DE19827455A1 - Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage nach dem Oberbegriff Anspruch 1.

Neue Anforderungen an die Bremssysteme von Kraftfahrzeugen - wie Antiblockiersysteme, Fahrstabilitätsregelsysteme, An­ triebsschlupfregelsysteme oder Traktionskontrollen, soge­ nannte intelligente Tempomaten, Bremsassistenten usw. - haben zusammen mit der Forderung nach einer Verringerung der Mon­ tage- und Wartungskosten, die bei den derzeit allgemein übli­ chen hydraulischen Bremssystemen recht erheblich sind, zu der Entwicklung neuer, rein elektrischer Bremssysteme (auch unter der Bezeichnung Brake-by-wire bekannt) geführt (DE 195 48 392 A1). Bei solchen elektrischen Bremssystemen ist der Fahrer kraftmäßig von der Bremse abgetrennt, d. h. die von dem Fahrer ausgehende Bremsmomentanforderung wird nicht mehr direkt als Kraft über ein hydraulisches System übertragen, sondern nur noch als Signal über eine elektrische Leitung. Mit Hilfe die­ ses Signals wird ein elektrischer Bremsaktor gesteuert, der mit Hilfe einer elektrischen Energieversorgung eine Kraft an den einzelnen Bremsen erzeugt, welche über ein Reibelement das gewünschte Bremsmoment erzeugen. Bei einer Scheibenbremse wird das Bremsmoment als sogenannte Zuspannkraft an einem Bremssattel auf die Bremsscheibe übertragen.

Da die Bremsen an einem zum öffentlichen Verkehr zugelassenen Fahrzeug eine wesentliche Sicherheitseinrichtung darstellen, die gesetzlichen Anforderungen unterliegen, und der Fahrer bei einer elektrisch betriebenen Betriebsbremse keine Mög­ lichkeit mehr hat, das Fahrzeug mit Muskelkraft zu bremsen, sind besondere Maßnahmen zum Sicherstellen der Betriebsener­ gie notwendig. Die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit des Fahrzeugs muß jederzeit gewährleistet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei der die Ver­ sorgung der Bremsanlage mit elektrischer Energie jederzeit gewährleistet ist. Dabei sollen sowohl die Betriebseinrich­ tungen als auch die Steuereinrichtungen der Bremsanlage je­ derzeit zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bremsanlage nach Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die erforderliche Betriebssicherheit und Verfügbarkeit des Brems­ systems mit geringem Aufwand an Komponenten und Kosten er­ reicht wird. Die Energieversorgung der mehrere Bremskreise aufweisenden Bremsanlage ist so gestaltet, daß ein Ausfall oder eine Beeinträchtigung der Energieversorgung eines Brems­ kreises die Funktionsfähigkeit des oder der restlichen Brems­ kreise nicht beeinträchtigt. Dadurch bleibt immer eine aus­ reichende Bremsfähigkeit des Kraftfahrzeugs erhalten. Eine Überwachung der elektrischen Energiespeicher der einzelnen Bremskreise ermöglicht es, einen zu erwartenden Ausfall eines Energiespeichers rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen - zum Beispiel das Auslösen eines Warnsignals für den Fahrer - zu ergreifen, und zwar bevor ein Totalausfall des betroffenen Bremskreises auftritt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bremsanlage gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä­ ßen Bremsanlage;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Bremsanlage;

Fig. 4 eine Ladezustandsüberwachung einer erfindungsgemäßen Bremsanlage als Blockschaltbild dargestellt, und

Fig. 5 und 6 Diagramme, die den Verlauf der Klemmenspan­ nung einer Batterie in Abhängigkeit von Betriebsgrö­ ßen bei zwei verschiedenen Ladezuständen verdeutli­ chen.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung betreffen aus Gründen der Übersichtlichkeit zweikreisige Bremssysteme in vierrädrigen Kraftfahrzeugen, bei denen je zwei Radbremseinrichtungen zu einem Bremskreis gehören. Sinn­ gemäß lassen sich die folgenden Ausführungen auch auf Brems­ systeme mit mehr als zwei Kreisen übertragen, vorzugsweise werden dabei jedem Bremskreis ein elektrischer Energiespei­ cher und/ oder entsprechende Lade- und Trennvorrichtungen zu­ geordnet.

Eine erfindungsgemäße Bremsanlage 1 (Fig. 1) enthält einen Generator 2, der von dem - hier nicht dargestellten - Motor eines Kraftfahrzeugs angetrieben wird und dabei eine Gleich­ spannung U_G erzeugt, deren Betrag durch einen Generatorregler 3 bestimmt wird. Um im Falle einer plötzlichen starken Last­ verminderung eine Zerstörung angeschlossener elektronischer Geräte durch transiente Spannungsspitzen zu vermeiden, ist ein Überspannungsschutz 4 vorgesehen. Vorzugsweise sind Gene­ rator, Regler und Überspannungsschutz zu einer an sich be­ kannten Generatoreinheit 6 zusammengefaßt.

Die Generatoreinheit 6 liefert Strom in einen ersten Strom­ kreis 7 - im folgenden als Primärstromkreis bezeichnet -, der einen elektrischen Energiespeicher 8 - im folgenden auch als Primärbatterie bezeichnet - enthält und in dem die üblichen elektrischen Verbraucher in einem Kraftfahrzeug (Anlasser, Zündung, Beleuchtung, Anzeigeinstrumente, Lüftermotoren, Heckscheibenheizung, usw.) sowie mehrere - vorliegend zwei - zu einem primären Bremskreis 10 gehörigen Radbremsaktoren oder Radbremseinrichtungen 12 liegen.

Der Lade- und Entladestrom der Primärbatterie 8 wird über kontaktlose Stromsensoren 13 gemessen. Wegen der in Kraft­ fahrzeugen auftretenden relativ hohen Entladeströmen sowie aus dem Bestreben heraus, eine hohe Ausfallsicherheit zu er­ reichen, sind möglichst wenig Kabelunterbrechungen in Leitun­ gen, die zur Leistungsübertragung dienen, vorteilhaft. Des­ halb wird hier nicht die einfachere und kostengünstigere Strommessung über Shunt-Widerstände angewandt. Jeder der üb­ lichen Verbraucher - hier zusammenfassend mit dem Bezugszei­ chen 14 bezeichnet - des Primärkreises 10, sowie die beiden Radbremsaktoren 12 sind über geeignete Sicherungsmittel 16 - zum Beispiel Schmelzsicherungen oder elektronische Sicherun­ gen - gegen Kurzschluß gesichert.

Vorzugsweise werden elektronische Sicherungsmittel 16 einge­ setzt, die durch ein Steuersignal von einer elektronischen Schaltung aktiviert und deaktiviert werden können. Die Steu­ ersignale können zum Beispiel durch die Ladezustandsüberwa­ chung 18 erzeugt werden. Mit derartigen elektronischen Siche­ rungsmitteln ist es möglich, die Primärbatterie vor einer un­ gewollten Entladung bei abgestelltem Fahrzeug - zum Beispiel durch ein vom Fahrer unterlassenes Ausschalten des Fahrlich­ tes - zu schützen. Gegebenenfalls wird durch Aktivieren eines elektronischen Sicherungsmittels 16 der jeweilige Stromkreis zum Verbraucher unterbrochen. Diese Funktion kann auch dazu eingesetzt werden, bei unzureichendem Ladezustand der Primär­ batterie gezielt weniger wichtige Verbraucher, wie beispiels­ weise die beheizbare Heckscheibe oder die Sitzheizung abzu­ schalten, und die verbleibende Restladung der Primärbatterie ausschließlich zum Betrieb der Radbremseinrichtungen zu nut­ zen.

Die Temperatur T₁ der Primärbatterie 8 wird durch einen Tem­ peratursensor 17 gemessen und zusammen mit den Meßwerten des Lade- und Entladestroms an eine Schaltung zur Überwachung und Steuerung des Ladezustands, im folgenden als Ladezustands­ überwachung 18 bezeichnet, übergeben. Der Temperatursensor 17 ist dabei vorteilhafterweise direkt an der Batterie 8 unter­ gebracht, um eine gute thermische Kopplung zwischen Batterie und Sensor zu erreichen. Die Spannung U₁ wird von der Ladezu­ standsüberwachung 18 direkt an der Batterie 8 abgegriffen. Die Ladezustandsüberwachung 18 steuert aufgrund der empfange­ nen und ausgewerteten Meßdaten den Generatorregler 3, ihre Funktion wird weiter unten noch ausführlicher beschrieben werden.

Die Generatorspannung UG speist auch eine mit einem Rückspei­ seschutz 20 - zum Beispiel als Halbleiter-Stromventil ausge­ bildet - und einem Laderegler 21 versehene Ladevorrichtung 22 für einen elektrischen Energiespeicher 24 eines zweiten Stromkreises 25 - im folgenden als Sekundärbatterie und Se­ kundärstromkreis bezeichnet -. In dem Sekundärstromkreis lie­ gen ausschließlich Radbremsaktoren 26 eines zweiten Brems­ kreises 28 - im folgenden als Sekundärbremskreis bezeichnet-. Die Ausgangsspannung der Ladevorrichtung 22 ist U_L.

Die Spannung U₂ der Sekundärbatterie, ihre Lade- und Entlade­ ströme sowie ihre Temperatur werden gemessen und an die Ein­ richtung zur Ladezustandsüberwachung 18 übermittelt. Diese ermittelt daraus die Sollwerte zum Steuern der Ladevorrich­ tung 22. Die Ladevorrichtung 22 mit Rückspeiseschutz 20 ist zum Beispiel als pulsweitenmodulierter getakteter induktiver Spannungswandler ausgebildet. Die Funktionsweise solcher ge­ takteter induktiver Spannungswandler (Hochsetzsteller, Hoch- /tiefsetzsteller, Sperrwandler usw.) ist bekannt. Die Verwen­ dung eines Sperrwandlers ermöglicht durch dessen Trennung im Längspfad den Verzicht auf einen gesonderten Rückspeise­ schutz.

Der Einsatz des Spannungswandlers erlaubt die Anpassung an verschiedene Betriebszustände: Beispielsweise ist es möglich, die Nennspannung U₂ der Sekundärbatterie 24 größer zu wählen als die Nennspannung U₁ der Primärbatterie. Dies ist insbe­ sondere im Hinblick auf die größeren Bremsleistungen an der Vorderachse vorteilhaft, wenn die Sekundärbatterie die beiden Vorderachs-Bremsaktoren 12 speist, da sich durch eine höhere Spannung eine verbesserte Dynamik der Bremsaktoren ergibt.

Auch bei identischen Nennspannungen der beiden Batterien ist es vorteilhaft, einen gesteuerten Spannungswandler mit Rück­ speiseschutz zum Laden der Sekundärbatterie einzusetzen, und nicht den einfacheren Weg der ungetrennten Parallelschaltung der beiden Batterien zu wählen. Letzterer birgt nämlich fol­ genden Nachteil, und zwar selbst wenn ein Rückspeiseschutz und Sicherungsmittel gegen Kurzschluß eine gewisse Kreistren­ nung erlauben: Ist aufgrund einer unterschiedlich schnellen Alterung der Batterien, zum Beispiel hervorgerufen durch eine unterschiedlich starke Inanspruchnahme, eine der Batterien mit einer kleineren tatsächlichen Kapazität behaftet als die andere, sich noch in einem besseren Zustand befindlichen Bat­ terie, so wird aufgrund der sich daraus ableitenden Ladebe­ dingungen die ,schlechte' Batterie gegenüber der ,guten' Bat­ terie mit weniger Ladung versorgt, das heißt ihre tatsächli­ che Kapazität sinkt dadurch noch weiter ab, und ein Batterie­ ausfall ist in verhältnismäßig kurzer Zeit unvermeidbar. Durch eine separate Ladevorrichtung auch für die Sekundärbat­ terie ist es möglich, beide Batterien entsprechend ihrer tat­ sächlichen Kapazität unabhängig voneinander zu laden und so­ mit eine verlängerte Batterielebensdauer zu erzielen.

Die Ladevorrichtung 22 tauscht mit einem zentralen Bremsen­ steuergerät 30 den Zustand der Batterien anzeigende Daten aus, und zwar über die Ladezustandsüberwachung 18. Das zen­ trale Bremsensteuergerät 30 kann dann im Bedarfsfall geeigne­ te Maßnahmen - zum Beispiel das Stillegen des Fahrzeugs bei ungenügender Restladung in beiden Batterien - ergreifen.

Bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 1b erfolgt einer Trennung der beiden Stromkreise durch Verwendung von zwei Generator­ einheiten 6 und 31. Diese Generatoreinheiten können als ge­ trennte Baueinheiten mit je einem Antriebsriemen pro Genera­ tor 2, 31a als auch als Doppelgenerator mit gemeinsamem An­ triebsriemen ausgeführt sein. Der Aufbau solcher Doppelgene­ ratoren ist bekannt. Für eine möglichst kostengünstige Aus­ führung solcher Doppelgeneratoren werden die beiden Genera­ torsysteme, deren Läufer auf einer gemeinsamen Welle sitzen, mit nahezu gleicher Nennleistung ausgelegt.

Es empfiehlt sich dabei, Primär- und Sekundärbatterien 8 be­ ziehungsweise 24 mit gleicher Nennkapazität zu verwenden und die Last zu etwa gleichen Teilen auf den Primär- und den Se­ kundärstromkreis 7 beziehungsweise 32 aufzuteilen. Dazu lie­ gen auch im Sekundärstromkreis 32 zusätzlich zu den Bremsak­ toren 26 noch weitere elektrische Verbraucher, die über ge­ eignete Sicherungsmittel 16 gegen Kurzschluß abgesichert sind. Auch hier werden vorzugsweise elektronische Sicherungs­ mittel eingesetzt, um wie im ersten Ausführungsbeispiel be­ schrieben die Batterie vor vollständiger Entladung zu schüt­ zen.

Die Ladezustände der beiden Batterien 8 und 24 werden ent­ sprechend der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Me­ thode durch die Ladezustandsüberwachung 18 erfaßt, die abhän­ gig von den gemessenen Größen (Batteriespannung, Lade- und Entladestrom, Batterietemperatur) die Steuerung der Genera­ torregler 3 und 33 übernimmt. Auch die Generatoreinheit 31 enthält einen Überspannungsschutz 34.

Bei dem aus Fig. 3 ersichtlichen dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 1c sind Verbraucher 35 niedriger Leistung in einem eigenen Stromkreis - im folgenden als Nebenstromkreis 36 bezeichnet - mit einer niedrigen Ver­ sorgungsspannung - zum Beispiel 12V - zusammengefaßt, während Verbraucher 37 hoher Leistung einschließlich der Bremsaktoren 12 und 36 auf zwei Stromreise - im folgenden als Hauptstrom­ kreise 38 und 39 bezeichnet - mit höherer Betriebsspannung - zum Beispiel 36V - aufgeteilt sind. Aufbau und Funktion der beiden Hauptstromkreise entsprechen den Stromkreisen von Fig. 2.

Die Verbraucher 35 im Nebenstromkreis werden über einen Tief­ setzsteller 40 aus einem der beiden Hauptstromkreise 38 oder 39 versorgt. Für eine Kreistrennung zwischen Hauptstromkreis und Nebenstromkreis ist der Tiefsetzsteller 40 als Sperrwand­ ler ausgeführt. Die Versorgung von Verbrauchern höherer Lei­ stung mit einer größeren Spannung als die bisher in Automobi­ len üblichen 12 V bringt Vorteile hinsichtlich des Wirkungs­ grades, da die Leitungsverluste aufgrund der geringeren Strö­ me abnehmen. Bei gleichbleibender Leistung der Bremsaktoren zum Beispiel verringert sich der Betriebsstrom um den Faktor, um den die neue Betriebsspannung größer ist als die bisheri­ gen 12V. Ebenso ergibt sich hinsichtlich der Halbleiter in den Endstufen der Bremsaktoren eine Kostenverringerung wegen der kleineren Betriebsströme, da sich die Verlustleistung re­ duziert, und zwar - bei gegebenem Durchlaßwiderstand - qua­ dratisch zur Stromabnahme. Deshalb können billigere Halblei­ ter kleinerer maximaler Verlustleistung eingesetzt werden und auch der Aufwand für Kühlmaßnahmen geht zurück.

Aus dem Blockschaltbild nach Fig. 4 ist der prinzipielle Aufbau der Ladezustandsüberwachung 18 ersichtlich. Die Batte­ riespannungen U₁ und U₂ beider Stromkreise werden jeweils über einen Überspannungsschutz 42, auf eine Entkopplungs­ schaltung 43 - im Ausführungsbeispiel als Diodenschaltung ausgebildet - geführt, die dafür sorgt, daß bei Ausfall eines Stromkreises die Schaltung aus dem anderen Stromkreis ver­ sorgt wird, und somit die Ladezustandsüberwachung 18 weiter­ hin betriebsbereit bleibt. Um auch bei einem doppelten Strom­ kreisausfall die Funktionssicherheit der Schaltung für befri­ stete Zeit zu gewährleisten, ist eine Pufferbatterie 44 vor­ gesehen. Das zentrale Bremsensteuergerät 30 ist ebenfalls mit einer - hier nicht dargestellten - Pufferbatterie versehen und wird aus beiden Stromkreisen versorgt, wobei auch hier jeder einzelne Stromkreis zur Versorgung herangezogen werden kann. An die Entkopplungsschaltung 43 schließt sich ein Span­ nungsregler 46 an, der die interne Versorgungsspannung für die Baugruppen der Ladezustandsüberwachung 18 bereitstellt.

Von jeder der beiden Batterien werden die Klemmenspannung, die Temperatur und der Lade- und Entladeströme gemessen und einer Signalverarbeitung(sschaltung) 47 zugeführt, welche die Meßdaten für eine Ladezustandsermittlung(sschaltung) 48 auf­ bereitet. Diese Schaltung 48 ist vorzugsweise durch einen Mi­ krorechner verwirklicht ist, der auch die Signalverarbeitung 47, den Spannungsregler 46 sowie weitere Schaltungsbestand­ teile mit enthalten kann. Daten über den Ladezustand der Bat­ terien werden über eine Kommunikationsschnittstelle 49 mit dem zentralen Bremsensteuergerät ausgetauscht. Die Funk­ tionsfähigkeit der internen Baugruppen der Ladezustandsüber­ wachung 18 wird durch eine Selbstdiagnosebaugruppe 50 über­ wacht.

Die Beurteilung des Batteriezustandes erfolgt nach folgendem Verfahren:

Eine gemessene Klemmenspannung U oder deren Verhältnis q=U/U₀ zur Leerlaufspannung hängt für eine gegebene Batterie von de­ ren Temperatur T, dem Entladestrom I bzw. dessen Verhältnis p=I/I₀ zum Kälteprüfstrom I₀, dem Alter oder der aktuellen Kapazität und dem Ladezustand ab. Die Nennkapazität ist im Betrieb eine Konstante, sie wird vom Fahrzeughersteller be­ stimmt und ändert sich während des Betriebs des Fahrzeugs nicht. Die Alterung der Batterie wird durch die Belastungen, denen die Batterie während des Betriebs ausgesetzt ist, be­ stimmt, und beeinflußt deren aktuelle Kapazität. Aufgrund der vielfältigen Einflüsse ist sie meßtechnisch kaum zu erfassen. Für ein bestimmtes Batteriealter und einen bestimmten Ladezu­ stand ergibt sich folgender Zusammenhang für die gemessene Klemmenspannung:

q=U/U₀=f (T,p).

Die Funktion f(T,p) hängt dabei wie gesagt vom Alter und vom Ladezustand ab, ebenso noch von den Parametern Batterietyp und Nennkapazität. Sie kann algorithmisch aus Batteriemodel­ len berechnet oder durch Ausmessen von Kennfeldern ermittelt werden.

Das aus Fig. 5 ersichtliche Diagramm veranschaulicht quali­ tativ die Funktion f₁(T,p) für eine neue Batterie mit 100% Ladezustand, bei der also die gesamte Nennkapazität zur Ver­ fügung steht.

Das aus Fig. 6 ersichtliche Diagramm veranschaulicht quali­ tativ die Funktion f₂(T,p) für die gleiche Batterie mit einem aktuellen Ladezustand, der nur noch etwa 25% der Nennkapazi­ tät entspricht. Charakteristisch ist die stärkere Abnahme der Klemmenspannung bei Belastung der Batterie mit hohen Entlade­ strömen. Die Verringerung der Klemmenspannung bei Belastung ist, bei vorgegebener Temperatur, von dem Ladezustand der Batterie abhängig: Eine Batterie mit schlechtem Ladezustand hat einen entsprechend hohen Innenwiderstand. Bezogen auf die Nennkapazität einer neuen Batterie wird der Innenwiderstand der Batterie im Laufe ihrer Lebenszeit durch zwei Größen be­ einflußt. Einmal durch das Batteriealter, das die Kapazität der Batterie herabsetzt, d. h. selbst eine voll geladene alte Batterie hat eine geringere Ladung gespeichert als eine voll­ geladene neue Batterie. Allgemein steigt der Innenwiderstand mit zunehmendem Alter an. Zum zweiten richtet sich der Innen­ widerstand aber auch nach dem aktuellen Ladezustand, und zwar wird er um so größer, je näher sich die Batterie am Entlade­ zustand befindet.

Um festzustellen, ob eine Batterie noch für die Verwendung als Energiespeicher für ein elektrisches Bremssystem tauglich ist oder nicht, müssen also zwei Größen ermittelt werden: die aktuelle Kapazität und der aktuelle Ladezustand. Der Ladezu­ stand wird durch eine Ladungsbilanz mit den gemessenen Lade- und Entladeströmen berechnet:

Q_B=Σ(η_k.I_k.Δt) + Q₀

I_k ist dabei der zum Abtastzeitpunkt t₀+k.Δt gemessene Strom, Q₀ der Wert der Ladungsbilanz zum Zeitpunkt t₀.

Die in die Batterie eingebrachte Ladung wird jedoch nicht vollständig gespeichert, sondern nur zu einem Teil. Daher wird der Ladestrom I_k mit einem Faktor η_k gewichtet. Der Ge­ wichtungsfaktor η_k hängt dabei sowohl von der aktuellen Kapa­ zität als auch vom momentanen Ladezustand ab. Im Bereich des Überladens, bei dem die Batterie anfängt zu gasen, ist η_k=0. Im Gasungsbereich wird die in die Batterie eingespeiste elek­ trische Energie nicht mehr gespeichert, sondern zur elektro­ lytischen Zersetzung des Wassers verwendet sowie zur thermi­ schen Aufheizung der Batterie. Dieser Zustand, der sich sehr nachteilig auf die Lebenserwartung der Batterie auswirkt, kann jedoch durch folgende Strategie vermieden werden.

Die Ladezustandsermittlung 48 steuert den Generator 2 oder die Ladevorrichtung 22 so, daß die Ladespannung für die je­ weilige Batterie 8, 24 nur unwesentlich über der Ladeschluß­ spannung - das ist die Leerlaufspannung der voll geladenen Batterie - liegt. Bei Annäherung an den Gasungsbereich fällt zunächst der Ladestrom ab, danach beginnt die Temperatur der Batterie anzusteigen und kündigt den Übergang in den Gasungs­ bereich an. Dies wird durch die Ladezustandsermittlung 48 er­ kannt, die daraufhin die Ladespannung entsprechend verrin­ gert.

Der Einfluß der Alterung auf den Gewichtungsfaktor η_k wird durch eine Innenwiderstandsmessung berücksichtigt. Während einer Bremsung wird aufgrund des verhältnismäßig hohen Strom­ bedarfs der Aktoren den Batterien Strom entnommen. Bei der Primärbatterie 8 kann eine Stromentnahme auch schon durch die normalen Verbraucher verursacht werden, bei einer Bremsung vergrößert sich dann der Entnahmestrom entsprechend. Diese Stromentnahmen stellen wegen ihres verhältnismäßig großen Be­ trags eine nennenswerte Belastung für die Batterien dar. Je nach aktuellem Ladezustand wird dabei die Klemmenspannung mehr oder weniger stark abfallen. Das Verhältnis U/U₀ bei ei­ nem bestimmten Strom und bekannter Temperatur sowie bekannter aktueller Ladungsbilanz wird zum Abgleich des Gewichtungsfak­ tors η_k benutzt.

Unterschreitet das Verhältnis U/U₀ einen unteren Grenzwert, so werden abhängig vom aktuellen Ladezustand (Q_B) und vom Al­ ter (aktuelle Kapazität, Innenwiderstand) unterschiedliche Maßnahmen ergriffen:

Bei ungenügender Restkapazität aufgrund von Alterung wird ein Austausch der betreffenden Batterie empfohlen. Ist die Batterie noch tauglich und nur momentan entladen, und läuft der Generator, so daß die Batterie wieder geladen wird, wird nur eine Batteriewarnung ausgegeben. Fällt der Generator während der Fahrt aus, bleibt das Fahrzeug solange betriebs­ bereit, bis die Ladezustandsüberwachung 18 eine kritische Entladung der Batterien feststellt. Nötigenfalls, d. h. wenn das Fahrzeug nicht schon aufgrund der Motorsteuerung, die ebenfalls eine Mindestbetriebsspannung benötigt, die über der der Bremsaktoren liegt, ausgefallen ist, wird eine Zwangs­ bremsung eingeleitet und das Fahrzeug stillgelegt. Aufgrund der Resthemmung der Aktoren oder auch gegebenenfalls durch Verwendung mechanischer Verriegelungsvorrichtungen an den Ak­ toren werden die Bremsen im zugespannten Zustand belassen, bis durch die Behebung der Defekte in der Energieversorgung die einwandfreie Betriebsbereitschaft wieder hergestellt ist.

Die Steuerung der elektrischen Radbremsaktoren 12, 26 zum Be­ tätigen der Radbremsen ist allgemein bekannt und deshalb hier nicht weiter beschrieben. Sie erfolgt zum einen über ein Bremspedal und zum anderen über die eingangs erwähnten moder­ nen Bremssteuer- und Regelsysteme, wie ABS-Regler und der­ gleichen.

Bezugszeichenliste

1

,

1

b,

1

c Bremsanlage

2

Generator

3

Generatorregler

4

Überspannungsschutz

6

Generatoreinheit

7

erster Stromkreis

8

erster Energiespeicher (Primärbatterie)

10

primärer Bremskreis

12

Radbremsaktor oder -einrichtung

13

kontaktloser Stromsensor

14

(übliche) Verbraucher

16

Sicherungsmittel

17

Temperatursensor

18

Ladezustandsüberwachung

20

Rückspeiseschutz

21

Laderegler

22

Ladevorrichtung

24

zweiter Energiespeicher (Sekundärbatterie)

25

zweiter Stromkreis

26

Radbremsaktor oder -einrichtung

28

zweiter Bremskreis

30

zentrales Bremsensteuergerät (

Fig.

1)

31

zweite Generatoreinheit

31

a Generator

32

zweiter Stromkreis (Sekundärstromkreis)

33

Generatorregler

34

Überspannungsschutz (

Fig.

2)

35

Verbraucher niedriger Leistung

36

Nebenstromkreis

37

Verbraucher

38

,

39

Hauptstromkreise

40

Tiefsetzsteller (

Fig.

3)

42

Überspannungsschutz

43

Entkopplungsschaltung

44

Pufferbatterie

46

Spannungsregler

47

Sensorsignalverarbeitung(sschaltung)

48

Ladezustandsermittlung(sschaltung)

49

Kommunikationsschnittstelle

50

Selbstdiagnosebaugruppe (

Fig.

4)
I Entladestrom der Batterie
I₀

Kälteprüfstrom der Batterie
p = I/I₀

Verhältnis
T Temperatur der Batterie
U gemessene Klemmenspannung
U₀

Leerlaufspannung
U₁

Nennspannung der Primärbatterie
U₂

Spannung der Sekundärbatterie
U_G

Gleichspannung
U_L

Ausgangsspannung der Ladevorrichtung

Claims (10)

1. Bremsanlage (1) für ein Kraftfahrzeug, die versehen ist mit:

• - einem elektrisch gesteuerten Radbremsaktor (12, 26) an je­ dem Rad, durch den die einzelnen Radbremsen unabhängig von­ einander und abhängig von Betätigungen des Bremspedals ak­ tiviert werden,
• - einem ersten Bremskreis (10) sowie einem getrennt elek­ trisch versorgten zweiten Bremskreis (28), durch die je­ weils ein Teil der Radbremsaktoren (12, 26) gesteuert wer­ den,
• - einem ersten Stromkreis (7), der einen ersten Energiespei­ cher (8) aufweist und in dem die Radbremsaktoren (12) des ersten Bremskreises (10) liegen,
• - einem zweiten Stromkreis (25), der einen zweiten Energie­ speicher (24) aufweist und in dem die Radbremsaktoren (26) des zweiten Bremskreises (28) liegen, und
• - einem Generator, der mit dem ersten Stromkreis (7) verbun­ den ist,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß in dem ersten Stromkreis (7) weitere elektrische Ver­ braucher (14) liegen, und
• - daß der Generator (2) mit einer Ladevorrichtung (22) für zweiten Stromkreis (25) verbunden ist.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladevorrichtung (22) mit einem zwischen ihrem Eingang und dem Ausgang des Generators (2) liegenden Rückspeiseschutz (20) versehen ist.

3. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Ladezustandsüberwachung (18) aufweist, die die Spannung, die Temperatur und die Ent­ lade- und Ladeströme des ersten Energiespeichers (8) auswertet und daraus einen Sollwert für einen Generatorregler (3) er­ zeugt.

4. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Ladezustandsüberwachung (18) aufweist, die die Spannung, die Temperatur und die Ent­ lade- und Ladeströme des zweiten Energiespeichers (24) aus­ wertet und daraus einen Sollwert zum Steuern der Ladevorrich­ tung (22) erzeugt.

5. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ladevorrichtung (22) mit Rückspeise­ schutz (20) als pulsweitenmodulierter getakteter Spannungs­ wandler ausgebildet ist.

6. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis (32) mit ei­ nem zweiten Generator (31a) verbunden ist.

7. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Generator (2, 31a) als Doppelgenerator ausgebildet sind, deren Läufer auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und die über ei­ nen gemeinsamen Antriebsriemen angetrieben werden.

8. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung des ersten und des zweiten Stromkreises (338, 39) höher liegt als die Versorgungsspannung eines dritten Stromkreises (36), in dem Verbraucher mit niedrigen Leistungsbedarf liegen.

9. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mit elektronischen Sicherungs­ mitteln (16) versehen ist, die durch ein Steuersignal von ei­ ner elektronischen Schaltung (18) aktivierbar und deaktivier­ bar sind.

10. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine die Funktionsfähigkeit der Ladezustandsüberwachung (18) kontrollierende Selbstdiagnose­ baugruppe (50) enthält.