DE19758289A1

DE19758289A1 - Energieversorgung einer elektrischen Feststellbremse für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19758289A1
Application number: DE1997158289
Authority: DE
Inventors: Peter Skotzek; Bernhard Kant
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgung einer elektrischen Feststellbremse für Kraftfahrzeuge und insbesondere eine Notenergieversorgung für den Fall einer Bordnetzhavarie.

Gemäß dem Stand der Technik werden Feststellbremsen für Kraftfahrzeuge üblicherweise mechanisch bedient. Diese mechanisch betätigten Feststellbremsen funktionieren unabhängig von der elektrischen Energieversorgung des Kraftfahrzeugs. Mechanisch betätigte Feststellbremsen erfordern einen relativ großen mechanischen Aufwand, wie z. B. einen Seilzug vom Handbremshebel zu den betätigten Bremsen, zusätzliche innenliegende Bremsbacken, usw. In der Entwicklung befinden sich derzeit elektrisch betätigte Feststellbremsen (EFB). Diese sind in der Lage, den mechanischen Aufwand für die Feststellbremse zu verringern und weiterhin den Montageaufwand für das Fahrzeug am Band zu reduzieren. Weiterhin erhöhen elektrisch betätigte Feststellbremsen den Bedienungskomfort eines Kraftfahrzeugs, erweitern die Möglichkeiten bei der Achskonstruktion und erschließen neue Zusatzfunktionen für die Fahrzeugsteuerung

Ein Nachteil von elektrisch betätigten Feststellbremsen ist es jedoch, daß diese von der Energieversorgung im Kraftfahrzeug abhängig sind. Fällt diese Energieversorgung aus, so ist auch die Funktion der Feststellbremse nicht mehr gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgung einer elektrischen Feststellbremse für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die eine sichere Notstromversorgung gewährleistet.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Die abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.

Erfindungsgemäß ist eine Energieversorgung einer elektrischen Feststellbremse für Kraftfahrzeuge vorgesehen, die eine Hauptbatterie und eine Hilfsbatterie aufweisen kann. Weiterhin kann ein Umschaltmittel vorgesehen sein, das die elektrische Feststellbremse je nach Schaltstellung entweder mit der Hauptbatterie oder mit der Hilfsbatterie verbindet. Wenn weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist, kann durch diese ein Zustand der Hauptbatterie und ein Zustand der Hilfsbatterie überwacht werden. Diese Überwachung kann beispielsweise durch eine Erfassung von spezifischen Zustandsgrößen der Batterie erfolgen, wobei die Steuereinheit dann aus diesen erfaßten Werten beurteilen kann, ob die Batterie verfügbar oder nicht verfügbar ist. Eine Nichtverfügbarkeit würde etwa vorliegen, wenn der Ladezustand der Batterie nicht ausreicht oder wenn beispielsweise ein Kabelbruch vorliegt. Die Steuereinheit kann weiterhin erfassen, ob eine Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse vorliegt.

Sofern die Steuereinheit erfaßt bzw. ermittelt hat, daß die Hauptbatterie nicht verfügbar ist und falls die Steuereinheit eine Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse ermittelt, so wird das Umschaltmittel derart aktiviert, daß die Feststellbremse bzw. die Ansteuerelektronik der Feststellbremse mit der Hilfsbatterie verbunden wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung können die Beschränkungen durch das Bordnetz im Kraftfahrzeug aufgehoben werden. Durch das Vorsehen der Hilfsbatterie wird für die Feststellbremse eine eigene Energiequelle zur Verfügung gestellt, die den kritischen Fall des Ausfalls der bordeigenen Energieversorgung kompensiert. Da das Umschaltmittel im Ruhezustand die Feststellbremse mit der Hauptbatterie verbindet, ist die Hilfsbatterie im Normalzustand elektrisch von der Ansteuerelektrik bzw. -elektronik der Feststellbremse getrennt. Dadurch kann eine hohe Entladungssicherheit der Hilfsbatterie gewährleistet werden. Zur Ermittlung des Ladezustandes der Hilfsbatterie muß diese lediglich zeitweise hochohmig mit der Steuereinheit verbunden werden.

Weiterhin kann die Steuereinheit den Zustand der Haupt- und/ oder der Hilfsbatterie durch eine Erfassung der jeweiligen Batteriespannung, des Stroms, und/oder der Temperatur oder Säuredichte oder einer anderen Größe, die den Ladezustand charakterisiert, bestimmen und aus zumindest einem dieser Werte auf das Vorliegen der jeweiligen Verfügbarkeit schließen. Somit wird der Energieinhalt der Hilfsbatterie überwacht. Die systemeigene Energiequelle, d. h. die Hilfsbatterie, darf nicht die Unzulänglichkeiten der Bordnetzbatterie (der Hauptbatterie) teilen, damit eine Verbesserung erreicht werden kann. Durch eine Überwachung des Zustands der Hilfsbatterie und insbesondere dadurch, daß bei einer Nichtverfügbarkeit der Hilfsbatterie eine Warnlampe und/oder ein Warnsignal aktiviert wird, kann sichergestellt werden, daß bei Problemen der Hilfsbatterie ein Aufsuchen einer Werkstatt durch den Fahrer bzw. Eigentümer des Kraftfahrzeugs erfolgt.

Das Umschaltmittel kann weiterhin ein mechanischer Schalter sein. Denkbar ist es jedoch auch, eine Halbleitertechnologie einzusetzen, wobei dann die Hilfsbatterie mit einer CAN (Controller Area Network)-Botschaft geweckt werden würde.

Weiterhin kann die Hilfsbatterie eine Lithium-Batterie sein. Die Batterietechnologie der Hilfsbatterie ist somit eine andere als die der Hauptbatterie, welche üblicherweise ein Bleiakku ist. Dadurch können die häufigsten Fehler der Batterie, welche durch ihre Bauart bedingt sind und zum Ausfall der Energieversorgung führen, abgefangen werden. Die vielfachsten Ursachen für einen Ausfall der Hauptbatterie sind wie folgt: Die Batterie ist durch einen mechanischen oder elektrischen Fehler oder durch eine Fehlbedienung entladen, die Batterie ist nach einer langen Standzeit entladen, die Batterie ist nach häufigen Startversuchen bei tiefen Temperaturen erschöpft oder es liegt ein Defekt innerhalb der Batterie durch eine (Säure-)Korrosion vor.

Prinzipiell ist die Lebensdauer einer Blei-Säure-Batterie im Kraftfahrzeug auf ca. drei bis vier Jahre beschränkt. Innerhalb der typischen Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs von ca. 10 Jahren ist daher mit mindestens zwei bis drei Ausfällen des Bordnetzes zu rechnen. Der minimal notwendige Energieinhalt des Energiespeichers für die elektrische Feststellbremse ist somit in optimaler Weise auf die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs von 10 Jahren auszulegen.

Durch den Einsatz von Batterien, beispielsweise Lithium-Batterien, kann gewährleistet werden, daß die Lebensdauer dieser Batterien etwa der eines Kraftfahrzeugs entspricht. Wiederaufladbare Batterien sind als Hilfsbatterie weniger geeignet, sofern deren Selbstentladungsrate in der Größenordnung vergleichbar zu der Selbstentladung der Blei- Säure-Batterie ist. Batterien weisen bei kleiner Kapazität jedoch als Nachteil häufig einen hohen Innenwiderstand auf. Dies kann jedoch durch eine entsprechende Schaltung teilweise ausgeglichen werden (vgl. Figurenbeschreibung). Derartige Hilfsbatterien können jedoch eine lange Gebrauchsdauer erreichen, da sie eine geringe Selbstentladungsrate aufweisen.

Erfindungsgemäß kann als Hilfsbatterie eine Lithium-Mangan- Dioxid- oder Lithium-Thionylchlorid-Batterie verwendet werden.

Weiterhin kann die Steuereinheit mit einer Betätigung der elektrischen Feststellbremse reagieren, wenn die Anforderung dafür von der Fahrzeugsteuerung kommt. Dies kann etwa dann sinnvoll sein, wenn die elektrische Feststellbremse als Anfahrhilfe für Kraftfahrzeuge mit Schaltgetriebe, als Hillholder, als Rangierhilfe oder als Wegrollsicherung verwendet wird.

Erfindungsgemäß kann somit die Ausfallsicherheit von elektrischen Feststellbremsen stark erhöht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Energieversorgung mit einer Steuereinheit zum Umschalten von der Hauptbatterie zur Hilfsbatterie;

Fig. 2 eine Ladeschaltung für eine Hilfsbatterie, die als Akkumulator ausgeführt ist;

Fig. 3 eine Schaltung für eine Hilfsbatterie, die als Primärbatterie ausgeführt ist; und

Fig. 4 ein Abfrageschema der erfindungsgemäßen Steuereinheit.

Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Feststellbremse (EFB) 1. Weiterhin ist eine Steuereinheit 2 dargestellt, die über eine Steuerleitung 3 einen Schalter 4 ansteuern kann. Die Steuereinheit 2 kann weiterhin die Betätigung eines Bedienelementes 5 erfassen. Über dieses Bedienelement 5 kann der Fahrer eine Anforderung für eine Betätigung der elektronischen Feststellbremse über die Betätigung beispielsweise-eines Knopfes, eines Wippschalters, usw. angeben. Das Bedienelement 4 kann auch einen analogen Fahrerwunsch abbilden, z. B. mit einem Potentiometer oder einer anderen, dazu geeigneten Anordnung. Natürlich kann anstatt des Bedienelementes 5 auch ein Anforderungssignal von einer Fahrzeugsteuerung verwendet werden, wie voranstehend schon erwähnt.

Die Steuereinheit 2 wird weiterhin mit einer Leitung 6 und einer Leitung 7 verbunden. Über die Leitung 6 können der Steuereinheit 2 Signale über den Betriebszustand einer Hauptbatterie 8 übermittelt werden. Über die Leitung 7 können der Steuereinheit 2 Signale über den Betriebszustand einer Hilfsbatterie 9 übermittelt werden.

Sofern nun die Steuereinheit 2 erfaßt, daß eine Anforderung für eine Betätigung der elektronischen Feststellbremse 1 vorliegt, beispielsweise über das Bedienelement 5, und sofern die Steuereinheit 2 über die Leitung 6 erfaßt, daß die Hauptbatterie 8 nicht verfügbar ist, wird der Schalter 4 über die Steuerleitung 3 derart angesteuert, daß dieser die Hilfsbatterie 9 mit der elektrischen Feststellbremse 1 verbindet. Dadurch kann sichergestellt werden, daß auch bei einem Ausfall der Hauptbatterie eine Betätigung der elektrischen Feststellbremse 1 erfolgen kann. Im Ruhezustand des Schalters 4 ist die elektrisch betätigte Feststellbremse 1 mit der Hauptbatterie 8 verbunden.

In der Fig. 2 ist eine Hilfsbatterie 9 dargestellt, welche als Akkumulator ausgeführt ist. Weiterhin ist eine Ladeschaltung 10 vorgesehen, die einen ausreichenden Ladezustand der Hilfsbatterie 9 gewährleistet.

Zusätzlich ist ein Impedanzwandler 11 vorgesehen, welcher in der Lage ist, eine ausreichende Stromversorgung der elektrischen Feststellbremse 1 zu gewährleisten. Ein derartiger Impedanzwandler kann zur Hilfsbatterie 9 parallel geschaltet werden und kann einen Kondensator enthalten, welcher im Falle einer Betätigung der elektrischen Feststellbremse 1 über die Hilfsbatterie 9 eine ausreichende Energieversorgung sicherstellt. Insbesondere ist dieser Impedanzwandler 11 im Zusammenhang mit der Fig. 3 wichtig, da dort die Hilfsbatterie 9 als nichtaufladbare Batterie ausgeführt ist. Die Hilfsbatterie 9 gemäß der Fig. 3 kann als Lithium-Batterie ausgeführt werden. Derartige Lithium- Batterien weisen oft einen hohen Innenwiderstand bei kleiner Kapazität auf. Die Kapazität liegt im Milliamperestunden-Be reich. Hier ist dann der Einsatz des Impedanzwandlers 11 hilfreich, wobei dieser beispielsweise aus einem "Supercapacitor" bestehen kann, der im Notfall von der Lithium-Batterie aufgeladen wird und den hohen Spitzenstrom zum Betrieb der elektronischen Feststellbremse 1 liefern kann.

Über die Leitung 7 können Informationen über den Betriebszustand der Hilfsbatterie 9 zur Steuereinheit 2 übertragen werden.

Die Fig. 4 zeigt einen Flußlaufplan einer möglichen Abarbeitung in der Steuereinheit 2. Hierbei soll angemerkt werden, daß die Steuereinheit 2 einen Mikroprozessor aufweisen kann, welcher die folgende Abarbeitung ausführt. In einem Schritt 100 wird der in Fig. 4 dargestellte Vorgang gestartet. Die Abarbeitung kann zyklisch erfolgen. In einem Schritt 101 wird ermittelt, ob eine Anforderung für eine Betätigung der elektrischen Feststellbremse vorliegt. Sofern keine Anforderung für die elektrische Feststellbremse 1 vorliegt, so wird zurück zwischen die Schritte 100 und 101 verzweigt. Wenn eine Anforderung für eine Betätigung der elektrischen Feststellbremse 1 vorliegt, so wird zu einem Schritt 102 verzweigt, indem abgefragt wird, ob die Hauptbatterie 8 verfügbar ist. Wenn die Hauptbatterie 8 verfügbar ist, so wird zu einem Schritt 103 verzweigt und die elektrische Feststellbremse 1 wird mit der Hauptbatterie 8 betätigt. Der Programmablauf endet dann in einem Schritt 104.

Sofern im Schritt 102 beurteilt wurde, daß die Hauptbatterie 8 nicht verfügbar ist, wird zu einem Schritt 105 verzweigt, indem über den Schalter 4 (oder andere Mittel) auf die Hilfsbatterie 9 umgeschaltet wird. Anschließend wird die elektrische Feststellbremse 1 mit der Hilfsbatterie 9 betätigt, wobei dann das Programm wieder zum Schritt 104 verzweigt.

Neben dem in der Fig. 4 dargestellten Programmablauf erfolgt ebenso zyklisch ein Abfragen des Betriebszustands der Hilfsbatterie 9 (siehe auch Fig. 2 und 3). Über die Steuereinheit 2 oder über eine getrennte Steuereinheit kann durch eine Erfassung der Spannung der Hilfsbatterie 9, des Stroms (durch eventuelles Zuschalten einer Last) und/oder der Temperatur der Hilfsbatterie 9 auf den Betriebszustand derselben geschlossen werden. Sollte durch die Steuereinheit 2 oder durch eine andere elektronische Schaltung, die ebenso einen Mikroprozessor enthalten kann, beurteilt werden, daß eine Fehlfunktion der Hilfsbatterie 9 vorliegt, so kann eine Warnung an den Fahrer und/oder ein Eintrag in den Diagnosespeicher des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeugsteuergerätes erfolgen.

Zusammenfassend sei nochmals festgehalten, daß entscheidend für die Erhöhung der Verfügbarkeit der elektronischen Feststellbremse die Verwendung einer zweiten Energiequelle mit einer abweichenden Technologie und/oder Belastungsprofil zur Hauptbatterie 8 ist. Dadurch können synchrone Ausfälle beider Batterien bei gleicher Behandlung (lange Standzeit ohne Nachladung) vermieden werden.

Es ist auch möglich, ein Kraftfahrzeug mit zwei Hauptbatterien auszustatten, um die Verfügbarkeit der elektrischen Feststellbremse zu verbessern. Für die zweite Hauptbatterie sollte jedoch nicht die gleiche Technologie wie für die erste Hauptbatterie verwendet werden (wie oben schon erläutert ist).

Weiterhin soll angemerkt werden, daß gemäß der Fig. 2, bei Weglassen der als Akkumulator ausgeführten Hilfsbatterie 9 der Impedanzwandler 11 als Supercapacitor ausgeführt werden kann, so daß man eine Notstromversorgung erhält, die für kurze Zeit (einige Stunden) nach Ausfall des Bordnetzes wirksam ist.

Claims

1. Energieversorgung einer elektrischen Feststellbremse für Kraftfahrzeuge, mit
einer Hauptbatterie (8),
einer Hilfsbatterie (9),
einem Umschaltmittel, das die elektrische Feststellbremse (1) je nach Schaltstellung entweder mit der Hauptbatterie (8) oder mit der Hilfsbatterie (9) verbindet,
und
einer Steuereinheit (2), die den Zustand der Hauptbatterie (8) und den Zustand der Hilfsbatterie (9) überwacht und erfaßt, ob eine Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse (1) vorliegt, wobei
bei einem Vorliegen der Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse (1) und bei einer Nichtverfügbarkeit der Hauptbatterie (8) das Umschaltmittel derart aktiviert wird, daß die Feststellbremse (1) mit der Hilfsbatterie (9) verbunden wird.

2. Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel im Ruhezustand die Feststellbremse (1) mit der Hauptbatterie (8) verbindet.

3. Energieversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (2) den Zustand der Haupt- und/oder der Hilfsbatterie (8, 9) durch eine Erfassung der jeweiligen Batteriespannung, des Stroms und/oder der Temperatur bestimmt und aus zumindest einem dieser Werte auf das Vorliegen der jeweiligen Verfügbarkeit schließt.

4. Energieversorgung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer Nichtverfügbarkeit der Hilfsbatterie (9) eine Warnlampe und/oder ein Warnsignal aktiviert wird.

5. Energieversorgung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel ein mechanischer oder elektronischer Schalter ist.

6. Energieversorgung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbatterie (9) eine Lithium-Batterie ist.

7. Energieversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lithium-Batterie Mangandioxid oder Thionylchlorid enthält.

8. Energieversorgung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbatterie (9) ein Akkumulator ist.

9. Energieversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse (1) durch einen Fahrer erfolgt.

10. Energieversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anforderung für eine Betätigung der Feststellbremse (1) von einer Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird, etwa basierend auf einer Anfahrhilfe, einem Hillholder, einer Rangierhilfe oder einer Wegrollsicherung.

11. Energieversorgung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbatterie (9) eine Lebensdauer aufweist, die der des Fahrzeugs entspricht.