DE19743305A1 - Anordnung zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse in einem Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse eines Fahrzeugs.

Aus DE 195 48 392 A1 ist eine Bremsanlage für ein Fahrzeug mit vier (nur) elektrisch gesteuerten Radbremseinrichtungen bekannt. Räder können, über das Bremspedal aktiviert, unabhängig voneinander betätigt werden. Auch bei Ausfall einzelner Radbremsen wird damit das Fahrzeug sicher abgebremst. Es sind getrennte elektrische Steuerkreise für je zwei Radbremsen vorgesehen, die beide von einem Bremskraftsimulator getrennte Steuersignale empfangen und je einen eigenen Energieversorgungskreis aufweisen.

Bei einer elektronischen Bremse ist es zu vermeiden, daß, vorzugsweise in Verbindung mit einem selbsthemmenden Mechanismus als ein bremsender Aktor, ein Stromausfall für ein Fortbestehen der Bremswirkung an einem Rad des Fahrzeugs sorgt. Ein auf diese Art blockiertes Rad erschwert eine kontrollierte Steuerung des Fahrzeugs erheblich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen ungewollten Bremsvorgang einer elektronischen Bremse ("Brake-By-Wire") eines Fahrzeugs zu vermeiden.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß angegeben wird eine Anordnung zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse eines Fahrzeugs. Diese Anordnung umfaßt einen Aktor, der eine Bremswirkung auf ein Rad des Fahrzeugs ausübt. Weiterhin ist eine Stromversorgung vorgesehen, die den Aktor mit Energie versorgt. Auch ist ein Energiespeicher vorgesehen, der über die Stromversorgung aufgeladen wird. Schließlich ist ein Umschalter vorgesehen, der bei einer Unterbrechung der Stromversorgung den Energiespeicher zuschaltet, so daß er den Aktor mit Strom versorgt und somit der Aktor in einen Zustand zurückgestellt wird, in dem er keine Bremswirkung auf das Rad ausübt.

Dabei ist es ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß durch den Energiespeicher eine Rückstellung des Aktors sichergestellt wird und somit gewährleistet ist, daß bei einem Ausfall der Stromversorgung für diesen Aktor kein einzelnes blockierendes Rad das Fahrzeug unbeherrschbar macht. Vorzugsweise werden geeignete Maßnahmen ergriffen, falls die Stromversorgung für ein Rad des Fahrzeugs ausfällt, z. B. sofortiges Anhalten des Fahrzeugs oder Weiterfahrt nur mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit. Immerhin kann ein Auto (normalerweise vier Räder) mit drei funktionierenden Aktoren, die jeweils eine Bremswirkung auf ein Rad ausüben, also mit drei bremsenden Rädern, noch sicher zum Stillstand gebracht werden, auch wenn sich der Bremsweg etwas verlängert.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Aktor einen selbsthemmenden Mechanismus aufweist.

Gerade für diesen Fall ist es wichtig, daß der Energiespeicher ausreichend Energie für das Zurückstellen des Aktors, für den die Stromversorgung ausgefallen ist, bereitstellt. Das Rad, das in einem Normalbetrieb von dem Aktor gebremst wird, dessen Stromversorgung ausgefallen ist, wird bis zur Wiederherstellung der Stromversorgung nicht gebremst. Es läuft frei, blockiert also auch nicht. Dadurch ist das Fahrzeug nach wie vor steuerbar und kann, wie oben erwähnt, anhand der verbleibenden funktionstüchtigen Aktoren (verzögert) abgebremst werden.

Als eine Weiterbildung kann der selbsthemmende Mechanismus eine Spindel sein.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß der Umschalter ein Relais ist. Mit dem Relais kann das umschalten auf den Energiespeicher als "Notstromversorgung" bewerkstelligt werden. Im Normalbetrieb ist z. B. der Primärkreis des Relais stromdurchflossen, der gesteuerte Sekundärkreis unterbrochen, der Energiespeicher wird aufgeladen oder aufgeladen gehalten. Bricht die Stromversorgung ab, also hört der Stromfluß im Primärkreis auf, so kann damit die Unterbrechung in dem Sekundärkreis beendet werden. Der Energiespeicher wird nicht länger aufgeladen, statt dessen versorgt jetzt der Energiespeicher den Aktor mit elektrischer Energie. Dabei kann die Menge der Energie in dem Energiespeicher derart bemessen sein, daß der Aktor in den Ruhezustand (ohne Bremswirkung auf das Rad auszuüben) versetzt wird, oder über eine Steuereinrichtung kontrolliert in den Ruhezustand gesteuert wird.

Auch ist es eine Weiterbildung der Erfindung, daß der Umschalter ein Mikrokontroller ist. Dabei stellt der Mikrokontroller im Prinzip die gleiche Funktionalität bereit wie das oben beschriebene Relais. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, wird eine vorgegebene Aktion ausgeführt, insbesondere der Aktor in den Ruhezustand bewegt. Darüber hinaus kann der Mikrokontroller den Aktor steuern, also die Bewegung in den Ruhezustand überwachen oder Bremskommandos auch für den Normalbetrieb über eine speziell dafür vorgesehene Steuerleitung mit Hilfe des Aktors umsetzen. Somit kann man die Funktionalität des Mikrokontrollers auf die Steuerung des Aktors auch im Normalbetrieb ausweiten, wobei bei Unterbrechung der Stromversorgung dies von dem Mikrokontroller bemerkt und daraufhin eine Umschaltung auf den Energiespeicher durchgeführt wird. Über den Mikrokontroller kann auch eine Rückmeldung an den Fahrer über den Ausfall der Stromversorgung für den betroffenen Aktor erfolgen. Eine Versorgung des Mikrokontrollers mit Energie kann ebenfalls über eine Kombination aus Stromversorgung und/oder Energiespeicher erfolgen, wobei zusätzlich für den Mikrokontroller auch ein Akkumulator vorgesehen sein kann, der einen entsprechenden Reserve-Energievorrat für den Mikrokontroller bereithält. Da heutzutage ein Mikrokontroller zu seinem Betrieb lediglich geringe Mengen elektrischer Energie benötigt, kann der Reserve-Energievorrat entsprechend gering bemessen sein bzw. kann der Mikrokontroller mit hinreichend großem Reserve-Energievorrat entsprechend lange betrieben werden.

Auch ist es eine Weiterbildung der Erfindung, daß der Energiespeicher in einem Gehäuse zusammen mit dem Aktor angeordnet ist.

Weiterhin kann zusätzlich der Umschalter in diesem Gehäuse angeordnet sein.

Mit der Ausführung von Energiespeicher, Aktor und Umschalter in einem Gehäuse soll das Prinzip kurzer Wege, also entsprechend kurzer Zuleitungen und damit geringer Fehleranfälligkeit der Zuleitungen, weiter verbessert werden. Wäre der Energiespeicher weit entfernt von dem Aktor angeordnet, so könnte man eine Überwachung der Versorgung durch den Energiespeicher vorsehen, die wiederum überwacht werden könnte. Um dies zu umgehen, wird der Energiespeicher möglichst direkt an dem Aktor angebracht, so daß keine allzu lange Leitung von dem Energiespeicher zum Aktor zu überwachen ist. Der Umschalter wird vorteilhaft ebenfalls nahe am Aktor angeordnet, um lange Wege (große Kabelstrecken) zu vermeiden und ggf. eine Stromversorgung des Umschalters auch über den Energiespeicher (ohne lange Kabel) zu ermöglichen. Auch sind es Gründe für die Nähe des Energiespeichers am Aktor, daß auch im Normalbetrieb hohe Ströme zum Bremsen erforderlich sind und somit die Wahrscheinlichkeit für z. B. Kabelbrände oder Kontaktprobleme reduziert wird.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist der Energiespeicher ein Elektrolytkondensator oder Akkumulator.

Es sind zahlreiche mögliche Ausführungsformen für elektrische Energiespeicher denkbar. Eine Möglichkeit stellt ein hinreichend großer Elektrolytkondensator (Elko) dar. So kann erreicht werden, daß die Energie des Energiespeichers ausreicht, um den Aktor in den Ruhezustand zu bewegen.

Eine andere mögliche Realisierung eines Energiespeichers stellt ein Akkumulator (AKKU; wiederaufladbarer Energiespeicher) dar. Dieser Akkumulator ist entsprechend für eine spezielle Anwendung zu dimensionieren. Soll der Aktor in den Ruhezustand bewegt werden, ist er für die Speicherung einer geringeren Menge elektrischer Energie auslegbar als wenn eine zusätzliche Aktion, z. B. die zusätzliche Versorgung eines Mikrokontrollers über eine vorgebbare Zeitdauer, durchgeführt werden soll.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Anhand der folgenden Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine Skizze mit einer Anordnung zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse eines Fahrzeugs und

Fig. 2 eine Blockschaltbild mit einem Mikrokontroller zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse eines Fahrzeugs.

In Fig. 1 ist eine Stromversorgung BAT (auch: Bordnetz), vorzugsweise eine Autobatterie eines Kraftfahrzeugs, dargestellt, die über die beiden Stromzuleitungen 103 mit einem Gehäuse GEH verbunden ist. Die beiden Stromzuleitungen 103 stellen einen fehleranfälligen Bereich für eine Unterbrechung dar.

Sobald eine der beiden Stromzuleitungen unterbrochen ist, verfügt (ohne die Erfindung) der Aktor AKT über keine elektrische Energie mehr, um eine Bremswirkung auf ein Rad des Fahrzeugs ausüben zu können bzw. wird der Aktor AKT nicht mehr gelöst, wenn die Stromversorgung BAT genau in einem Moment des Bremsens ausfällt. Dies hat fatale Folgen, da das Fahrzeug nicht mehr manövriert werden kann, wenn ein Rad blockiert.

Abhilfe schaffen ein Energiespeicher ES und einen Umschalter UM, wie in Fig. 1 gezeigt. Im Normalbetrieb wird der Energiespeicher ES über den Schalter 101 aufgeladen, und eine Steuereinheit ECU (engl.: Electronic Control Unit) stellt sicher, daß der Aktor AKT entsprechend eines Bremssignals 104 angesteuert wird. Wird jetzt die Zuleitung 103 zu der Stromversorgung BAT unterbrochen, so wird über das Relais RS der Energiespeicher ES von dem Ladebetrieb 101 in den Versorgungsbetrieb 102 umgeschaltet. Auch die Steuereinheit ECU bemerkt die Unterbrechung der Stromversorgung BAT und steuert den Aktor AKT mit der Energie aus dem Energiespeicher ES derart an, daß der Aktor AKT in einen Zustand zurückgestellt wird, in dem er keine Bremswirkung mehr auf das Rad ausübt. Das durch den Aktor AKT, dessen Stromversorgung BAT unterbrochen ist, zu bremsende Rad des Fahrzeugs dreht frei ohne Bremswirkung. Über die verbleibenden Räder bzw. das verbleibende Rad des Fahrzeugs und damit durch die zu diesen Rädern gehörenden Aktoren, kann das Fahrzeug - auch ohne das Rad ohne Bremswirkung - zum Stillstand gebracht werden.

Vorzugsweise ist an jedem Aktor AKT ein Energiespeicher ES mit einem Umschalter UM der Stromversorgung BAT auf den Energiespeicher ES in einem dafür vorgesehenen Gehäuse GEH angeordnet.

In Fig. 2 ist die oben dargestellte Funktionalität anhand eines Mikrokontrollers MIK realisiert. Durchgezogene Leitungen deuten Stromversorgungen, gestrichelte Leitungen deuten Steuerleitungen an.

Die Stromversorgung BAT liefert im Normalbetrieb über eine Leitung 201 Strom an den Aktor AKT, lädt gleichzeitig den Energiespeicher ES über eine Leitung 206, lädt einen eigens für den Mikrokontroller reservierten Akkumulator AKKU über eine Leitung 202 und betreibt den Mikrokontroller MIK über eine Leitung 205.

Der Mikrokontroller MIK steuert den Aktor AKT über eine Leitung 204 an und erhält entsprechend vorgegebene Rückmeldung von dem Aktor AKT über eine Leitung 210. Beispiele für Inhalte solcher Rückmeldungen sind die momentane Position oder die Funktionsfähigkeit des Aktors AKT.

Über eine Leitung 208 wird dem Mikrokontroller MIK ein Bremsbefehl mitgeteilt, den er über die Leitung 204 an den Aktor AKT weitergibt. Über eine Leitung 209 teilt der Mikrokontroller MIK einem zentralen Fahrzeugrechner vorzugsweise Diagnosedaten mit.

Fällt die Zuleitung 201 zu der Stromversorgung BAT des Fahrzeugs aus (Ausfallbetrieb), so kann der Aktor AKT nicht mehr versorgt werden, der Akkumulator AKKU und der Energiespeicher ES werden nicht mehr aufgeladen und der Mikrokontroller MIK wird nicht mehr über die Stromversorgung BAT gespeist.

Die Energieversorgung für den Mikrokontroller MIK schaltet automatisch auf den dafür vorgesehenen Akkumulator AKKU um, der den Mikrokontroller MIK über eine Leitung 203 versorgt.

Der Mikrokontroller MIK veranlaßt über eine Leitung 207 ein Umschalten des Energiespeichers ES aus dem Ladebetrieb in einen Versorgungsbetrieb. Der Energiespeicher stellt somit die Energieversorgung des Aktors über die Leitung 206 sicher. Über die Leitung 204 veranlaßt der Mikrokontroller MIK nun, eine Zurückstellung des Aktors AKT. Eine Rückmeldung der entsprechenden Zurückstellung des Aktors AKT wird mittels der Leitung 210 überwacht. Schließlich setzt der Mikrokontroller MIK über die Leitung 209 eine entsprechende Ausfallmeldung an den zentralen Fahrzeugrechner ab, wobei vorzugsweise der Status (ok, Fehler) des betroffenen Aktors und die momentane Position (gelöst, teilweise gelöst, fest) übermittelt werden.

Da im Ausfallbetrieb sichergestellt ist, daß der Aktor AKT nurmehr gelöst, jedoch nicht wieder angezogen wird, können sich nach Ausfall der Stromversorgung BAT und Abarbeitung der oben beschriebenen Vorgänge für den Ausfallbetrieb sowohl der Akkumulator AKKU zum Betrieb des Mikrokontrollers MIK, als auch der Energiespeicher ES langsam entladen. Ein zentraler Fahrzeugrechner wird vorzugsweise über den Ausfall unterrichtet, der betroffene Aktor AKT ist gelöst, d. h. es wird keine Bremswirkung auf das Rad, dessen Aktor AKT ausgefallen ist, ausgeübt. Das Fahrzeug kann anhand der verbleibenden Aktoren für die übrigen Räder zum Stillstand gebracht werden.

Ferner ist es ohne Einschränkung möglich, daß der Akkumulator AKKU für den Mikrokontroller MIK und der Energiespeicher ES als eine Einheit ausgeführt sind.

Um zu verhindern, daß ein Kurzschluß der Zuleitung 201 auch einen Kurzschluß von Energiespeicher ES und Akkumulator AKKU erfolgt, wird vorzugsweise im Ausfallbetrieb die Stromversorgung BAT abgetrennt. Somit wird vermieden, daß sich ein Kurzschluß bei oder innerhalb der Stromversorgung BAT oder der Zuleitung 201 auf die Komponenten des Ausfallbetriebs Akkumulator AKKU, Energiespeicher ES, Mikrokontroller MIK und Aktor AKT auswirkt. Für solch eine physikalische Unterbrechung der Zuleitung 201 kann der Mikrokontroller MIK sorgen, indem er die Zuleitung 201, nachdem der Ausfallbetrieb bemerkt wurde, von den jeweiligen Komponenten des Ausfallbetriebs abgekoppelt wird. Dies geschieht vorzugsweise mittels eines elektronischen Schalters, der über den Mikrokontroller MIK angesteuert wird, und im Ausfallbetrieb die Zuleitung 201 unterbricht.

Claims (9)

1. Anordnung zur Vermeidung eines ungewollten Bremsvorgangs einer elektronischen Bremse eines Fahrzeugs,

• a) bei der ein Aktor vorgesehen ist, der derart eingerichtet ist, daß durch ihn eine Bremswirkung auf ein Rad des Fahrzeugs ausübbar ist,
• b) mit einer Stromversorgung, die den Aktor versorgt,
• c) bei der ein Energiespeicher vorgesehen ist, der derart eingerichtet ist, daß er über die Stromversorgung aufladbar ist,
• d) mit einem Umschalter, der derart eingerichtet ist, daß bei einer Unterbrechung der Stromversorgung der Energiespeicher umgeschaltet wird, so daß er den Aktor derart mit Strom versorgt, daß der Aktor in einen Zustand zurückgestellt wird, in dem er keine Bremswirkung auf das Rad ausübt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Aktor einen selbsthemmenden Mechanismus aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der selbsthemmende Mechanismus eine selbsthemmende Spindel ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Umschalter ein Relais ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Umschalter ein Mikrokontroller ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Energiespeicher in einem Gehäuse mit dem Aktor angeordnet ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Umschalter in einem Gehäuse mit dem Aktor und/oder dem Energiespeicher angeordnet ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Energiespeicher ein Elektrolytkondensator ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Energiespeicher ein Akkumulator ist.