-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes Bremssystem. Bei derartigen Bremssystemen, die in der Regel nicht mit einem mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Back-up-System ausgestattet sind, ist besonderes Augenmerk auf die Verfügbarkeit des Steuersystems, auch im Fehlerfall, zu legen. Ein Beispiel für ein solches elektrisch gesteuertes Bremssystem, welches die gestellten Forderungen zufriedenstellend erfüllt, ist aus der
DE 196 34 567 A1 (
GB-2 316 726 B ) bekannt. Dieses bekannte elektrisch gesteuerte Bremssystem für ein Kraftfahrzeug (Brake-by-wire) ist dezentral aufgebaut und besitzt ein Steuermodul zur Ermittlung des Fahrerbremswunsches und Steuermodule zur Einstellung der Bremskraft an den einzelnen Fahrzeugrädern, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein solches Steuermodul eine Gruppe von Radbremsen (achsweise oder diagonal zusammengefaßt) betätigt. Zur Verbindung des den Fahrerwunsch ermittelnden Steuermoduls mit den Steuermodule zur Bremskrafteinstellung ist wenigstens ein Kommunikationssystem vorgesehen, auf welchem die einzelnen Steuermodulen untereinander Daten austauschen. Um eine zumindest teilweise Funktionsfähigkeit des Bremssystems im Fehlerfall sicherzustellen, sind weitere, unabhängige Kommunikationsverbindungen zwischen dem Steuermodul zur Fahrerwunscherfassung und den Steuermodulen zur Bremskrafteinstellung vorgesehen. Dem Steuermodul zur Erfassung des Fahrerwunsches werden die Signale mehrerer (zwei oder drei) Sensoren zugeführt, die die Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer erfassen. Im Steuermodul werden diese Sensorsignalwerte durch wenigstens zwei voneinander unabhängige Rechnereinheiten auf Korrektheit überprüft und jeweils ein Fahrerbremswunschwert ermittelt, der dann vom jeweilig anderen Rechnerelement auf Korrektheit überprüft wird. Der resultierende, fehlerfreie Fahrerwunschwert wird dann, ggf. abhängig von weiteren Größen wie Achslast oder weiteren Funktionen wie einer Fahrdynamikregelung achs- oder radindividuell korrigiert, über das Kommunikationssystem den einzelnen Steuermodulen zur Bremskrafteinstellung übermittelt.
-
Das bekannte elektrisch gesteuerte Bremssystem weist infolge der getrennten Module, die jeweils mit wenigstens zwei Rechnereinheiten ausgestattet sind, einen verhältnismäßig hohen Aufwand auf. Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe bei einem elektrisch gesteuerten Bremssystem der Aufwand reduziert werden kann, ohne die Verfügbarkeit und Funktionsfähigkeit des Bremssystems zu gefährden.
-
Dies wird durch ein Bremssystem gemäß Anspruch 1 erreicht.
-
Aus der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 198 26 131.4 ist bekannt, Steuermodule als sogenannte fail-operational-Einheiten auszubilden, die bei einem Einzelfehler weiterhin funktionsfähig sind. Solche Steuermodule sind fehlertolerant aufgebaut, z.B. durch eine Realisierung mittels eines redundanten Mikrorechnersystems bestehend aus wenigstens zwei Mikrorechnern und einer Überwachungskomponente. Die Mikrorechner sowie die Überwachungskomponente kommunizieren über den internen Kommunikationskanal, der z.B. durch ein serielles Bussystem oder mit seriellen Schnittstellen realisiert ist. Innerhalb der Mikrorechnersysteme sind zur Durchführung der Steuerungsaufgaben wenigstens zwei unabhängige Programme implementiert, die ihre Ergebnisse gegenseitig überprüfen. Auf diese Weise bleibt im Einzelfehler das Modul voll funktionsfähig.
-
Die den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildende
DE 198 32 167 A1 zeigt ein elektrisch gesteuertes Bremssystem, bei dem wenigstens zwei Steuermodulen zur Einstellung der Bremskraft über elektrisch angesteuerte Aktuatoren jeweils eine Gruppe von wenigstens zwei Radbremsen betätigt werden. Hierzu werden jedem der Steuermodule Betätigungsgrößen des Bremspedals zugeführt.
-
Vorteile der Erfindung
-
Durch die direkte Zuführung von wenigstens zwei Betätigungssignalen an Steuermodule, die jeweils wenigstens zwei, ausgewählte Radbremsen steuern, wird das Steuermodul zur Ermittlung des Fahrerwunsches eingespart und so der Aufwand für ein elektrisch gesteuertes Bremssystem erheblich reduziert.
-
Der gegenseitige Austausch der Betätigungssignale zwischen den Steuermodulen (Radpaarmodulen) über ein diese Einheiten verbindendes Kommunikationssystem und die getrennte Plausibilitätsüberprüfung der Betätigungssignale in jedem Radpaarmodul gewährleistet die Verfügbarkeit der Fahrerwunscherfassung auch bei Ausfall eines Sensors zur Erfassung eines Betätigungssignals.
-
Besonders vorteilhaft ist, daß die Radpaarmodule derart ausgestaltet sind, daß sie auch ohne gegenseitigen Datenaustausch voll funktionsfähig sind. Dies wird dadurch gewährleistet, daß jedes Radpaarmodul wenigstens zwei Betätigungssignale einliest, so daß in jedem Radpaarmodul ohne gegenseitigen Datenaustausch eine auf mindestens zwei Betätigungssignalen basierende Ermittlung des Fahrerwunsches möglich ist. In vorteilhafter Weise ist daher auch bei einem fehlerhaften Sensorsignal ohne gegenseitigen Datenaustausch der Radpaarmodule eine bezüglich des gesamten Fahrzeugverhaltens sichere Bremswunschauswahl möglich.
-
Von besonderem Vorteil ist, daß durch die oben skizzierte Vorgehensweise an das Kommunikationssystem zwischen den Radpaarmodulen bezüglich Sicherheit und Verfügbarkeit geringere Anforderungen zu stellen sind, da die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssystems nicht unabdingbare Forderung für ein sicheres Gesamtfahrzeugverhalten ist.
-
Von besonderem Vorteil ist ferner, daß die Anzahl an Rechnereinheiten zur Steuerung des Bremssystems verringert ist, wobei in etwa gleiche Funktionalität wie bei bekannten Lösungen erreicht wird.
-
Besonders vorteilhaft ist, daß das auf diese Weise gebildete elektrisch steuerbare Bremssystem in Verbindung mit allen elektrisch steuerbaren Bremsenaktuatoren einsetzbar ist, beispielsweise mit elektrohydraulischen Bremsaktuatoren, die für eine einzelne oder Gruppen von Radbremsen vorgesehen sind, elektropneumatische, elektromotorische oder elektromagnetische Aktuatoren.
-
Besonders vorteilhaft ist es, die Radpaarmodule derart den Radbremsen zuzuordnen, daß die Vorderachse von einem ersten und die Hinterachse von einem zweiten Radpaarmodul gesteuert wird. In diesem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Modul der Vorderachse derart auszugestalten, daß es bei einem Einfachfehler weiterhin funktionsfähig ist (fail-operational-Einheit), während das Hinterachsmodul im Fehlerfall abgeschaltet wird (fail-silent-Einheit). Dadurch wird der Aufwand für das elektrisch gesteuerten Bremssystems bei Aufrechterhaltung der notwendigen Verfügbarkeit weiter verringert.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt dabei ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrisch gesteuerten Bremssystems, während in den 2 und 3 Varianten des in 1 beschriebenen Bremssystems dargestellt sind.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Nachfolgend beschrieben werden verschiedene Ausführungsbeispiele einer Systemstruktur für ein Brake-by-wire-System mit elektrisch angesteuerten Aktuatoren. Dabei sind für ein zweiachsiges, vierrädriges Kraftfahrzeug zwei Steuermodule (im folgenden Radpaarmodule) vorgesehen, die jeweils über einen elektrohydraulischen oder mehrere elektrohydraulische, elektropneumatische, elektromotorische oder elektromagnetische Aktuatoren eine Gruppe von wenigstens zwei Radbremsen ansteuern. Zur Fahrerwunscherfassung sind mindestens drei Sensoren (jeweils S1 bis SN) am Bremspedal vorgesehen, wobei jedes der Radpaarmodule (jeweils RPM1, RPM2 bzw. AMVA, AMHA) die Signale von wenigstens zwei Sensoren einliest. Über ein Kommunikationssystem, welches die beiden Radpaarmodule und ggf. weitere elektronische Module miteinander verbindet, tauschen die beiden Radpaarmodule die eingelesenen Sensorwerte gegenseitig aus. Somit liegen in jedem der Radpaarmodule mindestens drei Betätigungssignale des Bremspedals vor, so daß in jedem der Radpaarmodule eine sichere Ermittlung des Fahrerwunsches ermöglicht wird. Auf der Basis des Fahrerwunsches werden dann Stellgrößen zur Ansteuerung der Aktuatoren gebildet.
-
1 zeigt ein bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel eines elektrisch gesteuerten Bremssystems. Es werden wenigstens zwei Steuermodule (Radpaarmodule RPM1, RPM2) dargestellt, welche jeweils über Leitungen L1 bis LN Betätigungssignale eines Bremspedals BP von mindestens zwei Sensoren S1 bis SN zur Erfassung der Betätigung des Bremspedals BP erhalten. Ein Beispiel für den Aufbau solcher Radpaarmodule mit wenigstens zwei Rechnerelementen ist im eingangs genannten Stand der Technik dargestellt. Zur Erfassung der Größe der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer (Fahrerwunsch) sind wenigstens drei Sensoren S1 bis SN vorgesehen. Diese erfassen, ggf. auf unterschiedliche Art und Weise, das Ausmaß der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer und geben über die Leitung L1 bis LN an die jeweiligen Radpaarmodule Betätigungssignale des Bremspedals ab. Dabei werden jedem Radpaarmodul wenigstens zwei Leitungen und somit wenigstens zwei Betätigungsgrößen zugeführt, wobei bei der Verwendung von drei Sensoren eine Betätigungsgröße sowohl der ersten als auch der zweiten Radpaareinheit zugeführt wird. Die Radpaarmodule RPM1 und RPM2 werden von verschiedenen Energiespeichern entweder direkt oder über ein elektrisches Bordnetz, welches die Energie aus wenigstens zwei unabhängigen Energiespeichern übertragen kann, mit Spannung versorgt. Allgemein formuliert werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel bei N Sensoren jedem Radpaarmodul N/2 von verschiedenen Sensoren stammende Signale zugeführt, wobei ein Sensorsignal beiden Einheiten zugeführt werden kann.
-
Zur Einstellung bzw. Regelung der Bremskraft an der dem jeweiligen Radpaarmodul zugeordneten Gruppe von Fahrzeugrädern gibt ein Radpaarmodul Stellgrößen an einen elektrohydraulischen oder mehrere elektrohydraulische, elektropneumatische, elektromotorische oder elektromagnetische Aktuatoren (A1, A2) aus. Die einem Radpaarmodul zugeordneten Radbremsen sind je nach Ausführungsbeispiel achsweise oder diagonal gruppiert.
-
Zur Verbindung der Radpaarmodule ist ein Kommunikationssystem K vorgesehen, welches zusätzlich zu den Leitungen L1 bis LN eingesetzt wird und über welches die an einem Radpaarmodul eingelesenen Betätigungssignale an das jeweilige andere Radpaarmodul gesendet werden. Somit liegen in jedem Radpaarmodul Betätigungssignale von wenigstens drei Sensoren vor, so daß in jedem Radpaarmodul die Stellgrößen auf der Basis wenigstens einer zwei aus drei Auswahl der Betätigungssignale gebildet werden können. Werden mehr als drei Sensoren eingesetzt, stehen dem jeweiligen Radpaarmodul entsprechend mehr Betätigungssignale zur Auswahl zur Verfügung. Im Radpaarmodul wird also auf der Basis der zugeführten Betätigungsgrößen eine resultierende Betätigungsgröße ermittelt, beispielsweise nach Maßgabe der im eingangs genannten Stand der Technik anhand des Pedalmoduls vorgeschlagenen Vorgehensweise, wobei die resultierende Betätigungsgröße als Fahrerwunsch ggf. unter Berücksichtigung von weiteren Betriebsgrößen wie Achslasten bzw. Zusatzfunktionen wie eine Fahrdynamikregelung, ggf. im Rahmen eines Bremskraft-, Bremsmomenten- oder Verstellwegeregelkreises Stellgrößen für die Aktuatoren gebildet werden, die dann an die Aktuatoren über die Ansteuerleitungen C1 bis CN übertragen werden.
-
Um sicherzustellen, daß die Fahrerwunschauswahl im jeweiligen Radpaarmodul auf den Betätigungssignalen des gleichen Meßzeitpunktes beruht, weist das Kommunikationssystem in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein deterministisches Zeitverhalten aus (beispielsweise TTP/C-Bus). Die dazu benötigte globale Systemzeit wird in vorteilhafter Weise zur Synchronisierung der lokalen Zeitsignale in den Radpaarmodulen verwendet.
-
Bei Ausfall des Kommunikationssystems K stehen an jedem Radpaarmodul nur die direkt eingelesenen Betätigungssignale zur Verfügung. Auch in diesem Fehlerfall muß eine eingeschränkte Funktion des Gesamtbremssystems gewährleistet sein. Es muß also in jedem Radmodul ein für das Gesamtfahrzeugverhalten unkritischer Fahrerbremswunsch für die Bremsenbetätigung ermittelt werden. Werden in jedem Radpaarmodul die Signale von wenigstens drei Sensoren eingelesen, so stehen weiterhin eine ausreichende Anzahl von Betätigungsgrößen zur Verfügung. Somit ist in jedem Radpaarmodul bei Ausfall des Kommunikationssystems K wenigstens eine 2 aus 3 Auswahl möglich. Werden nur drei Sensoren eingesetzt, so wird zur Sicherstellung der Verfügbarkeit des Bremssystems in jedem Radmodul, vorzugsweise nur im Radmodul der Vorderachse die folgende Vorgehensweise durchgeführt. Es erfolgt zunächst ein Vergleich der beiden Betätigungssignale. Ist die Differenz D der beiden Betätigungssignale größer als ein Grenzwert DG, so wird bei achsweiser Gruppierung der einem Radpaarmodul zugeordneten Radbremsen für die Vorderachse eine Maximalwert-Auswahl und für die Hinterachse eine Minimalwert-Auswahl vorgenommen. Bei diagonaler Gruppierung der einem Radpaarmodul zugeordneten Radbremsen wird in jedem Radpaarmodul für das jeweilige Vorderrad eine Maximalwert-Auswahl und für das Hinterrad eine Minimalwert-Auswahl vorgenommen. Im letzteren Fall erfolgt der Bremskraftaufbau in einer Ausführung vorzugsweise verzögert, d.h. mit geringerer Dynamik als im normalen Betriebszustand. Damit wird ein eventuell auftretendes Fahrzeuggiermoment durch unterschiedliche Bremskräfte an den Rädern einer Achse langsam aufgebaut und das Fahrzeug so für den Fahrer beherrschbar gehalten. Somit kann eine fehlerhafte Betätigungssignalgröße nur eine überbremste Vorderachse oder eine unterbremste Hinterachse zur Folge haben. Das Fahrzeug kann aber immer zum Stillstand gebracht werden und erfüllt jederzeit das Stabilitätskriterium, daß die Hinterachsräder erst nach den Vorderachsrädern blockieren dürfen. Ist die Differenz der beiden Betätigungsgrößen kleiner als der Grenzwert, kann die Fahrerwunschbestimmung nach dem gleichen Prinzip oder auch durch Mittelwertbildung erfolgen.
-
Zur Sicherstellung der Verfügbarkeit sind die Radpaarmodule so aufzubauen, daß sie zumindest im internen Fehlerfall ein Verhalten aufweisen, welches das Auftreten eines Fehlers im Radpaarmodul sicher erkennt und das Radpaarmodul sich selbst abschaltet oder zumindest keine ungewünschten Außenwirkungen zeigt. Der Aufbau eines solchen Radpaarmoduls mit einem sogenannten fail-silent-Verhalten ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt.
-
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrisch gesteuerten Bremssystems, wobei lediglich die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach 1 im folgenden näher beschrieben werden. Insofern entsprechen die gleichen Bezugszeichen der 2 denselben Bauelementen mit denselben Funktionen wie sie anhand 1 dargestellt sind. Zusätzlich zu den Radpaarmodulen (RPM1, RPM2) weist das Bremssystem ein weiteres Steuermodul zur Verarbeitung übergeordneter Bremsfunktionen wie beispielsweise eine variable Bremskraftverteilung, ein Antiblockierregler, eine Fahrdynamikregelung, einen Antriebsschlupfregler, etc. auf. Dieses Steuermodul- (VM = Verarbeitungsmodul) kommuniziert mit den Radpaarmodulen über das bereits beschriebene Kommunikationssystem K. Das Verarbeitungsmodul VM weist zumindest ein fail-silent-Verhalten auf und kann neben der übergeordneten Bremsregelung auch Fehlererkennungsroutinen ausführen und somit die Funktionsfähigkeit der Radpaarmodule überwachen. Entsprechender Aufbau und Funktionsweise eines solchen Verarbeitungsmoduls ist im eingangs genannten Stand der Technik dargestellt.
-
Nach der derzeit geltenden Norm ECE-R-13 sind für Fremdkraftbremsanlagen zwei unabhängige Energiespeicher gefordert. Für Brake-by-wire-Systeme kann diese Forderung durch zwei vollständig unabhängige elektrische Energiekreise erfüllt werden. Werden die Radpaarmodule direkt aus zwei unabhängigen elektrischen Energiespeichern versorgt, ist ein Einschaltsignal erforderlich, das von einer sogenannten Aufweckvorrichtung EI oder von einem bereits im Fahrzeug vorhandenen Steuermodul generiert wird. Die Energieverteilung kann aber auch über ein elektrisches Bordnetz über Schalter aus wenigstens zwei unabhängigen Energiespeichern erfolgen.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 2 gestrichelt eingezeichnet ist, werden zur Erhöhung der Verfügbarkeit der übergeordneten Bremsfunktionen zwei Verarbeitungsmodule (VM, VMR) vorgesehen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Verarbeitungsmodule identisch ausgeführt, zur Verringerung der benötigten Rechenleistung können bestimmte Teilfunktionen aber auch in nur einem der beiden Verarbeitungsmodule ausgeführt werden. Sind die beiden Verarbeitungsmodule als fail-silent-Einheiten ausgeführt, so übernehmen sie die komplette Überwachungsfunktion für die Radpaarmodule, d.h. die Hardware-Überwachungskomponenten der Radpaarmodule entfallen. In einer bevorzugten Ausführungsvariante überwacht jeweils ein Verarbeitungsmodul eines der Radpaarmodule mittels einer Frage-Antwort-Kommunikation, die vorzugsweise über das Kommunikationssystem K erfolgt. Das Verarbeitungsmodul wählt eine Frage aus, die über das Kommunikationssystem K an das Radpaarmodul übermittelt wird. Dort wird eine Antwort beispielsweise durch ausgewählte Programme oder Programmschritte gebildet und an das Verarbeitungsmodul übertragen. Letzteres überprüft die Antwort mit Blick auf die zu erwartende Antwort und erkennt bei unzulässigen Abweichungen Fehler. Zusätzlich werden in den Verarbeitungsmodulen in einem Ausführungsbeispiel weitere charakteristische Größen der Bremsenregelung redundant berechnet. Ein als fehlerhaft erkanntes Radpaarmodul oder zumindest die dem fehlerhaften Radpaarmodul zugeordnete Aktorik kann von dem überwachenden Verarbeitungsmodul mittels geeigneter Freigabeschaltung abgeschaltet werden. Die beiden Verarbeitungsmodule mit fail-silent-Verhalten können bei vollkommen gleicher Funktion auch zu einer fail-operational-Einheit zusammengefaßt werden, die dann aus wenigstens zwei Mikroprozessoren und einem zusätzlichen Überwachungsmodul aufgebaut ist.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand von 3 dargestellt. Auch hier bezeichnen die mit denselben Bezugszeichen bezeichneten Elemente dieselben Bauelemente mit denselben Funktionen wie sie in den 1 und 2 beschrieben sind. Im Ausführungsbeispiel nach 3 sind die einem Radpaarmodul zugeordneten Radbremsen achsweise gruppiert, so daß die Radpaarmodule im folgenden als Achsmodule bezeichnet werden. Das Achsmodul der Vorderachse wird mit AMVA, das der Hinterachse mit AMHA bezeichnet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Achsmodul der Vorderachse als fail-operational-Einheit ausgeführt, d.h. bei Eintreten eines Einfachfehlers im Vorderachsmodul ist es weiterhin voll funktionsfähig. Ein Beispiel für den Ausbau und die Funktionsweise einer solchen fail-operational-Einheit zeigt der eingangs genannte Stand der Technik. Da aufgrund der dynamischen Radlastverteilung beim Verzögern ein großer Teil der Bremskraft an der Vorderachse aufgebracht wird, hat eine erhöhte Verfügbarkeit der Vorderradbremsen auch einen Sicherheitsgewinn des Gesamtbremssystems zur Folge. Das Hinterachsmodul AMAH ist daher in bevorzugter Weise als fail-silent-Einheit mit integrierter Hardwareüberwachung ausgeführt. Im Fehlerfall schaltet sich dieses Modul ab. Die Überwachungsfunktionen des Hinterachsmoduls werden in einem anderen Ausführungsbeispiel wie anhand 2 beschrieben von wenigstens einem der Verarbeitungsmodule wahrgenommen.
