DE19826131A1

DE19826131A1 - Elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19826131A1
Application number: DE19826131A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Weiberle; Peter Blessing
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1999-12-16
Also published as: US6299261B1; BR9902654A; JP4416207B2; JP2000025591A

Abstract

Es wird ein elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches aus einer ersten Einheit (10), die Betätigungssignale von wenigstens einem vom Fahrer betätigbaren Bremsbedienelement empfängt und die auf der Basis der Betätigungssignale Vorgabegrößen für die Steuerung der Radbremsen ermittelt und aus zweiten Einheiten (12, 14, 16, 18), die den Radbremsen des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind und die die Vorgabewerte in Steuersignale für die Radbremsen umsetzen, besteht. Die zweiten Einheiten (12, 14, 16, 18) sind jeweils einzeln einer einzelnen Radbremse zugeordnet und umfassen jeweils ein Mikrorechnersystem (R1A, R1B), welches sich selbst überwacht. DOLLAR A Wenigstens eine (12, 18) der zweiten Einheiten ist den Vorderrad- und wenistens eine (14, 16) den Hinterradbremsen zugeordnet. Wenigstens die den Vorderradbremsen zugeordnete zweite Einheit (12, 18) ist mit den anderen Einheiten über zwei Kommunikationssysteme redundant verbunden.

Description

Stand der Technik

Es wird ein dezentrales elektrisches Bremssystem (brake by wire) für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das durch seinen dezentralen Aufbau insbesondere den hohen technischen Anfor derungen bezüglich Sicherheit und Verfügbarkeit gerecht wird.

Ein derartiges Bremssystem ist z. B. aus der DE-A 196 34 567 bekannt. Das dort gezeigte Bremssystem weist eine dezentrale Struktur auf, bei der eine Pedaleinheit zur Bildung der fah rerwunschabhängigen Führungsgrößen, gegebenenfalls eine Ver arbeitungseinheit zur Berücksichtigung von Zusatzfunktionen sowie Radpaareinheiten zur Steuerung bzw. Regelung der Stellglieder der Radbremsen über ein oder mehrere Kommunika tionssysteme verbunden ist. Ferner wird das Bremssystem aus wenigstens zwei Bordnetzen mit Energie versorgt. Dadurch wird eine zufriedenstellende Sicherheit und Verfügbarkeit des Bremssystems gewährleistet. Bei dem bekannten System sind Radpaareinheiten vorgesehen, denen jeweils zwei Rad bremsen zugeordnet sind. Die Radpaareinheiten weisen im we sentlichen je zwei Mikrocomputer auf, die sich gegenseitig überwachen. Jeder Mikrocomputer ist einer anderen Radbremse zugeordnet und steuert diese gemäß den Vorgabewerten. Die dadurch erreichte Betriebssicherheit und Verfügbarkeit ist nicht für alle Anwendungsfälle optimal.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Optimie rung der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit eines elektri schen Bremssystems insbesondere im Bereich der Radbremssteuer einheiten anzugeben.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit des Bremssystems wird optimiert, indem jeder Radbremse eine Steuereinheit zu geordnet wird, die jeweils ein sich selbst und die Steuer- bzw. Regelfunktion überwachendes Rechnersystem enthält. Jede dieser Radeinheiten realisiert an der zugeordneten Radbremse eine radindividuelle Regelung der Radzuspannkraft bzw. des Radbremsmomentes.

Besonders vorteilhaft ist in einem Ausführungsbeispiel, daß durch eine Redundanz des die Einheiten verbindenden Kommuni kationssystems selbst bei Ausfall einer Energiequelle oder eines Kommunikationssystems lediglich die Bremsfunktion ei nes Rades verloren wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß eine Überwachung des Sensors für die Zuspannkraft bzw. das Bremsmoment eines Rades ermög licht wird. Dadurch wird ein Fehlverhalten der Radbremse in folge eines Sensorfehlers wirksam verhindert.

Darüber hinaus ist eine Selbstüberwachung der korrekten Funktion des Rechnersystems einer Radeinheit vorgesehen, die mittels diversitärer Berechnung und einer Frage-Antwort- Kommunikation zwischen einem Mikrorechnersystem und einer Überwachungskomponente durchgeführt wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Struktur eines elektromechanischen Bremssystems. Fig. 2 beschreibt die Struktur der Pedaleinheit, Fig. 3 die der Verarbeitungsein heit und die Fig. 4 und 5 die Strukturen von Radeinheiten dieses Bremssystems. Fig. 6 und 7 zeigen die Strukturen ei nes zweiten und eines dritten Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Bremssystems, während in Fig. 8 die Struktur einer Radeinheit des dritten Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Es wird eine Steuerung bzw. Regelung der Betriebs- und Fest stellbremsfunktion der Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges vorgestellt. Durch die dezentrale Aufteilung des Bremssy stems und die im System vorgesehenen Redundanzen wird bei Auftreten von statischen und dynamischen Fehlern die Brems funktionalität in hohem Maß aufrechterhalten und die Be triebssicherheit der Bremsanlage sichergestellt. Zudem wer den Fehlerzustände für Servicezwecke abgespeichert und gege benenfalls signalisiert. Die im Text und in den Figuren ein geführten Kurzbezeichnungen für Komponenten und Signale sind dabei im Anhang zusammengestellt.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Struk tur eines elektromechanischen Bremssystems und die jeweils ausgetauschten Signale. Das System ist durch eine dezentrale Struktur charakterisiert, die sich aus den Systemkomponenten Pedaleinheit 10, vier Radeinheiten 12, 14, 16 und 18, Ener giediagnoseeinheit 20 und Verarbeitungseinheit 22 ergibt.

Das Pedalmodul 10 des elektromechanischen Bremssystems über nimmt primär die Erfassung des Bremswunsches des Fahrers, die Analyse des Gesamtsystemzustandes und die Einleitung von Rückfallstrategien im Fehlerfalle.

Jede Radeinheit (12, 14, 16, 18) ist aus einem Radmodul (12a, 14a, 16a, 18a), der Radsensorik (vgl. z. B. n1, F1i, s1H, etc.) und einem Aktuator (12b, 14b, 16b, 18b) aufge baut. Ein Radmodul (12a, 14a, 16a, 18a) umfaßt jeweils ein Mikrorechnersystem, eine Überwachungskomponente und die Lei stungselektronik zur Ansteuerung des Aktuators.

Die elektrische Energieversorgung des elektrischen Systems erfolgt über die beiden unabhängigen Bordnetze E₁ und E₂. Je zwei Radeinheiten werden von derselben Energiequelle ver sorgt. Bei der in Fig. 1 betrachteten Systemstruktur wird von einer Diagonalaufteilung ausgegangen, d. h. die Radein heiten (12, 14) für die Räder vorne links und hinten rechts werden von einer gemeinsamen Energiequelle E₁ gespeist. Das gleiche gilt für die Radeinheiten (16, 18) für die Räder vorne rechts und hinten links, die von der Energiequelle E₂ versorgt werden. Eine Ausführungsvariante, in der die beiden Radeinheiten einer Achse jeweils einer Energiequelle zuge ordnet werden, ist ebenfalls möglich. Sie wird im folgenden nicht weiter betrachtet. Die nachfolgend beschriebenen Vor gehensweisen werden bei dieser Aufteilung mit den entspre chenden Vorteilen ebenfalls eingesetzt. Die Radeinheiten sind in der Nähe der jeweiligen Radbremse angeordnet, wäh rend Pedaleinheit und Verarbeitungseinheit gemeinsam oder getrennt an einer zentraleren Stelle angebracht sind.

Der Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten des Bremssystems geschieht mittels zweier unabhängiger Kommuni kationseinrichtungen K₁ und K₂, die vorzugsweise als seriel le Bussysteme, z. B. CAN, realisiert sind. Die Kommunikati onseinrichtungen K₁ und K₂ werden von den unterschiedlichen Bordnetzen gespeist. Zudem wird mittels eines Kommunikati onssystems K₃ die Verbindung zu der Steuereinheit des Motor managements realisiert.

In jedem Radmodul wird die Ansteuerung des zugehörigen Ak tuators zur Ausregelung der gewünschten Zuspannkraft oder des gewünschten Bremsmomentes realisiert. Hierzu wird in je dem Aktuator alternativ die Radzuspannkraft bzw. das Rad bremsmoment durch Sensoren erfaßt. Der elektromechanische Aktuator wirkt über eine Getriebestufe auf die Zuspannwege von Scheiben- bzw. Trommelbremsen ohne hydraulische Zwi schenstufe. Die Radeinheit regelt hierzu die radindividuelle Zuspannkraft bzw. das radindividuelle Bremsmoment. Die not wendige Führungsgröße wird über das zugeordnete Bussystem vorgegeben.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Aktua tor (12b, 14b, 16b, 18b) einer Radeinheit zusätzlich eine elektromagnetisch betätigte Ausrückvorrichtung (Ansteuerung über i1K, i2K, i3K, i4K), die einerseits die Feststellbrems funktion ausübt und zudem in stationären Bremsphasen das Bremssystem ohne Energieverbrauch in der aktuellen Position arretiert. Im Aktuator (12b, 14b, 16b, 18b) eines jeden Ra des ist zudem eine Rückstelleinrichtung integriert (Ansteuerung über i1R, i2R, i3R, i4R), die bei allen Fehler typen, die ein Lösen der Bremsen eines Rades verhindern wür den, das betroffene Rad freischaltet. Um diese Fehlertypen auch bei Ausfall einer Energiediagnoseeinheit (20) beherr schen zu können, erfolgt die Ansteuerung der Rückstell einrichtung durch die benachbarte Radeinheit derselben Achse (z. B. für 12b aus 18a). Bei der betrachteten diagonalen Auf teilung der Energiekreise werden die beiden Radeinheiten ei ner Achse stets aus unterschiedlichen Energiequellen ge speist. Dadurch kann bei Ausfall einer Energiequelle in je dem beliebigen Zustand zumindest ein Lösen des betroffenen Aktuators mittels der Rückstelleinrichtung erreicht werden.

Das Energiediagnosemodul (20) ermittelt den Ladezustand der Energieversorgungseinheiten und übergibt diese Information (c₁, c₂) dem Pedalmodul (10).

Eine detaillierte Beschreibung der Funktionen und der Struk tur der Systemkomponenten des elektromechanischen Bremssy stems wird in den folgenden Abschnitten anhand der Fig. 2 bis 5 gegeben.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Pedalmoduls (10).

Die Aufgaben dieser Systemkomponente sind die Erfassung des Bremswunsches des Fahrers und zwar bezüglich der Betriebs- und Feststellbremse und die Bildung der hierfür erforderli chen Führungsgrößen für die Räder der Vorder- und Hinterach se; die Erfassung und Auswertung der Statusbotschaften aller Systemkomponenten des elektromechanischen Bremssystems; die Analyse des aktuellen Gesamtzustandes des Bremssystems, ge gebenenfalls die Einleitung von Rückfallmaßnahmen und die Signalisierung des Fehlerzustandes an den Fahrer bzw. Ab speicherung innerhalb eines Fehlerspeichers; die Initiali sierung aller Komponenten des Bremssystems nach Einschalten der Zündung bzw. bei Betätigen der Bremse bei ausgeschalte ter Zündung; das Abschalten des Bremssystems nach Beendigung einer Fahrt; und die Ansteuerung des Bremslichtes.

Die Fahrerwunscherfassung für eine Betriebsbremsung ge schieht durch die unabhängigen Sensoren b₁, b₂ und b₃, die vorzugsweise in einer diversitären Realisierung den analogen Fahrerwunsch (Bremspedalwinkel und/oder die Kraft der Betä tigung) am Bremspedal erfassen. Die Sensoren werden durch die unterschiedlichen Energieversorgungen E₁ bzw. E₂ ge speist, z. B. die Sensoren b₁ und b₂ durch die Energieversor gung E₁ und die Sensoren b₂ und b₃ durch die Energieversor gung E₂. Der Fahrerwunsch einer Feststellbremsbetätigung wird über die Sensoren b₄ und b₅ erfaßt (ebenfalls z. B. durch Erfassung der Auslenkung des Feststellbremshebels), die von den unterschiedlichen Energieversorgungen gespeist werden. Je ein analoger Sensor für die Erfassung des Be triebsbremswunsches wie auch des Feststellbremswunsches könnte auch durch einen binären Geber ersetzt werden.

Das Pedalmodul 10 selbst ist fehlertolerant aufgebaut, z. B. durch eine Realisierung mittels eines redundanten Mikrorech nersystems bestehend aus den Mikrorechnern P₁ und P₂, das zudem die erforderlichen Peripherie-, Speicher- und Watchdogbaugruppen enthält, und einer Überwachungskomponente P₃. Die Mikrorechner P₁ und P₂ sowie die Überwachungskompo nente P₃ kommunizieren über den internen Kommunikationskanal C, der z. B. durch ein serielles Bussystem oder mit seriellen Schnittstellen realisiert ist. Innerhalb der Mikrorechnersy steme P₁ und P₂ sind die unabhängigen Programme Pr1 und Pr2 implementiert. Mittels des Rechnerprogrammes Pr1 werden über die Eingangsschnittstelle U₁ die Sensorsignale b₁ bis b₅ er faßt, gespeichert und über den Kommunikationskanal C dem Mi krorechner P₂ zur Verfügung gestellt. In entsprechender Wei se werden mittels des Rechnerprogrammes Pr2 über die Ein gangsschnittstelle U₂ die Sensorsignale b₁ bis b₅ erfaßt, ge speichert und zum Mikrorechner P₁ übertragen. Innerhalb bei der Rechner stehen somit 6 Meßwerte des Fahrerwunsches für Betriebsbremsung und 4 Meßwerte des Fahrerwunsches für eine Feststellbremsbetätigung zur Verfügung.

Aus den Meßwerten für die Betriebsbremsung wird in den Mi krorechnern P₁ und P₂ jeweils durch Majoritätsauswahl jeweils ein repräsentativer Signalwert für den Betriebsbremswunsch b_B,rep ermittelt. Dies erfolgt unter Gewichtung von möglichen Einzelfehlern, indem die Einzelmeßwerte, die über ein be stimmtes Maß hinaus von den anderen abliegen, nicht zur Bil dung der Referenzwerte herangezogen werden. Die in den Mi krorechnern P₁ und P₂ berechneten Referenzwerte werden mit b_B,rep,1 bzw. b_B,rep,2 bezeichnet. Überschreitet der Referenz wert b_B,rep,1 einen vorgebbaren Grenzwert, so erfolgt die An steuerung des Bremslichtes mittels des Signales u_BL.

Aus den Meßwerten des Fahrerwunsches für Feststellbremsbetä tigung werden in beiden Mikrorechnern ebenfalls repräsenta tive Signalwerte berechnet. Die in den Mikrorechner P₁und P₂ ermittelten repräsentativen Signalwerte werden mit b_F,rep,1 bzw. b_F,rep,2 bezeichnet. Diese repräsentativen Signalwerte sind bei Stillstand des PKWs (der z. B. durch Auswertung ei nes oder mehrerer Radgeschwindigkeitssignale ermittelt wird) die Maximalwerte der gemessenen Sensorsignale b₄ und b₅ und im Bewegungszustand des PKWs, d. h. außerhalb des Stillstan des, die Minimalwerte dieser beiden Sensorsignale.

Aus den Referenzwerten b_Brep,1 und b_B,rep.2 wird in beiden Mi krorechnern mittels einer abgespeicherten Pedalcharakteri stik jeweils die Führungsgröße für die gewünschte mittlere Zuspannkraft bzw. das gewünschte mittlere Bremsmoment eines Rades bei einer Betriebsbremsung berechnet. Diese Führungs größe wird im Mikrorechner P₁ mit F_B,res,1 und im Mikrorechner P₂ mit F_B,res,2 bezeichnet.

Aus den Sensorsignalen b_F,rep,1 und b_F,rep,2 werden in den Mi krorechnern P₁ und P₂ ebenfalls jeweils unter Nutzung einer vorgebbaren abgespeicherten Kennlinie der Fahrerwunsch für die mittlere Zuspannkraft bzw. das mittlere Bremsmoment ei nes Rades bei einer Feststellbremsung ermittelt. Diese Füh rungsgröße wird im Mikrorechner P₁ mit F_F,res,1 bzw. im Mikro rechner P₂ mit F_F,res,2 bezeichnet.

Die in einem Mikrorechner berechneten Führungsgrößen für den Betriebsbremswunsch und den Feststellbremswunsch werden dem jeweiligen anderen Mikrorechner über den internen Kommunika tionskanal C zur Verfügung gestellt. In beiden Mikrorechner wird F_B,res,1 mit F_B,res,2 und F_F,res,1 mit F_F,res,2 verglichen. Stimmen die Vergleichswerte jeweils innerhalb einer vorgeb baren Toleranzgrenze überein, so wird eine resultierende Größe für den Betriebsbremswunsch F_B,res durch arithmetische Mittelung aus den Größen F_B,res,1 und F_B,res,2, die resultieren de Größe für den Feststellbremswunsch F_F,res durch arithmeti sche Mittelung der Größen F_F,res,1 und F_Fres,2 gebildet.

Stimmen die Vergleichswerte nicht überein, werden mittels der Überwachungskomponente P₃ aufgrund der unten beschriebe nen Rechnerüberwachung die fehlerfreien Signalwerte sowohl für den Betriebsbremswunsch wie auch für den Feststellbrems wunsch eindeutig detektiert. In beiden Mikrorechnern werden die fehlerfreien Signalwerte den Größen F_B,res bzw. F_F,res zu gewiesen.

Aus den Signalen F_B,res und F_F,res entsteht die resultierende mittlere Zuspannkraft eines Rades F_res durch die Beziehung F_res = Maximum(F_B,res F_F,res). F_res könnte in einer alternati ven Ausführung auch dem resultierenden mittleren Bremsmoment eines Rades entsprechen, das durch eine Betätigung der Be triebs- bzw. Feststellbremse gefordert wird. Aus F_res werden im Sinne einer geeigneten Aufteilung die gewünschten Zu spannkräfte bzw. Bremsmomente für die Räder der Vorderachse F_V bzw. für die Räder der Hinterachse F_H berechnet.

Mittels der Kommunikationssysteme K₁ und K₂ überträgt das Pedalmodul die Sollwerte für die Zuspannkräfte bzw. Bremsmo mente F_V und F_H an die angeschlossenen Komponenten des elek tromechanischen Bremssystems.

Durch die diversitäre Erfassung und Berechnung werden Feh ler, die zu unbeabsichtigter Bremsung oder einer falschen Führungsgröße für die Radzuspannkraft bzw. das Radbremsmo ment führen würden, erkannt. Auch verfälschte Speicherinhal te, die zu einer gleichen Fehlerwirkung führen würden, wer den erkannt. Die Überwachungskomponente P₃ kommuniziert mit den Mikrorechnern P₁ bzw. P₂ mittels des internes Bussystem C. Sie dient zur Überwachung der Programmabläufe in den Pro grammen Pr1 und Pr2 und zudem zur Überprüfung der Rechenfä higkeit der Mikrorechner P₁ und P₂. Um die Sicherheit im Falle eines Rechnerfehlers in P₁ oder P₂ zu gewährleisten, müssen in diesem Fehlerfall die Programme Pr1 und Pr2 trotz dem noch ordnungsgemäß ablaufen, oder der nicht ordnungsge mäße Ablauf muß sicher erkannt werden. Bei nicht ordnungsge mäßem Ablauf wird der zugehörige Rechnerkanal abgeschaltet und es erfolgt eine Fehlersignalisierung über die Signale d_P1 bzw. d_P2. Die Kontrolle der Funktionsfähigkeit erfolgt in der dargestellten Ausführungsvariante durch eine Frage- Antwort-Kommunikation. Die Mikrorechner P₁ und P₂ holen aus der Überwachungskomponente eine Frage ab und beantworten diese jeweils unter Berücksichtigung aller sicherheitsrele vanten Programmteile innerhalb eines vorgegebenen Zeitinter valles. Die Fragen sind so vorzugeben, daß eine richtige Antwort nur bei einem fehlerfreien Ablauf dieser Programm teile, insbesondere des Rechnerfunktionstests (RAM-, ROM- Test, etc.) und des Befehlstests (bzgl. Addition, Subtrakti on, etc.), gegeben ist. Die aus den Teilprogrammen gebilde ten Teilantworten werden in jedem Mikrorechner zu einer Ge samtantwort zusammengefaßt. In der Überwachungskomponente werden die von den Mikrorechnern P₁ und P₂ jeweils bereitge stellten Gesamtantworten hinsichtlich des Zeitintervalles des Eintreffens und auf bitgenaue Übereinstimmung mit der zur Frage passenden richtigen Antwort überprüft und gegebe nenfalls Fehlerbeherrschungsstrategien, z. B. Signalisierung und Kanalabschaltung, eingeleitet. Die Funktionsfähigkeit der Überwachungskomponente wird von den Mikrorechnern P₁ und P₂ durch geeignete Testfragen überprüft. Diese Testfragen können von der Überwachungskomponente nur bei vollständig korrekter Funktion richtig beantwortet werden.

Im Pedalmodul werden zudem die internen Fehlerzustände und die Fehlersignalbotschaften d₁, d₂, d₃ und d₄ der angeschlos senen Radeinheiten bzw. die Fehlerbotschaft d_V der Verarbei tungseinheit erfaßt und in einem Fehlerspeicher abgespei chert. Zudem erfolgt die Erfassung der Statussignale c₁ und c₂ der Energiediagnoseeinheit. Diese Erfassung geschieht so wohl während einer Testphase vor Fahrtbeginn wie auch in al len Betriebsphasen einer Fahrt. Alle Fehler- und Sta tussignale werden innerhalb des Pedalmoduls mittels vorgege bener Tabellen, in denen für jede Fehlerart und für jeden Status eine durchzuführende Aktion abgelegt ist, ausgewer tet. Als Ergebnis der Auswertung werden in der Fahrtphase entsprechend des Gefährdungspotentials der Fehlerzustände Botschaften für Rückfallstrategien in den verschiedenen Kom ponenten des Bremssystems eingeleitet, die an die Verarbei tungseinheit und die Radeinheiten mittels der Signale r₁, r₂, r₃, r₄ und r_V übertragen werden. Bei sicherheitsrelevan ten Fehlern erfolgt eine Signalisierung für den Fahrer mit tels der Fehlersignale d_P1 bzw. d_P2. Bei Fehlerzuständen, die in der Testphase vor Fahrtbeginn detektiert werden, erfolgt ebenfalls eine Fahrersignalisierung. Bei sicherheitskriti schen Fehlern wird die Bremssysteminitialisierung abgebro chen und das Lösen der Feststellbremse verhindert. Bei si cherheitskritischen Betriebszuständen während einer Fahrt ist zudem ein Eingriff in das Motormanagement zur Reduzie rung des verfügbaren Antriebsmomentes realisierbar.

Mittels der Signalleitungen z₁ bzw. z₂ werden durch das Pe dalmodul die weiteren Komponenten des elektromechanischen Bremssystems nach Einschalten der Zündung bzw. auch bei Be tätigung der Bremse bei ausgeschalteter Zündung initiali siert. Zudem erfolgt mittels dieser Signale ein gezieltes Abschalten der Systemkomponenten bei Beendigung der Fahrt.

Mittels der Serviceschnittstelle d_S wird dem Servicepersonal der Zugang zum Bremssystem und das Auslesen des Fehlerspei chers für das Gesamtsystem ermöglicht.

Die Energiediagnoseeinheit (20) übernimmt die Überwachung der Energieversorgungseinheiten (Batterien) bezüglich einer ausreichenden Kapazität für die bei Bremsvorgängen erforder liche Leistung und Energie. Hierzu muß zumindest die zur Er zielung der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Mindestbrems wirkung benötigte Energie gesichert sein. Die Überwachung erfolgt mittels geeigneter Sensoren L₁ und L₂, z. B. zur Mes sung der Lade- und Verbraucherströme, und eines mathemati schen Modelles. Dieses Modell berücksichtigt die elektroche mischen und physikalischen Eigenschaften wie auch die Vorge schichte, z. B. die Anzahl der Tiefentladungen, der Energie versorgungseinheiten. Die Energiediagnoseeinheit ist vor zugsweise in Form eines redundanten Mikrorechnersystems rea lisiert, das über beide Energiequellen gespeist wird und dessen Teilsysteme über ein internes Bussystem Daten austau schen können.

In der Verarbeitungseinheit (22) werden die übergeordneten Funktionen des Bremssystems realisiert. Hierzu gehören ins besondere die Berechnungen der radindividuellen Führungsgrö ßen F₁, F₂, F₃ und F₄ für die Zuspannkräfte bzw. Bremsmomen te eines Rades. Die Berechnungen erfolgen unter Einbeziehung bekannter Prinzipien wie die Berücksichtigung der radspezi fischen Drehzahlen bei Vollbremsungen im Sinne eines Anti blockierschutzes, die Berücksichtigung einer Antriebs schlupfregelungsfunktion, die Realisierung einer Fahrdyna mikregelung zur Vermeidung von Schleuderzuständen unter Einbeziehung weiterer Sensoren, z. B. für Lenkradwinkel δ_L, Querbeschleunigung a_y und Gierwinkelgeschwindigkeit , die Berücksichtigung der radindividuellen Bremsbelagstärke bei Teilbremsungen mit dem Ziel einen gleichmäßigen Verschleiß der Bremsbeläge zu erzielen, die Realisierung einer Hillhol der-Funktion, die Berücksichtigung des Beladungszustandes zur Erzielung einer optimalen Bremskraftaufteilung auf die Räder der Vorder- und Hinterachse, die Erzielung einer adap tiven Bremskraftverteilung zwischen dem kurveninneren und kurvenäußeren Rad einer Achse in Abhängigkeit vom gemessenen Lenkwinkel, um eine verbesserte Fahrdynamik zu erreichen, die Korrekturen der Einzelbremskräfte bei Ausfall einer Radeinheit, die gezielten Eingriffe in das Motormanagement bei einem Bremswunsch über das Kommunikationssystem K₃, und den Eingriff in das Motormanagement im Falle eines sicher heitskritischen Fehlers des Bremssystems. Zusätzlich stehen der Verarbeitungseinheit noch die gemessenen Istwerte der Regelgrößen F1i, F2i, F3i und F4i zur Berechnung der radin dividuellen Führungsgrößen F1 bis F4 zur Verfügung. Ferner kann optional die Bestimmung von fahrdynamischen Referenz größen zur Unterstützung der Überwachungsfunktionen inner halb der Radeinheiten ermittelt werden. Details werden bei der Beschreibung der Funktionen der Radeinheit ausgeführt.

Die Verarbeitungseinheit (22) ist gemäß Fig. 3 redundant durch zwei Mikrorechnersysteme RV1 und RV2 aufgebaut, die über einen internen Kommunikationskanal C1 die berechneten Daten austauschen. Über die beiden Kommunikationssysteme K₁ und K₂ empfängt die Verarbeitungseinheit (22) von den Radeinheiten (12 bis 18) die radindividuellen Drehzahlen (n1 bis n4), die Istwerte der Zuspannkraft bzw. des Bremsmoments (F1i bis F4i) und von der Pedaleinheit (10) die Führungsgrö ßen für die Zuspannkraft bzw. das Bremsmoment für die Räder der Vorderachse F_V bzw. für die Räder der Hinterachse F_H.

Bei Ausfall eines Rechnerkanales in der Pedaleinheit (10) wird der Datentransport über das angeschlossene Kommunikati onssystem unterbrochen. Die Verarbeitungseinheit (22) über mittelt bei dieser Fehlerkonstellation die vom anderen Rech nerkanal des Pedalmoduls (10) empfangenen achsindividuellen Führungsgrößen F_V und F_H wie auch Botschaften (r1 bis r4) für die Rückfallstrategien an die angeschlossenen Radeinhei ten (12 bis 18). Zudem können bei diesem Fehler die Diagno sebotschaften (d1 bis d4) der Radeinheiten an den funktions fähigen Rechnerkanal des Pedalmoduls weitergeleitet werden. Beispielhaft werde hierzu der Ausfall des Mikrorechners P₂ im Pedalmodul betrachtet. Bei diesem Fehlerfall können die Botschaften vom Pedalmodul über das Kommunikationssystem K₁ und die Verarbeitungseinheit den Radmodulen 2 und 4 übermit telt werden. Den umgekehrten Weg nehmen die Diagnosebot schaften aus den Radmodulen 2 und 4. Zur Berechnung der für eine FDR-Funktion erforderlichen radindividuellen Führungs größen werden zusätzlich in der Verarbeitungseinheit (22) die hierfür notwendigen Größen (Lenkwinkel, Querbeschleuni gung und Drehrate) erfaßt.

Die o.a. Berechnungen werden unabhängig in den beiden Rech nersystemen RV1 und RV2 durchgeführt und miteinander vergli chen. Bei inkonsistenten Ergebnissen wird die Verarbeitungs einheit abgeschaltet und eine Fehlerstatusbotschaft d_V über das Kommunikationssystem abgesandt.

Innerhalb der Radeinheiten werden die Regelungen der radin dividuellen Zuspannkräfte bzw. Bremsmomente realisiert. Die Kommunikationssysteme K₁ und K₂ stellen hierzu die Führungs größen bereit.

Die Radeinheiten werden von verschiedenen elektrischen Ener giequellen gespeist, die Radeinheiten 12 und 14 von der Energiequelle E₁ bzw. die Radeinheiten 16 und 18 von der Energiequelle E₂. Die Verbindung der Radeinheiten zu den weiteren Systemmodulen wird zudem mit unterschiedlichen Kom munikationssystemen realisiert. Die Radeinheiten 12 und 14 kommunizieren über K₁, Radeinheiten 16 und 18 über K₂.

Betrachtet werde im folgenden die Radeinheit 12 gemäß Fig. 4. Die anderen Radeinheiten sind entsprechend aufgebaut. Die Radeinheit 12 dient zur Regelung der Zuspannkraft bzw. des Bremsmomentes eines Rades und zur Einleitung einer Rückzugs strategie bei einer Störung im Aktuator 18b der Radeinheit 18. Die Radeinheit 12 kommuniziert mit den anderen System komponenten mittels des Kommunikationssystems K₁. Über die ses System erhält die Radeinheit folgende Größen:
F₁: Radindividuelle Führungsgröße für die Regelung der Zu spannkraft oder des Bremsmomentes des Rades. Diese Größe wird zum Zeitpunkt eines ABS-, ASR oder FDR-Eingriffes von der Verarbeitungseinheit (22) bereitgestellt. Diese Führungsgröße könnte in einer weiteren Ausführungsvari ante zusätzlich von der Verarbeitungseinheit spezifisch für folgende Aufgaben berechnet werden:

a) zur Erzielung eines gleichmäßigen Verschleißes aller Bremsbeläge eines Fahrzeuges
b) zur Adaption der Verteilung des Gesamtbremsmomentwun sches des Fahrers auf die Räder der Vorder- bzw. Hinter achse in Abhängigkeit von der momentanen Achslastvertei lung
c) zur Erzielung einer adaptiven Bremskraftverteilung zwi schen dem kurveninneren und kurvenäußeren Rad einer Ach se in Abhängigkeit vom gemessenen Lenkwinkel, um eine verbesserte Fahrdynamik zu erreichen.

F_V

: Ersatzführungsgröße Vorderachse für die Zuspannkraft bzw. das Bremsmoment eines Rades der Vorderachse. (Für die der Hinterachse zugeordneten Radeinheiten wird in entsprechender Weise die Ersatzführungsgröße F_H

verwen det.) Die Führungsgröße F_V

wird aus dem Betriebs- und Feststellbremswunsch des Fahrers gebildet und den beiden Radeinheiten der Vorderachse sowie der Verarbeitungsein heit bereitgestellt. Die achsspezifische Führungsgröße wird innerhalb einer Radeinheit zur Regelung der Zu spannkraft bzw. des Bremsmomentes verwendet, sofern kei ne abweichende radindividuelle Führungsgröße in der Ver arbeitungseinheit gebildet wurde oder auch bei Ausfall der Verarbeitungseinheit.
r₁

: Steuerbotschaft zur Einleitung eines veränderten Verar beitungsablauf in der Radeinheit. Diese Botschaft wird von der Pedaleinheit oder der Verarbeitungseinheit aus den eintreffenden Fehlersignalbotschaften der ange schlossenen Systemmodule gebildet.

Die über das Kommunikationssystem eintreffenden Signale wer den redundant in den Speicherzellen S_i des Mikrorechnersy stems R_1A abgelegt. Zur Funktionsüberwachung der Radeinheit können in Ausführungsvarianten zusätzlich noch die folgenden über das Kommunikationssystem K₁ eintreffenden Signale ver arbeitet werden:
a_R2, a_R3, a_R4,: Verzögerungen der anderen Räder
a_V,ref: Referenzwert für die Verzögerungsdifferenz der Räder der Vorderachse
s_R2, s_R3, s_R4,: Schlupf der anderen Räder
Δs_V,ref: Referenzwert für die Schlupfdifferenz zwischen den Rädern der Vorderachse
v_F: Schätzwert für Fahrzeuggeschwindigkeit

Als Ausgabegrößen der Radeinheit werden den angeschlossenen Systemmodulen die folgenden Signale über das Kommunikations system K₁ zugeführt:
n₁: Aufbereitetes Drehzahlsignal des zugeordneten Rades
d₁: Zyklische Fehlersignalbotschaft der Radeinheit
F1i Gemessener Istwert der Regelgröße

Zur Funktionsüberwachung in den anderen Radeinheiten werden in Ausführungsvarianten zusätzlich noch die folgenden Größen von der Radeinheit 12 benötigt:
a_R1: Verzögerung des zugeordneten Rades
s_R1: Schlupf des zugeordneten Rades

Diese Signale werden über das Kommunikationssystem K₁ den anderen Systemmodulen bereitgestellt.

Die Radeinheit 12 umfaßt folgende Komponenten

a) Mikrorechnersystem R_1A mit den zugehörigen Peripherie-, Speicher- und Watchdogbaugruppen
b) Überwachungskomponente R_1B
c) Elektromotor M_1H einschließlich der erforderlichen Ge triebestufe zur Umsetzung der Drehbewegung in eine Zu stellbewegung des Bremsbelages einer Scheiben- oder Trommelbremse
d) Elektromagnetisch betätigte Ausrückvorrichtung Ku₁, die Eingriff auf eine innerhalb des Momentenflusses zwischen Elektromotor und Bremsbelag liegende Welle hat, die im stromlosen Zustand mittels eines Federelementes ge schlossen wird und in diesem Zustand für die Aufrechter haltung der aktuellen Winkelposition der Welle sorgt. Die Auslegung dieser Ausrückvorrichtung muß sicherstel len, daß damit jede eingesteuerte Zuspannkraft auf die Bremsscheibe eingehalten werden kann.
e) Rückstellmodul M_1R, realisiert in Form einer elektroma gnetisch betätigbaren Ausrückvorrichtung oder als Elek tromotor. Dieses Modul wird von der Energiequelle E₂ ge speist und wird von der Radeinheit 18 angesteuert.
f) Leistungselektronik LE_1H zur Ansteuerung des Elektromo tors M_1H
g) Leistungselektronik LE_1K zur Ansteuerung der elektroma gnetisch betätigten Ausrückvorrichtung Ku₁
h) Leistungselektronik LE_2R zur Ansteuerung des Rückstellmo duls M_2R, das in der Radeinheit 18 integriert ist.

Die Positionen c), d) und e) werden im folgenden als Aktua tor 12b der Radeinheit 12 bezeichnet.

Dem Mikrorechnersystem R_1A werden die folgenden vom zugeord neten Rad stammenden Eingangssignale über periphere Ein gangsbaugruppen zugeführt und redundant in den Speicherzel len S_i abgelegt: Raddrehzahl n₁, Istwert für die Radzuspann kraft bzw. für das Radbremsmoment F_1i, Zuspannweg bzw. Dreh winkel der Getriebestufe oder des Elektromotors S_1H und gege benenfalls Motorstrom des Aktuators i_1H.

Innerhalb des Mikrorechners R_1A wird zunächst aus den über den Kommunikationskanal zyklisch empfangenen Größen F₁ bzw. F_V die Führungsgröße F_1F ausgewählt. Mittels des aktuell ge messenen Istwertes F_1i für die Radzuspannkraft bzw. für das Radbremsmoment wird daraus die Regeldifferenz x_d1 gemäß

x_d1(t) = F_1F(t) - F_1i(t) (1)

gebildet. Mit vorzugebenden Grenzwerten ε und µ und Zeitin tervallen T_ε und T_µ können dann die Vergleiche gemäß

| x_d1(t) | ≦ ε für 0 < t < T_ε (2)

| d x_d1(t) / dt | ≦ µ für 0 < t < T_µ (3)

durchgeführt werden. Falls die Bedingungen (2) und (3) er füllt sind, werden keinerlei Stelleingriffe am Aktuator aus geführt. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird mittels eines digitalen Regelalgorithmus unter Berücksichtigung der zuletzt ausgegebenen Stellgröße (z. B. eines Proportio nal-/Integral-Reglers oder eines Proportio nal-/Integral-/Differential-Reglers) die erforderliche aktu elle Stellgröße für die Ausregelung der Radzuspannkraft bzw. des Radbremsmomentes berechnet. Diese Stellgröße wird in Form des PWM-Signals u_1H an die Leistungselektronik LE_1H aus gegeben. Zudem wird die elektromagnetisch betätigte Ausrück vorrichtung Ku₁ über das Steuersignal f₁ und die Leistungse lektronik LE_1K angesteuert, wodurch eine Drehbewegung des Mo tors zur Erzielung einer veränderten Radzuspannkraft erst ermöglicht wird. Sind während des Ausregelns der Zuspann kraft bzw. des Radbremsmomentes die Bedingungen (2) und (3) erfüllt, so wird die Ansteuerung der elektromagnetisch betä tigten Ausrückvorrichtung Ku₁ beendet und anschließend der Elektromotor M_1H stromlos geschaltet. Um aufgrund einer Fehlfunktion des Mikrorechnersystems R_1A eine ungewollte Veränderung der Radzuspannkraft zu vermeiden, wird eine An steuerung des Elektromotors mittels des Stromes i_1H erst er möglicht, falls das Freigabesignal g_1H und zusätzlich das Freigabesignal e_1H von der Überwachungskomponente R_1B am An steuerteil der Leistungselektronik LE_1H anstehen (vgl. &- Verknüpfung in LE_1H).

Um auch eine ungewollte Verminderung der durch die Ausrück vorrichtung aufrechterhaltenen Radzuspannkraft vermeiden zu können, ist die Ansteuerung der Ausrückvorrichtung Ku₁ mit tels des Stromes i_1K erst möglich, wenn sowohl das Freigabe signal g_1H und das Freigabesignal e_1H von der Überwachungs komponente R_1B bereitgestellt werden (vgl. &-Verknüpfung in LE_1K). Durch die Einbeziehung der elektromagnetischen Aus rückvorrichtung in den Regelvorgang kann bei einem annähernd stationären Bremswunsch des Fahrers die erforderliche Zu spannkraft zunächst über den Elektromotor aufgebracht und anschließend ohne Verbrauch von elektrischer Energie allein durch die Federkräfte innerhalb der elektromagnetisch betä tigten Ausrückvorrichtung aufrechterhalten werden. Damit sind auf einfache Weise die beim Betätigen der Feststell bremse eines Kfz erforderlichen Zuspannkräfte einzuleiten und energielos beizubehalten. Zum Lösen der Bremse an einem Rad wird zunächst die Ausrückvorrichtung mittels des Ansteu ersignales f₁ geöffnet und danach der Elektromotor M_1H mit negativer Spannung angesteuert. Wird dieses Lösen durch ei nen Fehler in der Aktorik verhindert, z. B. durch ein Fest klemmen der Getriebestufe in der Aktorik, so kann dieser Fehler an der gemessenen Radzuspannkraft bzw. am Radbremsmo ment eindeutig erkannt werden. Dies erfolgt z. B. durch Ver gleich der Ansteuerung und der Raddrehzahl, gegebenenfalls des Drehwinkels. Eine Verklemmung wird erkannt, wenn z. B. trotz Ansteuerung keine Drehwinkeländerung des Elektromotors erkannt wird und/oder bei Nicht-Ansteuerung ein Bremsschlupf des zugeordneten Rades vorliegt. Die Regelung wird daraufhin abgebrochen und über das Kommunikationssystem wird eine Feh lerbotschaft d₁ abgesandt. Diese Botschaft wird in der Pe daleinheit (10) ausgewertet und daraus resultierend wird ei ne Fehlerbehebungsmaßnahme eingeleitet. Mittels einer Rück fallbotschaft r₂, die über das Kommunikationssystem K₂ ge schickt wird, erhält die in Fig. 5 dargestellte Radeinheit 18 die Information, die Rückstelleinrichtung M_1R in der Ak torik 12b über die Leistungselektronik LE_1R und das Signal i_1R anzusteuern. Da die Rückstelleinrichtung M_1R mittels der Energiequelle E₂ angesteuert wird, kann ein Lösen der Brems funktion des der Radeinheit 12 zugeordneten Rades selbst bei Ausfall der Energiequelle E₁ durchgeführt werden.

In der Radeinheit 12 wird in entsprechender Weise auf eine Rückfallbotschaft r₁ reagiert, die die Information zum Lösen des durch einen Fehlerfall gebremsten, der Radeinheit 18 zu geordneten Rades enthält. Dieser Botschaftstyp führt zur Ausgabe des Signales u_2R, mit dem die Leistungselektronik LE_2R aktiviert wird. Das Steuersignal i_2R zum Ansprechen der Rückstelleinrichtung im Aktuator 18b wird jedoch erst akti viert, falls die Freigabesignale g_2R und e_2R bereitstehen (vgl. &-Verknüpfung in LE_2R).

Die Richtigkeit des gemessenen Istwertes der Radzuspannkraft bzw. des Radbremsmomentes kann durch eine analytische Redun danz sichergestellt werden. Bei einer erfindungsgemäßen Rea lisierung dieser Redundanz kann eine oder mehrere der fol genden Maßnahmen durchgeführt werden:
Vergleich der Istwerte der Radzuspannkraft bzw. des Rad bremsmomentes mit einer Referenzgröße F_r,a. Zur Bestimmung von F_r,a wird zunächst die Änderung der Positions- bzw. Dreh winkelmeßgröße s_1H ab dem Zeitpunkt des Bremsbeginnes gemes sen und anschließend mittels einer konstruktiv gegebenen Funktion auf die physikalische Dimension einer Kraft bzw. eines Momentes umgerechnet. Diese Funktion berücksichtigt alle Elastizitäten der im Kraftfluß des Aktuators angeordne ten Komponenten. Im Falle der Regelung des Radbremsmomentes wird zusätzlich in die Funktion noch ein temperaturabhängi ges Reibmodell der Bremsscheibe (z. B. Modellierung der An wärmung und Abkühlung der Scheibe) implementiert.

Vergleich des Istwertes der Radzuspannkraft bzw. des Rad bremsmomentes mit einer Referenzgröße F_r,b. Zur Bestimmung von F_r,b wird der Strom des Elektromotors M_1H während einer stationären Bremsphase gemessen und anschließend mittels ei ner vorab bestimmten Funktion auf die physikalische Dimensi on einer Kraft bzw. eines Momentes umgerechnet. Diese Funk tion berücksichtigt zunächst die Auslegungsdaten des Elek tromotors und des Getriebes, gegebenenfalls unter Einbezie hung eines Temperatur- und Reibmodelles. Zudem wird die ak tuelle effektive Eingangsspannung wie auch die Drehrichtung vor Erreichen des stationären Arbeitspunktes berücksichtigt. Im Falle der Regelung des Radbremsmomentes kann zusätzlich in die Funktion noch ein temperaturabhängiges Reibmodell der Bremsscheibe implementiert werden.

Ein weiteres Verfahren beruht auf der vergleichenden Be trachtung der Verzögerung der Räder im Teilbremsbereich. Die Berechnung der Radverzögerungen in den einzelnen Radeinhei ten wird mittels einer Botschaft der Verarbeitungseinheit zum Zeitpunkt T_x gestartet. Die Berechnung der Verzögerung des der Radeinheit 12 zugeordneten Rades erfolgt gemäß der Gleichung

a_R1(T_x) = C₁ [ n(T_x) - n(T_x - T_a) ] (4)

Hierin ist T_a die zyklische Abtastzeit, bei der an jeder Radeinheit die Drehzahlerfassung durchgeführt wird und C₁ ist eine Konstante, die durch die Radgeometrie und die Ab tastzeit festgelegt ist.

Aus den Verzögerungswerten der Räder der Vorderachse a_R1(T_x) und a_R2(T_x) wird die Verzögerungsdifferenz Δa_v(T_x) der Vor derachsräder gebildet:

Δa_v(T_x) = a_R1(T_x) - a_R2(T_x) (5)

Der hierfür erforderliche Wert a_R2(T_x) wird von der Radein heit 18 über das Kommunikationssystem K₁ zugeführt. Für die Verzögerungsdifferenz Δa_v(T_x) muß bei korrekter Funktion der Zuspannkraft- bzw. Bremsmomentregelung gelten:

| Δa_v(T_x) - Δa_v,ref(T_x) | < ε_a (6)

Hierin ist Δa_v,ref ein Referenzwert für die Verzögerungsdif ferenz der Räder der Vorderachse. ε_a beschreibt einen para metrierbaren Fehlergrenzwert. Der Referenzwert Δa_v,ref wird in der Verarbeitungseinheit mittels eines mathematischen Mo delles unter Verwendung der zyklisch erfaßten fahrdynami schen Meßgrößen Lenkradwinkel δ_L Querbeschleunigung a_y und Gierwinkelgeschwindigkeit sowie unter Berücksichtigung eines Schätzwertes für die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F be rechnet. Ist die Bedingung (6) verletzt, so kann daraus auf einen Fehler im Zuspannkraft- bzw. Bremsmomentensensor eines der Räder geschlossen werden. Durch die Verwendung von bei den Rädern einer Achse zur Fehlererkennung, werden Störgrö ßeneinflüsse, die auf beide Räder wirken, eliminiert. Es wird bei diesem Verfahren davon ausgegangen, daß die Funk tionalität des Regelalgorithmus und der Stellgrößenausgabe wie auch die fehlerfreie Erfassung der Drehzahlen an beiden Rädern der Vorderachse durch andere Überwachungsmethoden si chergestellt werden. Die Zuordnung eines erkannten Fehlers auf Radeinheit 12 oder Radeinheit 18 erfolgt durch Einbezie hung der beiden Radverzögerungswerte der Hinterachse a_R3(T_x) und a_R4(T_x) (z. B. durch Vergleich der einzelnen Größe mit der entsprechenden Größe eines Hinterrades).

Ein weiteres Verfahren beruht auf der vergleichenden Be trachtung der Schlupfwerte der einzelnen Räder im Teilbrems bereich. Die Berechnung des Schlupfes in den einzelnen Radeinheiten wird mittels einer Botschaft der Verarbeitungs einheit zum Zeitpunkt T_x gestartet. Innerhalb der Radeinheit 12 wird der Schlupf des zugeordneten Rades mit der Raddreh zahl n₁ und dem Schätzwert der Fahrzeuggeschwindigkeit v_F gemäß der Gleichung

s_R1(T_x) = 1 - C₂ n₁(T_x)/v_F(T_x) (7)

berechnet. Die Konstante C₂ wird durch die Radgeometrie be stimmt. Mittels des Radschlupfes s_R2(T_x), der von der Radein heit 18 über das Kommunikationssystem zugeführt wird, kann die Schlupfdifferenz der Räder der Vorderachse Δs_v gemäß

Δs_v(T_x) = s_R1(T_x) - s_R2(T_x) (8)

berechnet werden. Für die Schlupfdifferenz Δs_v(T_x) muß bei korrekter Funktion der Zuspannkraft- bzw. Bremsmomentenrege lung gelten:

| Δs_v(T_x) - Δs_v,ref(T_x) | < ε_s (9)

Hierin ist Δs_v,ref ein Referenzwert für die Schlupfdifferenz der Räder der Vorderachse. ε_s beschreibt einen parametrier baren Fehlergrenzwert. Der Referenzwert Δs_v,ref wird in der Verarbeitungseinheit mittels eines mathematischen Modelles der Fahrdynamik unter Verwendung der zyklisch erfaßten Meß größen Lenkradwinkel δ_L Querbeschleunigung a_y und Gierwin kelgeschwindigkeit sowie unter Berücksichtigung der ra dindividuellen Führungsgrößen für die Zuspannkräfte bzw. Radbremsmomente berechnet:

Δs_v,ref(T_x) = f₁{ δ_L, a_y, F₁, F₂, F₃, F₄ } (10)

In einer weiteren Ausführungsvariante kann eine verbesserte Referenzgröße Δs_v,ref unter Einbeziehung von Meßwerten bzw. Schätzwerten für die Radlasten F_N1, F_N2, F_N3 und F_N4 ermittelt werden. Über ein erweitertes dynamisches Modell wird dazu in der Verarbeitungseinheit Δs_v,ref gebildet. Dadurch werden Einflüsse, die durch eine Radlastverlagerung verursacht wer den, bei der Berechnung berücksichtigt. Ist die Bedingung (9) verletzt, so kann daraus auf einen Fehler im Zuspann kraft- bzw. Bremsmomentensensor eines der Räder geschlossen werden. Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Funktiona lität der Regelfunktionen wie auch die fehlerfreie Erfassung der Drehzahlen an beiden Rädern der Vorderachse durch andere Überwachungsmethoden sichergestellt werden. Die Zuordnung eines erkannten Fehlers auf Radeinheit 1 oder Radeinheit 2 erfolgt durch Einbeziehung der beiden Schlupfwerte für die Räder der Hinterachse s_R3(T_x) und s_R4(T_x) (z. B. durch Ver gleich der einzelnen Größe mit der entsprechenden Größe ei nes Hinterrades).

Das Überwachungskonzept der Radmoduls ist mit den vier logi schen Ebenen L₁, L₂, L₃ und L₄ und zwei Hardwareebenen struk turiert. In den Hardwareebenen wirken das Mikrorechnersystem R_1A und die Überwachungskomponente R_1B.

Die Überwachungskomponente R_1B kommuniziert mit dem Mikro rechnersystem R_1Amittels eines internen Bussystems. Sie dient zur Überprüfung der Rechenfähigkeit dieses Mikrorech nersystems und zur Überwachung der Programmabläufe innerhalb des Rechners. Durch die gewählte Art der Datenkommunikation zwischen dem Mikrorechnersystem R_1A und der Überwachungskom ponente R_1B wird eine gegenseitige Überwachung dieser Kompo nenten ermöglicht. Dazu sind den logischen Ebenen folgende Aufgaben zugeordnet:
Eine Ebene 1 ist im Mikrorechnersystem R_1Arealisiert. Sie übernimmt folgende Aufgaben: Berechnung der Regelfunktion für die Ansteuerung des Elektromotors M_1H; Ansteuerung der elektromagnetisch betätigten Ausrückvorrichtung Ku₁; An steuerung des Rückstellmoduls M_2R; Berechnungen zur Überprü fung der Richtigkeit des gemessenen Istwertes der Radzu spannkraft bzw. des Radbremsmomentes F_1i durch die darge stellte analytische Redundanz.

Eine Ebene 2 ist ebenfalls im Mikrorechner R_1A eingebunden. Diese Ebene übernimmt die Prüfung der Korrektheit der in Ebene 1 durchgeführten Berechnungen mittels Algorithmen, die diversitär zu denen in Ebene 1 sind. Zur Durchführung der Berechnungen werden zudem die redundant in den Speicherzel len S_i abgelegten Eingangsdaten verwendet, wodurch Fehler durch verfälschte Speicherinhalte erkannt werden. Die Über prüfung der Reglerfunktion erfolgt mittels eines parallel geschalteten mathematischen Modelles des Reglers, das mit den redundant abgelegten Daten für die alternativen Füh rungsgrößen F₁ bzw. F_v und dem Istwert der Radzuspannkraft bzw. des Radbremsmomentes F_1i berechnet wird. Bei signifi kanten Abweichungen zwischen der Modellausgangsgröße und der in Ebene 1 durchgeführten Berechnungen wird ein Fehlerzu stand erkannt. Zudem wird in Ebene 2 auch die korrekte Funk tion der Regelstrecke überprüft. Hierzu dient ein mathemati sches Modell der Regelstrecke, das den dynamischen Zusammen hang zwischen der Stellgröße und der Regelgröße F_1i auch un ter Einbeziehung von Störgrößen beschreibt. Diesem Modell wird die im Regelalgorithmus in Ebene 1 berechnete Stellgrö ße zugeführt. Bei signifikanten Abweichungen zwischen der Modellausgangsgröße und dem gemessenen Istwert der Radzu spannkraft bzw. des Radbremsmomentes F_1i wird ein Fehlerzu stand erkannt. Die Ansteuersignale f₁ für die elektromagne tisch betätigte Ausrückvorrichtung bzw. u_2R für das Rück stellmodul werden ebenfalls in Ebene 2 auf Korrektheit über prüft und gegebenenfalls werden Fehlerzustände erkannt. Die verwendeten Modelle werden aus den physikalischen Zusammen hängen abgeleitet.

Bei einem in Ebene 3 wie auch in Ebene 2 erkannten Fehler werden die zugehörigen Freigabesignale g_1H bzw. g_2R zurückge setzt und eine Fehlerbotschaft d₁ wird über das Kommunikati onssystem K₁ abgesetzt.

Die Ebene 3 ist im Mikrorechner R_1A realisiert. Um die si chere Funktion der Radeinheit im Falle eines Rechner- oder Programmfehlers zu gewährleisten, müssen im Fehlerfall die Programme in Ebene 1 und 2 trotzdem noch ordnungsgemäß ab laufen, oder der nicht ordnungsgemäße Ablauf muß sicher er kannt werden. Die Kontrolle erfolgt in der dargestellten Ausführungsvariante durch eine Frage-Antwort-Kommunikation der Ebenen 3 und 4. Das Mikrorechnersystem R_1A holt aus dem Überwachungsrechner eine Frage ab und beantwortet diese je weils unter Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanter Programmteile innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalles. Eine Frage kann nur dann richtig beantwortet werden, wenn ein fehlerfreier Ablauf der Programme für den Rechnerfunkti onstest und den Befehlstest gegeben ist. Die aus den Teil programmen gebildeten Teilantworten werden zu einer Gesamt antwort zusammengefaßt und der Ebene 4 in der Überwachungs komponente zugeführt.

Diese Ebene ist in der Überwachungskomponente realisiert. Hierin wird die vom Mikrorechner R_1A bereitgestellte Gesamt antwort hinsichtlich des Zeitintervalles des Eintreffens und auf bitgenaue Übereinstimmung mit der zur Frage passenden richtigen Antwort überprüft. Bei einem nicht ordnungsgemäßen Ablauf der Frage-Antwort Kommunikation mit Ebene 3 werden in der Überwachungskomponente R_1B die Freigabesignale e_1H bzw. e_2R abgeschaltet.

In einer weiteren Ausführungsvariante (Variante 2) sind die Funktionen von zwei Radeinheiten einer Diagonale bzw. einer Achse entsprechend den vorherigen Ausführungen in einer Radpaareinheit integriert. Die Struktur dieser Ausführungs variante des elektromechanischen Bremssystems ist in Fig. 6 dargestellt.

Bei den Varianten 1 und 2 des elektromechanischen Bremssy stems sind bei Ausfall einer Energieversorgung oder eines der Kommunikationssysteme K₁ bzw. K₂ stets zwei Räder nicht mehr bremsbereit. Dieser Nachteil wird bei der Ausführungs variante 3 vermieden. Die Struktur dieser Variante ist in Fig. 7 und deren Radeinheit in Fig. 8 dargestellt. Diese Variante unterscheidet sich von der vorgestellten Variante 1 insbesondere dadurch, daß die Radmodule der Vorderräder jeweils durch die redundanten Kommunikationssysteme K₁ und K₂ mit den anderen Systemmodu len verbunden werden und daß die Radmodule der Vorderräder mit beiden Energiequellen gespeist werden.

Die geschilderten Funktionen werden durch entsprechende Pro gramme, die in den entsprechenden Rechner ablaufen, reali siert.

Neben der Anwendung bei elektromechanischen Bremssysteme wird die beschriebene Vorgehensweise mit den entsprechenden Vorteilen auch bei anderen elektrischen Bremssystemen, z. B. bei elektro-hydraulischen oder elektro-pneumatischen Brems systemen, angewandt.

Liste der Bezeichnungen

a_R1

, a_R2

, a_R3

, a_R4

: Verzögerungen der Räder
a_v,ref

, a_H,ref

: Referenzwert für die Verzögerungsdifferenz der Räder der Vorder- bzw. Hinterachse
a_y

: Querbeschleunigung
b₁

, b₂

b₃

: Meßsignale des Fahrerwunsches ( z. B. Bremspedalwinkel)
b₄

, b₅

: Meßsignale des Feststellbremswunsches
b_B,rep,1

b_B,rep,2

: Referenzwerte für Betriebsbremswunsch
b_F,rep,1

b_F,rep,2

: Referenzwerte für Feststellbremswunsch
C: Internes Kommunikationssystem
c₁

, c₂

: Diagnosesignale des Ladezustandes der Energieversorgungseinrichtungen
d: Ansteuersignal einer Diagnoseeinheit
d_P1

, d_P2

: Statusbotschaften über den Zustand des elektromechanischen Bremssystems
d_s

: Serviceschnittstelle im Pedalmodul
d_v

: Fehlersignale der Verarbeitungseinheit
d₁

, d₂

, d₃

, d₄

: Fehlerbotschaften der Radeinheiten
E₁

E₂

: Energieversorgung
e_1H

, e_2H

, e_3H

, e_4H

: Logisches Ansteuersignal für die Leistungselektronik einer Radeinheit
e_1R

, e_2R

, e_3R

, e_4R

: Logisches Ansteuersignal für die Leistungselektronik der Rückstelleinrichtung einer Radeinheit
F_B,res,1

F_B,res,2

: Führungsgröße für die Gesamtkraft der Betriebsbremse
F_res

: Führungsgröße für Bremskraftwunsch
F_H

: Führungsgröße für die Zuspannkraft (bzw. das Radbremsmoment) für die Räder der Hinterachse
F_F

: Führungsgröße für Feststellbremskraft
F_F,res,1

, F_F,res,2

: Führungsgröße für die Gesamtkraft der Feststellbremse
F_H

: Führungsgröße für die Zuspannkraft (bzw. das Radbremsmoment) für die Räder der Hinterachse
F₁

, F₂

, F₃

, F₄

: Radindividuelle Führungsgröße für Radbremskraft oder Radbremsmoment
F_1F

, F_2F

, F_3F

, F_4F

: Ausgewählte radindividuelle Führungsgröße für die Radzuspannkraft oder das Radbremsmoment
F_1i

F_2i

F_3i

F_4i

: Istwert für Radbremskraft bzw. Radbremsmoment
f₁

, f₂

, f₃

, f₄

: Ansteuersignal für die elektromagnetische Kupplung in einer Radeinheit
g_1H

, g_2H

, g_3H

, g_4H

: Logisches Ansteuersignal für die Leistungselektronik in einer Radeinheit
g_1R

, g_2R

, g_3H

, g_4R

: Logisches Ansteuersignal für die Leistungselektronik der Rückstelleinrichtung in einer Radeinheit
i_1K

, i_2K

, i_3K

, i_4K

: Strom für die Ansteuerung einer elektromagnetischen Ausrückvorrichtung in einer Radeinheit
i_1H

, i_2H

, i_3H

, i_4H

: Strom für die Ansteuerung des Elektromotors in einer Radeinheit
I_1R

, i_2R

, i_3R

, i_4R

: Strom für die Ansteuerung der Rückstelleinrichtung in einer Radeinheit
K₁

, K₂

, K₃

: Kommunikationseinrichtungen
LE_1H

LE_2H

LE_3H

LE_4H

: Leistungselektronik für die Ansteuerung des Elektromotors
LE_1K

LE_2K

LE_3K

LE_4K

: Leistungselektronik für die Ansteuerung der elektromagnetisch betätigten Ausrückvorrichtung
LE_1R

LE_2R

LE_3R

LE_4R

: Leistungselektronik für die Ansteuerung der Rückstelleinrichtung
L₁

, L₂

: Sensorik zur Bestimmung des Ladezustandes einer Energieversorgung
n₁

n₂

n₃

n₄

: Meßwerte für Raddrehzahlen
P₁

, P₂

: Mikrorechner im Pedalmodul
P₃

: Überwachungskomponente im Pedalmodul
r_1,

r₂

, r₃

, r₄

: Steuersignale zur Einleitung eines veränderten Verarbeitungsablaufes in den Radeinheiten
s_H1

, s_H2

, s_H3

, s_H4

: Zuspannweg der Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. Drehwinkel des Elektromotors oder der Getriebestufe
s_R1

, s_R2

, s_R3

, s_R4

: Schlupf der Räder
S₁

bis S_n

: Speicherzellen in den Radmodulen
U₁

, U₂

: Eingangsschnittstellen der Pedaleinheit
u_BL

: Ansteuersignal für das Bremslicht
u_1H

, u_2H

, u_3H

, u_4H

: Ansteuersignal für die Leistungselektronik des Elektromotors in der Radeinheit
u_1R

, u_2R

, u_3R

, u_4R

: Ansteuersignal für die Leistungselektronik der Rückstelleinrichtung in der Radeinheit
v_F

: Schätzwert der Fahrzeuggeschwindigkeit
x_d1

, x_d2

, x_d3

, x_d4

: Regeldifferenz in einer Radeinheit
z₁

, z₂

: Signal für die Initialisierung und das Abschalten der Komponenten des Bremssystems
δ_L

: Lenkwinkel
: Gierwinkelgeschwindigkeit
Δs_v,ref

, Δs_H,ref

: Referenzwert für die Schlupfdifferenz der Räder der Vorder- bzw. Hinterachse

Claims

1. Elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Einheit (10), die Betätigungssignale von wenigstens einem vom Fahrer betätigbaren Bremsbedienelement empfängt und die auf der Basis der Betätigungssignale Vorgabegrößen für die Steuerung der Radbremsen ermittelt, mit zweiten Ein heiten (12, 14, 16, 18), die den Radbremsen des Kraftfahr zeugs zugeordnet sind und die die Vorgabewerte in Steuersi gnale für die Radbremsen umsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Einheiten (12, 14, 16, 18) jeweils einzeln einer einzelnen Radbremse zugeordnet sind und jeweils ein Mikrorechnersystem (R1A, R1B) umfassen, welches sich selbst überwacht.

2. Elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Einheit (10), die Betätigungssignale von wenigstens einem vom Fahrer betätigbaren Bremsbedienelement empfängt und die auf der Basis der Betätigungssignale Vorgabegrößen für die Steuerung der Radbremsen ermittelt, mit zweiten Ein heiten (12, 14, 16, 18), die den Radbremsen des Kraftfahr zeugs zugeordnet sind und die die Vorgabewerte in Steuersi gnale für die Radbremsen umsetzen, mit einer Verarbeitungs einheit (22), welche radindividuelle Vorgabewerte ermittelt, mit wenigstens zwei Kommunikationssystemen (K1, K2), die die Einheiten verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (12, 18) der zweiten Einheiten den Vorderrad- und we nigstens eine (14, 16) den Hinterradbremsen zugeordnet ist und daß wenigstens eine den Vorderradbremsen zugeordnete zweite Einheit (12, 18) mit der ersten (10) und der Verar beitungseinheit (22) über beide Kommunikationssystemen (K1, K2) redundant verbunden ist.

3. Elektrisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Einheit (10), die Betätigungssignale von wenigstens einem vom Fahrer betätigbaren Bremsbedienelement empfängt und die auf der Basis der Betätigungssignale Vorgabegrößen für die Steuerung der Radbremsen ermittelt, mit zweiten Ein heiten (12, 14, 16, 18), die den Radbremsen des Kraftfahr zeugs zugeordnet sind und die die Vorgabewerte in Steuersi gnale für die Radbremsen umsetzen, mit einer Verarbeitungs einheit (22), welche radindividuelle Vorgabewerte ermittelt, mit wenigstens zwei Kommunikationssystemen (K1, K2), die die Einheiten verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verar beitungseinheit (22) über ein drittes Kommunikationssystem (K3) mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Antriebsein heit des Fahrzeugs verbunden ist und die Verarbeitungsein heit (22) im Fehlerfall eines Rechnerkanals der ersten Ein heit (10) nicht die radindividuellen, sondern die vom funk tionsfähigen Rechnerkanal übermittelten achsindividuellen Vorgabewerte an die angeschlossenen Steuereinheiten (12, 14, 16, 18) übermittelt.

4. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (12, 18) der zwei ten Einheiten den Vorderrad- und wenigstens eine (14, 16) den Hinterradbremsen zugeordnet ist und daß wenigstens eine den Vorderradbremsen zugeordnete zweite Einheit (12, 18) mit der ersten (10) und der Verarbeitungseinheit (22) über beide Kommunikationssystemen (K1, K2) redundant verbunden ist und die wenigstens eine den Hinterrädern zugeordnete zweite Ein heit (14, 16) mit den anderen Einheiten (10, 12, 18, 22) über nur ein Kommunikationssystem (K1, K2) verbunden ist.

5. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Energieversorgun gen (E1, E2) für die Einheiten vorgesehen sind, wobei wenig stens die den Vorderradbremsen zugeordneten Einheiten (12, 18) mit beiden Energieversorgungen (E1, E2) verbunden sind.

6. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die den Radbremsen zugeordneten Einheiten (12, 14, 16, 18) ein Mikrorechnersystem (R1A) und eine Überwachungskomponente (R1B) umfassen.

7. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Mikrorechnersystem (R1A) eine erste logische Ebene (L1) umfaßt, in der wenigstens die Steuerfunktionen für die Radbremsen berechnet werden.

8. Bremssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrorechnersystem (R1A) eine zweite logische Ebene (L2) umfaßt, in der wenigstens die Überprüfung der Korrektheit der Funktionsberechnung in der ersten logischen Ebene statt findet.

9. Bremssystem nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrorechnersystem (R1A) eine dritte logische Ebene (L3) umfaßt, in der wenigstens eine Ablauf kontrolle der Programme der Ebenen 1 und 2 auf der Basis ei ner Frage-Antwort-Kommunikation mit dem Überwachungsmodul (R1B) durchgeführt wird.

10. Bremssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsmodul (R1B) eine vierte logische Ebene (L4) bildet, in der das Ergebnis der Ablaufkontrolle der Ebene 3 auf Richtigkeit überprüft wird und die der Ablaufkontrolle zugrundeliegende Frage ermittelt wird.

11. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die den Radbremsen zugeordneten Einheiten (12, 14, 16, 18) die Richtigkeit des Meßwertes für die Radzuspannkraft und/oder das Bremsmoment auf der Basis einer analytischen Redundanz überprüfen.

12. Bremssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung auf der Basis eines Vergleiches der Meß werte mit aus einer Drehwinkelgröße im Bereich der Bremse oder des Stromes durch den Elektromotor des Bremsenstellers abgeleiteten Referenzgröße erfolgt.

13. Bremssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überprüfung auf der Basis einer verglei chenden Betrachtung der Verzögerung oder des Schlupfes der Räder im Teilbremsbereich erfolgt, indem die Differenz der entsprechenden Werte zweier Räder mit einem errechneten Re ferenzwert verglichen wird.