Informationen über die Kommunikationsleitungen 47 an die Kontrolleinheiten 22, 24 weiterleiten, wenn die Kontrolleinheiten 22, 24 noch funktionsfähig sind, woraufhin die Bremsaktuatoreinheiten 20 wie im regulären Betrieb durch die Kontrolleinheiten 22, 24 angesteuert werden.
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Der über die Schnittstelle 30 und die Steuereinheit 32 verlaufende Steuerpfad bildet somit eine zusätzliche Rückfallebene, die eine besonders hohe Ausfallsicherheit des Bremssystems 11 ermöglicht.
