DE202019107193U1 - Braking device, in particular for electrically powered motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Bremsvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug mit zwei Achsen (A1, A2), wobei- mindestens eine Achse (A1, A2) einen elektrischen Traktionsmotor (TM) zum Antrieb und Bremsen des mindestens einen an der Achse (A1, A2) angeordneten Rades aufweist, und mittels des Traktionsmotors (TM) beim Bremsen Energie rückgewinnbar ist,- jedes Rad eine Radbremse, (RB1, RB2, RB3, RB4; H-EMBi; EMBi) aufweist,- eine Druckversorgung (DV) mit einer von einem Elektromotor (M) angetriebenen Pumpe (P), in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit oder einer Rotationspumpe (ZRP) vorgesehen ist,- die Druckversorgung (DV) sowohl Druck aufbauen als auch Druck abbauen kann, insbesondere durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit bzw. Umkehr der Drehrichtung der Rotationspumpe, und mindestens einen Druckversorgungsausgang (DVa) aufweist,- die Druckversorgung (DV) Bestandteil einer Druckversorgungseinrichtung (DV1) ist, wobei die Druckversorgungseinrichtung (DV1) mindestens zwei Ausgangsleitungen (VLa1, VLa2) und mindestens zwei Anschlüsse (VLb1, VLb2) zum Anschluss entweder an die Bremskreise (BK1, BK2), eine ABS/ESP-Einheit (ABS/ESP) und/oder eine Betätigungseinheit (BE) aufweist, und- jeder Anschluss (VLb1, VLb2) mittels mindestens einem Schaltventil (SVA1, SVA2) von der Druckversorgung (DV) abtrennbar ist,- jede Ausgangsleitung (VLa1, VLa2) mit dem Druckversorgungsausgang (DVa) unmittelbar oder über eine Verbindungsleitung (VLd) hydraulisch verbunden ist,- eine Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) den mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM) sowie die Komponenten der Druckversorgungseinrichtung (DV1) derart steuert, dass in Zusammenspiel der Druckversorgungseinrichtung (DV1,DV2) und dem mindestens einen elektrischen Traktionsmotor (TM1, TM2, TM3) für jeden Bremskreis (BK1, BK2), jede Achse (A1, A2) oder den Radbremsen einer Achse (A1, A2) individuell, d.h. mit unterschiedlichen Bremsmomenten an den jeweiligen Achsen (A1, A2) oder Radbremsen einer Achse (A1, A2), eine Bremsverzögerung einregelbar ist.Braking device for a motor vehicle with two axles (A1, A2), at least one axle (A1, A2) having an electric traction motor (TM) for driving and braking the at least one wheel arranged on the axle (A1, A2), and energy can be recovered by means of the traction motor (TM) during braking, - each wheel has a wheel brake (RB1, RB2, RB3, RB4; H-EMBi; EMBi), - a pressure supply (DV) with one driven by an electric motor (M) Pump (P), in the form of a piston-cylinder unit or a rotary pump (ZRP), - the pressure supply (DV) can both build up pressure and reduce pressure, in particular by moving the piston of the piston-cylinder piston back and forth Unit or reversal of the direction of rotation of the rotary pump and at least one pressure supply outlet (DVa), - the pressure supply (DV) is part of a pressure supply device (DV1), the pressure supply device (DV1) having at least two output lines (VLa1, V La2) and at least two connections (VLb1, VLb2) for connection either to the brake circuits (BK1, BK2), an ABS / ESP unit (ABS / ESP) and / or an actuation unit (BE), and - each connection (VLb1 , VLb2) can be separated from the pressure supply (DV) by means of at least one switching valve (SVA1, SVA2), - each output line (VLa1, VLa2) is hydraulically connected to the pressure supply output (DVa) directly or via a connecting line (VLd), - a control - and control device (ECU) controls the at least one electric traction motor (TM) as well as the components of the pressure supply device (DV1) in such a way that in interaction of the pressure supply device (DV1, DV2) and the at least one electric traction motor (TM1, TM2, TM3) for each Brake circuit (BK1, BK2), each axle (A1, A2) or the wheel brakes of an axle (A1, A2) individually, ie with different braking torques on the respective axles (A1, A2) or wheel brakes of an axle (A1, A2), one Brake valve delay can be adjusted.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug mit zwei Achsen, wobei mindestens eine Achse einen elektrischen Traktionsmotor zum Antrieb und Bremsen des mindestens einen an der Achse angeordneten Rades aufweist, und mittels des Traktionsmotors beim Bremsen Energie rückgewinnbar ist, jedes Rad eine Radbremse, aufweist, eine Druckversorgung mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe, in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit oder einer Rotationspumpe vorgesehen ist, die Druckversorgung sowohl Druck aufbauen als auch Druck abbauen kann, insbesondere durch Vor- und Rückbewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit bzw. Umkehr der Drehrichtung der Rotationspumpe, und mindestens einen Druckversorgungsausgang aufweist.The present invention relates to a braking device for a motor vehicle with two axles, at least one axle having an electric traction motor for driving and braking the at least one wheel arranged on the axle, and energy can be recovered by means of the traction motor during braking, each wheel having a wheel brake, has, a pressure supply is provided with a pump driven by an electric motor, in the form of a piston-cylinder unit or a rotary pump, the pressure supply can both build up pressure and reduce pressure, in particular by moving the piston back and forth in the piston-cylinder Unit or reversal of the direction of rotation of the rotary pump, and at least one pressure supply outlet.
Stand der TechnikState of the art
Aus
PPC-Druckregelungen mit elektrisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Systemen unter Verwendung von Druckvolumenkennlinie, Strom und Kolbenposition sind z.B. aus
So offenbart_
Die
Die
Die
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Ein Bremssystem bereitzustellen, welches einfach, fehlersicher und kostengünstig aufgebaut ist und für Fahrdynamiksysteme mit einer zentralen Regelung eines Fahrzeuges für Bremseingriffe in zwei Bremskreise gemeinsam mit Rekuperation von kinetischer Energie über Elektromotoren in Elektro-Achsantrieben einsetzbar ist und optional unter Einbindung von Lenkungssystemen erweiterbar ist.Providing a braking system that is simple, fail-safe and inexpensive and can be used for driving dynamics systems with a central control of a vehicle for braking interventions in two brake circuits together with recuperation of kinetic energy via electric motors in electric axle drives and can optionally be expanded with the integration of steering systems.
Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.This object is advantageously achieved with a brake system having the features of
Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass es ein zentrales Bremsmanagement mit einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung (
Das erfindungsgemäße Bremssystem kann bremskreisindividuell die Bremsdrücke regeln und auch zusätzlich mit einem elektrischen Antriebsmotor, welcher im weiteren auch als elektrischer Traktionsmotor bezeichnet wird, oder mehreren elektrischen Antriebsmotoren, welcher bzw. welche an der Vorderachse und/oder Hinterachse eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist bzw. sind, ein Verzögerungsmoment erzeugen und dabei gleichzeitig kinetische Energie über Bremsen mittels des oder der Traktionsmotoren in elektrische Energie umzuwandeln und somit rückgewinnen (Rekuperation).The brake system according to the invention can regulate the brake pressures individually for each brake circuit and also additionally with an electric drive motor, which is also referred to below as an electric traction motor, or several electric drive motors, which is or are arranged on the front axle and / or rear axle of a motor vehicle, generate a deceleration torque and at the same time convert kinetic energy into electrical energy via braking using the traction motor or motors and thus recover it (recuperation).
Das erfindungsgemäße Bremssystem kann dabei vorteilhaft derart ausgelegt sein, dass in einer Ausführungsform A mit dem mindestens einem Traktionsmotor und der Druckversorgungseinrichtung im Zusammenspiel für jede Achse achsindividuell eine Bremsverzögerung oder in einer Ausführungsform B im Zusammenspiel mit zwei Radbremsen einer Achse radindividuell eine Bremsverzögerung eingeregelt werden kann.The braking system according to the invention can advantageously be designed in such a way that in an embodiment A with the at least one traction motor and the pressure supply device in interaction for each axle a braking deceleration can be adjusted for each axle, or in an embodiment B in interaction with two wheel brakes of an axle a braking deceleration can be adjusted for each wheel individually.
In der Ausführungsform A (2-Kanal-Bremskraftregelung) wird eine achsindividuelle Regelung im Sinne der elektrischen Bremskraftverteilung (EBV) bzw. vereinfachten achsweisen ABS für 4-Räder Fahrzeuge oder ABS-Funktion für 2-Räder-Fahrzeuge mit der Rekuperation mittels mindestens einem Elektromotor kombiniert.In embodiment A (2-channel braking force control), an axle-specific control in terms of electrical braking force distribution (EBV) or simplified axle-based ABS for 4-wheeled vehicles or ABS function for 2-wheeled vehicles with recuperation using at least one electric motor combined.
In der Ausführungsform B (2x2-Kanal-Bremskraftregelung) wird die radindividuelle Verzögerung einer Achse mit der Rekuperation von einem elektrischen Antriebsmotor der Achse kombiniert, wobei zusätzlich zur Ausführungsform A Torque Vektoring, Lenkung, ABS/ESP-Funktionen in der Achse implementiert werden können. So kann zusätzlich auch eine elektrische Servolenkung an der Achse und Ansteuerung der Lenkung über das zentrale Management mit integriert werden und die Lenkungsfunktion der Bremsanlage durch Giermomentregelung in Ausführungsform B wird als Redundanz zur elektrischen Servolenkung oder zur Verbesserung der Agilität genutzt. So kann bei Ausfall der elektrischen Servolenkung im Betrieb die Fahrstabilität durch die Bremse aufrechterhalten werden. Zudem kann sowohl über die Servolenkung als auch über die Bremsanlage in die Fahrdynamik zur Verbesserung der Agilität, insbesondere bei Fahrzeugen mit sehr hoher Leistung bzw. Agilitätsanforderungen eingegriffen werden, z.B. Lenkung an der Vorderachse über die elektrische Servolenkung und gleichzeitig Torque-Vektoring-Eingriffen an der Hinterachse eines Fahrzeuges. In der zweiten Ausführungsform B können eine oder mehrere Antriebsmotoren einer Achse, z.B. Achsantrieb mittels einem oder zweier Motoren, Lenkungssysteme an Vorderachse und optional auch Hinterachse, Radnabenelektromotoren an jedem Rad, vorgesehen sein, sowie gleiche oder unterschiedliche Lösungen an unterschiedlichen Achsen kombiniert werden. Vorzugsweise ist je ein 2-Kanal-Regelmodul für jede Achse vorgesehen für eine Schwarz-Weiss-Bremskraftaufteilung mit den Vorteilen von kurzen Hydraulikleitungen zwischen Druckversorgung und Bremse. Diese Ausgestaltungsform ist prädestiniert für E-Achsen. Sofern eine diagonale Bremskraftverteilung zwingend ist, können auch von jedem 2-Kanal-Regelmodul jeweils Radbremsen der Vorderachse und Hinterachse in einer typischen diagonalen Bremskraftverteilung vorgesehen werden mit dem Nachteil, dass Hydraulikleitungen durch das Fahrzeug geführt werden müssen.In embodiment B (2x2-channel braking force control), the individual wheel deceleration of an axle is combined with recuperation from an electric drive motor of the axle, whereby in addition to embodiment A, torque vectoring, steering, ABS / ESP functions can be implemented in the axle. An electric power steering on the axle and control of the steering via the central management can also be integrated and the steering function of the brake system by yaw moment control in embodiment B is used as redundancy for electric power steering or to improve agility. In this way, if the electric power steering fails during operation, driving stability can be maintained by the brake. In addition, both the power steering and the brake system can be used to intervene in the driving dynamics to improve agility, especially in vehicles with very high performance or agility requirements, e.g. steering on the front axle via the electric power steering and torque vectoring interventions on the Rear axle of a vehicle. In the second embodiment B, one or more drive motors of an axle, e.g. axle drive by means of one or two motors, steering systems on the front axle and optionally also rear axle, wheel hub electric motors on each wheel, can be provided, and identical or different solutions can be combined on different axles. A 2-channel control module is preferably provided for each axle for a black-and-white braking force distribution with the advantages of short hydraulic lines between the pressure supply and the brake. This design is predestined for e-axles. If a diagonal brake force distribution is mandatory, each 2-channel control module can also provide wheel brakes for the front and rear axles in a typical diagonal brake force distribution with the disadvantage that hydraulic lines have to be routed through the vehicle.
In beiden Ausführungsformen wird mittels der Druckversorgungseinrichtung der Druck im geschlossenen Bremskreis im PPC-Verfahren eingestellt bzw. eingeregelt und im Regelbetrieb, d.h. unterschiedliche Raddrücke in den Bremskreisen, gemäß Offenbarung der
Die Druckversorgung kann auch zusätzlich oder alternativ zur Multiplexsteuerung derart einen Druck bereitstellen, in dem das PPC-Verfahren mit einer PWM-Steuerung bzw. Stromregelung der Schaltventile kombiniert wird. Dadurch wird der Druck in einem Bremskreis durch Vordrucksteuerung über die Druckversorgung im PPC-Verfahren bei offenen Schaltventil geregelt bzw. gesteuert und in dem anderen Bremskreis wird das Schaltventil pulsweitemoduliert oder stromgeregelt angesteuert. Dadurch ist es auch möglich, dass simultan bzw. teilsimultan in beiden Bremskreisen unterschiedliche Drücke eingestellt bzw. eingeregelt werden können und somit zeitgleich unterschiedliche Druckänderungsverläufe realisiert werden. Die Druckverlaufsregelung ist zur feindosierten EBV-Regelung bzw. achsweisen ABS-Regelung sowie zur genauen Abstimmung der Bremsmomente, welche durch die Druckversorgung erzeugt werden, auf den Bremsmomentverlauf von Elektromotoren dienlich.In addition or as an alternative to the multiplex control, the pressure supply can also provide a pressure in which the PPC method is combined with PWM control or current regulation of the switching valves. As a result, the pressure in one brake circuit is regulated or controlled by pre-pressure control via the pressure supply in the PPC process with the switching valve open, and the switching valve in the other brake circuit is pulse-width modulated or controlled with current. As a result, it is also possible that different pressures can be set or regulated simultaneously or partially simultaneously in both brake circuits and thus different pressure change profiles can be realized at the same time. The pressure curve control is useful for finely dosed EBV control or axis-by-axis ABS control as well as for precise coordination of the braking torques, which are generated by the pressure supply, with the braking torque curve of electric motors.
Das Multiplexverfahren und/oder das PWM-Ansteuerungsverfahren der Magnetventile bietet alle Freiheitsgrade einer hochpräzisen bremskreisindividuellen Regelung bei gleichzeitig hoher Fehlersicherheit eines geschlossenen Bremskreises. So werden vorteilhaft schlafende Fehler vermieden und es ist eine gute, einfache und sichere Diagnose von Leckagen möglich. Um das PWM- bzw. Stromregelverfahren einzusetzen, müssen die Magnetventile als stromlos offene Schaltventile ausgeführt werden, so dass über Spannungsregelung der Spulen der Magnetventile ein variabler Öffnungsquerschnitt eingestellt werden kann.The multiplex method and / or the PWM control method of the solenoid valves offer all the degrees of freedom of a high-precision brake circuit-specific control while at the same time providing a high level of error safety for a closed brake circuit. In this way, sleeping errors are advantageously avoided and a good, simple and reliable diagnosis of leaks is possible. To use the PWM or current control method, the solenoid valves must be designed as normally open switching valves so that a variable opening cross-section can be set by regulating the voltage of the solenoid valve coils.
Mittels der Druckversorgungseinrichtung können auch vereinfachte Regelfunktionen, d.h. vereinfachter achsweiser ABS-Regelbetrieb (Ausführungsform A) realisiert werden, bei der die Raddrücke achsindividuell, aber nicht radindividuell geregelt werden. Diese Vereinfachung kombiniert mit der hochpräzisen PPC-Druckregelung ist für diverse Anwendungen, wie z.B. Zweiräder und Rennfahrzeuge mit zwei Achsen, wo ein ABS/ESP-Regelung nicht zugelassen ist, ausreichend. Mit der achsindividuelle Bremskraftregelung (EBV-Funktion) können stärkere Verzögerungen als bei einer reinen Select-Low-Regelung an allen Rädern erzielt werden, da die Bremskraftverteilung entsprechend der Achslastverteilung an Vorder- und Hinterachse aufgeteilt werden kann, d.h. an der Hinterachse wird bei starken Verzögerungen ein niedriger Druck eingestellt als an der Vorderachse. Auch bei Straßenfahrzeugen führt die achsindividuelle Regelung lediglich zu Einschränkungen lediglich beim µ-Spit Betrieb, d.h. wenn die Räder auf der einen rechten/linken Seite des Fahrzeuges auf Eis stehen und die Räder der linken/rechten Seite auf Asphalt stehen. In diesem Fall wird der Druck derart eingestellt, dass keine der Räder blockieren. Dies führt zu längeren Bremswegen, dennoch ist das Fahrzeug noch lenkbar.The pressure supply device can also be used to implement simplified control functions, i.e. simplified ABS control mode for each axle (embodiment A), in which the wheel pressures are controlled for each axle, but not for each individual wheel. This simplification combined with the high-precision PPC pressure control is sufficient for various applications, such as two-wheelers and racing vehicles with two axles, where ABS / ESP control is not permitted. With the axle-specific braking force control (EBV function), stronger decelerations can be achieved on all wheels than with a pure Select-Low control, since the braking force distribution can be divided according to the axle load distribution on the front and rear axles, i.e. on the rear axle in the event of severe decelerations a lower pressure set than on the front axle. With road vehicles, too, the individual axle control only leads to restrictions only in µ-Spit operation, i.e. when the wheels on one right / left side of the vehicle are on ice and the wheels on the left / right side are on asphalt. In this case, the pressure is adjusted so that none of the wheels lock. This leads to longer braking distances, but the vehicle can still be steered.
Mittels der Ausführungsform B des erfindungsgemäßen Bremssystems in einer Achse kann eine radindividuelle Regelung durchgeführt werden, wodurch das System dann sämtliche Freiheitsgrade hat. Die Ausführungsform B ermöglicht radindividuelles ABS/ESP sowie die Anti-Schlupf-Regelfunktion (ASR), Torque Vektoring und Lenkungseingriffe. Die zweite Ausführungsform B bietet alle Freiheitsgrade für einen Achssteller und kann in modernen Elektro-Achsmodulen mit einem starken elektrischen Traktionsmotor eingesetzt werden und kann zudem mit weiteren Ventilschaltung einfach erweitert werden, um weitere hydraulische Stellglieder in der E-Achse (z.B. Betätigung von Kupplungen von Doppelkupplungssystemen eines der 2-Gang-Getriebes, das in modernen E-Fahrzeuge bevorzugt eingesetzt und Bestandteil einer Fahrzeugachse ist) mit Druck versorgen. Da Gangschaltung und Bremsung nicht gleichzeitig erfolgen, führt der MUX-Betrieb von Bremse und Kupplung zu keinen Einschränkungen in der Funktion.By means of embodiment B of the braking system according to the invention in one axle, individual wheel control can be carried out, whereby the system then has all degrees of freedom. Embodiment B enables ABS / ESP for each wheel as well as the anti-slip control function (ASR), torque vectoring and steering interventions. The second embodiment B offers all the degrees of freedom for an axle actuator and can be used in modern electric axle modules with a powerful electric traction motor and can also be easily expanded with additional valve switching to include additional hydraulic actuators in the e-axis (e.g. actuation of clutches of double clutch systems one of the 2-speed transmissions, which are preferably used in modern electric vehicles and is part of a vehicle axle) with pressure. Since gear shifting and braking do not take place at the same time, the MUX operation of the brake and clutch does not lead to any functional restrictions.
Es ist ebenso möglich, dass das erfindungsgemäße Bremssystem der ersten Ausführungsform A mit einer bereits bekannten Standard ABS/ESP-Einheit, welche zwischen die Druckversorgungseinrichtung und die Bremskreise zwischengeschaltet wird, ausgebildet wird. Die ABS/ESP-Funktion übernimmt dabei die radindividuelle Regelung und das erfindungsgemäße Bremssystem kann bei Ausfall der ABS/ESP-Einheit immer noch die achsindividuelle Bremsdruckregelung /achsweise ABS-Funktion) mit Rekuperation ermöglichen, womit die Redundanzanforderungen für diverse Stufen des autonomen Fahrbetriebs (AD) Stufe 3 und Stufe 4 (siehe ATZ Artikel Bremskraftverstärker für das autonome Fahren, Ausgabe 3/19) erfüllt werden können. Zudem können beide Bremsmodule separat appliziert und von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden, wobei das zentrale Bremsenmanagement (
Nachfolgend werden besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Bremssystems einzeln näher erläutert:
- - vorteilhafte Möglichkeit der Einbindung des Bremssystems und deren Bremsenregelung in eine Domänenstruktur einer zentralen Fahrdynamikregelung mit der Möglichkeit der Optimierung der gesamten Fahrdynamik und Einbindung mehrerer Stellaktuatoren für Bremse, Lenkung und Dämpfung sowie Einbindung der elektrischen Traktionsmotoren;
- - Zentralsteuerung vom mindestens einem elektrischen Antriebsmotor und hydraulischer Bremse kann vorteilhaft zur Optimierung des Verschleißes von mechanischen Teilen genutzt werden. So kann der Verschleiß des Bremssattels sowie die Erwärmung von Bremssatteln durch Aufteilung der Bremsenergie auf die mechanisch/hydraulische Bremse und den mindestens einen elektrischen Antriebsmotor bzw. Traktionsmotor, welcher aufgrund typischer Wasserkühlung Wärme sehr gut abführen kann, reduziert werden. Damit können Fadingeffekte reduziert werden und das hydraulische Bremssystem kann auf geringere Drücke ausgelegt werden, wodurch die Druckversorgung downgesized werden kann. z.B. kann der Antriebsmotor für die Druckversorgung auf ein geringes Drehmoment ausgelegt werden. Zudem können die Lastzyklen mit maximaler Belastung reduziert werden und die mechanischen Komponenten, wie z.B. Spindeltrieb, Kolbendichtungen, können einfacher ausgeführt werden, da eine geringe hydraulische Belastung auf die Druckversorgung wirkt. Auch ist es denkbar, ein einfaches Getriebe, wie z.B. eine Trapezspindel aus Kunststoff, oder ein Kunststoffgehäuse für die Druckversorgung einzusetzen und/oder als Druckversorgung eine kostengünstige Rotationspumpe einzusetzen. Dies erfordert jedoch einen sehr starken elektrischen Antriebsmotor mit einer Leistung von größer 100 kW. Dieses oben beschriebene Downsizingpotential kann jedoch durch anderer Regelanforderungen, z.B. lang andauerndem Anti-Schlupf-Regelbetrieb (ASR) bei Fahrbahnen mit unterschiedlichen Reibwerten zunichte gemacht werden, da hier ein dauerhafter Betrieb bei hohen Drücken erfolgt. Dieses Downsizingpotential ist daher ggf. begrenzt auf Fahrzeuge im autonomen Fahrbetrieb mit reduzierten Geschwindigkeiten in bestimmten Klimazonen, wo keine kritischen ASR-Anforderungen erfüllt werden müssen (z.B. Fahrzeugbetrieb in Indien)
- - die vorteilhafte Multiplexregelung (MUX-Regelung) oder die präzise PPC-Regelung mit PWM-Steuerung der Ventile ist beim Druckaufbau und/oder Druckabbau einsetzbar und ermöglicht somit sehr viele Freiheitsgrade in der präzisen Druckregelung mehrerer hydraulischer Stellglieder. Zudem ist eine Kombination von MUX-Regelung und PPC/PWM-Regelung möglich, wodurch eine sehr präzise Abstimmung auf den mindestens einen elektrischen Antriebsmotor möglich ist und gleichzeitig bremskreisindividuelle Bremsdrücke eingestellt werden können;
- - die EBV-Funktion, d.h. die elektrische Bremskraftverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse, kann deutlich einfacher und mit höherer Regelgüte als bei bekannten Bremssystemen im Markt, z.B. auf Basis MKC1-Bremssystem gemäß
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- - vorteilhafte Möglichkeit der Optimierung der Bremsmomentaufbaudynamik durch gleichzeitige Nutzung des hydraulischen Bremssystems und der Elektromotoren, wodurch z.B. eine kürzere Zeit zum Erreichen des Blockierdruckes, insbesondere bei Notbremsfunktionen, erzielbar ist;
- - Optimierungsmöglichkeit der Rekuperationsleistung über die Elektromotoren, derart, dass in gewissen Situationen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten <120 km/h ausschließlich bzw. weitestgehend, insbesondere mehr als zweidrittel (2/3) der Verzögerung, über den einen oder beide elektrische Antriebsmotor(en) (Traktionsmotor(en)) erzielbar sind, z.B. bei geringen Fahrgeschwindigkeiten. Die Verzögerungsleistung ist dabei begrenzt durch die max. Leistung und das maximale Drehmoment des Elektromotors;
- - eine einfache und sichere Regelung der Bremsdrücke über die Druckversorgungseinrichtung im Multiplexbetrieb (MUX-Betrieb) mit sehr geringem Ventilaufwand im zugleich geschlossenen Bremskreis, d.h. ohne Auslassventile, die im Regelbetrieb die Bremskreise mit dem Vorratsbehälter verbinden, ist möglich. Der Entfall von Auslassventilen hat den Vorteil, dass die Bremskreise im aktiven Betrieb mit dem Vorratsbehälter nicht hydraulisch verbunden werden und damit können unerkannte Undichtigkeiten bei Ventilen, z.B. durch Schmutzpartikel im Ventilsitz (schlafende Fehler) vermieden bzw. diagnostiziert werden, was die Zuverlässigkeit erhöht;
- - Das Bremssystem hat in bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems, siehe insbesondere die in
den 3 und3a gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen, eine sehr hohe Verfügbarkeit durch die nachfolgend aufgeführten Redundanzen, welche einzeln oder in Kombination oder alle bei dem erfindungsgemäßen Bremssystem vorgesehen werden können:- a) redundante und zugleich diagnostizierbare Dichtungen in sowohl der Betätigungseinheit und Druckversorgung,
- b) redundante 2x3 Phasen-Kontaktierung der Anschlüsse des Elektromotors der Druckversorgung,
- c) redundante in Reihe geschaltete Ventile zwischen Druckversorgung und Bremskreis bzw. zwischen Betätigungseinheit und Bremskreis,
- d) redundante Bordnetzanschlüsse der Slave-ECUs,
- e) Redundanz durch Bremsen über Elektromotor bei Ausfall oder Teilausfall der Druckversorgung.
- f) Redundante Datenübertragung z.B. durch über redundante kabelgebundene Datenübertragung oder kabellose Datenübertragung mit hohem Sicherheitsstandard (z.B. mit Datenübertragungsmöglichkeiten mit geringer Latenzzeit, z.B. 5G-Funktdatenübertragung oder neuen Bluetooth-Protokollen erfolgen) bzw. Kombination von kabelgebunden und kabelloser Datenübertragung
- - eine sehr gute Diagnosemöglichkeit der hydraulischen Fehler, wie z.B. Undichtigkeiten oder Bremskreisausfall, ist durch die Ausführung als geschlossenes System (keine schlafenden Fehler) möglich und die Diagnose durch Druckaufbau über die Druckversorgung ist ebenso möglich;
- - die Druckversorgung kann alternativ als eine über einen Elektromotor und eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit oder eine über einen Elektromotor angetriebene Rotationskolbenpumpe, insbesondere einer Zahnradpumpe, ausgebildet werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Druckversorgung in beiden Ausführungsformen unter Verwendung entweder einer Kolbenpumpe oder einer Rotationspumpe sowohl Druck aufgebaut als auch Druck abgebaut werden kann und somit die oben beschriebenen Regelverfahren eingesetzt werden können. Bei Verwendung einer Zahnradpumpe ist der Begriff PPC-Druckregelverfahren nicht zutreffend, die Regelung erfolgt anstatt über die Kolbenposition über eine Winkelposition der Rotationspumpe und entspricht damit einem verdrängten Volumen, wobei vorteilhaft die Druck-Volumen-Kennlinie und der Motorstrom bei beiden Verfahren für die Druckregelung genutzt werden können. Bei Verwendung einer Zahnradpumpe muss zusätzlich die prinzipbedingte Leckage der Rotationspumpe erkannt und in der Regelung berücksichtigt werden.
- - es besteht vorteilhaft, bei ausreichender Redundanz der Betätigungseinheit (red. Dichtungen) oder der Slave-Bremskrafterzeuger (Motoren, red. Druckversorgung), eine mechanische Rückfallebene, wobei die Betätigungseinheit vorteilhaft sehr einfach als einfacher kostengünstiger und kurzbauender Hauptbremszylinder ausgeführt werden kann; Dies hat eine hohe Bedeutung, insbesondere weil die Baulänge das Kofferraumvolumen eines E-Fahrzeuges beeinflusst und aus Crash-Gesichtspunkten aufgrund der Anbindung an der Spritzwand eines Fahrzeuges ein kritischer Auslegungspunkt ist.
- - Das Bremssystem kann vorteilhaft modular für verschiedene Ausführungsformen aufgebaut sein, wobei nachfolgend einige mögliche Modulbauweisen aufgezählt werden:
- a. zentrales Bremsenmanagement als separate Einheit oder Modul einer zentralen Domäne des Fahrdynamikmanagements oder Bestandteil der Druckversorgungseinrichtung bzw. deren Steuereinheit;
- b. einzelne Module, die bedarfsweise zusammengenommen und in verschiedenen Anordnungen zusammengefügt sind, wie z.B. aufgelöstes System mit separater Betätigungseinheit und separate Regeleinheit;
- c. aufgelöstes System mit separater Betätigungseinheit;
- d. aufgelöstes System mit E-Pedal und separater redundanter Regeleinheit und redundanter Datenübertragung;
- e. integrierte Einheit, wobei Betätigungseinheit und Druckversorgung mit 2-kreisiger Regelung in einem Modul zusammengefasst sind;
- f. Druckversorgung gebildet durch eine über einen Elektromotor und Getriebe angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit oder gebildet durch eine über einen Elektromotor angetriebene Rotationspumpe, insbesondere in Form einer Zahnradpumpe;
- g. gesonderte ABS-Einheit bzw. Raddruckregeleinheit, die Bremskreisdrücke auf verschiedene Räder aufteilt, einfach gestaltbar sowie anschließbar die als Modul ausgebildete Druckversorgungseinrichtung anschließbar, wobei diese separat applizierbar auch für radindividuelle Regelung an den Achsen ist;
- h. ABS/ESP-Regeleinheit als Standalone-System mit eigener Druckversorgung (Redundanz) oder einfache Ventilregeleinheit unter Nutzung der Vordruckregelung durch das Bremssystem;
- j. Betätigungseinheit in separatem Gehäuse, abnehmbar von der Druckversorgung für aufgelöstes System, wobei die Druckversorgung parallel zur Betätigungseinheit angeordnet ist; k. Druckversorgung als Rotationskolbenpumpe, wobei die Achse der Rotationspumpe senkrecht zur Achse der Kolben-Zylinder-Einheit der Betätigungseinheit ausgerichtet ist, wobei die Rotationspumpe und Magnetventile in einer Baueinheit integriert sind.
- l. vollvariables Bremssystem für den Einsatz in einem Elektro-Achsmodul einer Elektroachse für ABS/ESP, Torque Vektoring, Lenkungseingriffe sowie gleichzeitiger Rekuperationsregelung über Elektromotoren und damit mit allen Freiheitgraden versehen für dynamischen und zugleich präzisen radindividuellen Druckregelung bei gleichzeitiger hoher Fehlersicherheit, Redundanzen und geschlossen Bremskreis. Während Lösungen gemäß Stand der Technik, z.B.
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- - Advantageous possibility of integrating the brake system and its brake control into a domain structure of a central driving dynamics control with the possibility of optimizing the entire driving dynamics and integrating several actuators for brakes, steering and damping as well as integrating the electric traction motors;
- - Central control of at least one electric drive motor and hydraulic Brake can be used advantageously to optimize the wear and tear on mechanical parts. The wear of the brake caliper and the heating of the brake caliper can be reduced by dividing the braking energy between the mechanical / hydraulic brake and the at least one electric drive motor or traction motor, which can dissipate heat very well due to typical water cooling. This allows fading effects to be reduced and the hydraulic brake system can be designed for lower pressures, whereby the pressure supply can be downsized. For example, the drive motor for the pressure supply can be designed for a low torque. In addition, the load cycles with maximum load can be reduced and the mechanical components, such as, for example, spindle drive, piston seals, can be designed more simply, since a low hydraulic load acts on the pressure supply. It is also conceivable to use a simple gear, such as a trapezoidal spindle made of plastic, or a plastic housing for the pressure supply and / or to use an inexpensive rotary pump as the pressure supply. However, this requires a very powerful electric drive motor with an output of more than 100 kW. This downsizing potential described above can, however, be nullified by other control requirements, for example long-term anti-slip control operation (ASR) on roads with different coefficients of friction, since permanent operation takes place at high pressures. This downsizing potential is therefore limited to vehicles in autonomous driving operation at reduced speeds in certain climate zones where no critical ASR requirements have to be met (e.g. vehicle operation in India)
- - The advantageous multiplex control (MUX control) or the precise PPC control with PWM control of the valves can be used for pressure build-up and / or pressure reduction and thus enables a great deal of freedom in the precise pressure control of several hydraulic actuators. In addition, a combination of MUX control and PPC / PWM control is possible, as a result of which a very precise adjustment to the at least one electric drive motor is possible and, at the same time, individual brake pressures can be set;
- - The EBV function, ie the electrical braking force distribution between the front axle and rear axle, can be performed much more easily and with higher control quality than with known brake systems on the market, for example based on the MKC1 brake system
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- - Advantageous possibility of optimizing the braking torque build-up dynamics through simultaneous use of the hydraulic brake system and the electric motors, whereby, for example, a shorter time to reach the locking pressure, especially during emergency braking functions, can be achieved;
- - Possibility to optimize the recuperation power via the electric motors, so that in certain situations at low vehicle speeds <120 km / h only or as much as possible, in particular more than two-thirds (2/3) of the deceleration, via one or both electric drive motor (s) ( Traction motor (s)) can be achieved, for example at low driving speeds. The deceleration power is limited by the maximum power and the maximum torque of the electric motor;
- - A simple and safe control of the brake pressures via the pressure supply device in multiplex operation (MUX operation) with very little valve effort in the brake circuit that is closed at the same time, ie without outlet valves that connect the brake circuits to the reservoir in normal operation. The omission of outlet valves has the advantage that the brake circuits are not hydraulically connected to the reservoir during active operation and thus undetected leaks in valves, for example due to dirt particles in the valve seat (dormant faults), can be avoided or diagnosed, which increases reliability;
- - The braking system has in certain embodiments of the system according to the invention, see in particular those in FIGS
3 and3a shown and described embodiments, a very high availability due to the redundancies listed below, which can be provided individually or in combination or all in the brake system according to the invention:- a) redundant and at the same time diagnosable seals in both the actuation unit and pressure supply,
- b) redundant 2x3 phase contacting of the connections of the electric motor of the pressure supply,
- c) redundant valves connected in series between pressure supply and brake circuit or between actuation unit and brake circuit,
- d) redundant on-board network connections of the slave ECUs,
- e) Redundancy through braking via an electric motor in the event of failure or partial failure of the pressure supply.
- f) Redundant data transmission, e.g. through redundant wired data transmission or wireless data transmission with a high security standard (e.g. with data transmission options with low latency, e.g. 5G radio data transmission or new Bluetooth protocols) or a combination of wired and wireless data transmission
- - A very good possibility to diagnose hydraulic errors, such as leaks or brake circuit failure, is possible due to the design as a closed system (no dormant errors) and diagnosis by building up pressure via the pressure supply is also possible;
- - The pressure supply can alternatively be designed as a piston-cylinder unit driven by an electric motor and a non-hydraulic transmission device or a rotary piston pump driven by an electric motor, in particular a gear pump, which is characterized in that the pressure supply is used in both embodiments either a piston pump or a rotary pump both pressure can be built up and pressure can be reduced and thus the control method described above can be used. When using a gear pump, the term PPC pressure control method is not applicable; instead of using the piston position, the control takes place via an angular position of the rotary pump and thus corresponds to a displaced volume, whereby the pressure-volume characteristic curve and the motor current are advantageously used for pressure control in both methods can be. When using a gear pump, the principle-related leakage of the rotary pump must also be recognized and taken into account in the control.
- - It is advantageous, with sufficient redundancy of the actuation unit (red. seals) or the slave brake force generator (motors, red. pressure supply), a mechanical fallback level, wherein the actuation unit can advantageously be designed very simply as a simple, inexpensive and short master cylinder; This is of great importance, in particular because the overall length influences the trunk volume of an electric vehicle and, from a crash point of view, is a critical design point due to the connection to the bulkhead of a vehicle.
- - The braking system can advantageously have a modular structure for different embodiments, some possible modular structures being listed below:
- a. central brake management as a separate unit or module of a central domain of vehicle dynamics management or part of the pressure supply device or its control unit;
- b. individual modules that are put together as required and put together in different arrangements, such as a broken-up system with separate actuation unit and separate control unit;
- c. resolved system with separate actuation unit;
- d. resolved system with e-pedal and separate redundant control unit and redundant data transmission;
- e. integrated unit, whereby the actuation unit and pressure supply with 2-circuit control are combined in one module;
- f. Pressure supply formed by a piston-cylinder unit driven by an electric motor and gearbox or by one driven by an electric motor Rotary pump, in particular in the form of a gear pump;
- G. separate ABS unit or wheel pressure control unit, which distributes brake circuit pressures to different wheels, can be easily configured and connected, the pressure supply device designed as a module can be connected, whereby this can also be applied separately for wheel-specific control on the axles;
- H. ABS / ESP control unit as a standalone system with its own pressure supply (redundancy) or simple valve control unit using the pre-pressure control by the brake system;
- j. Actuating unit in a separate housing, removable from the pressure supply for the resolved system, the pressure supply being arranged parallel to the actuating unit; k. Pressure supply as a rotary piston pump, the axis of the rotary pump being aligned perpendicular to the axis of the piston-cylinder unit of the actuating unit, the rotary pump and solenoid valves being integrated in one structural unit.
- l. Fully variable braking system for use in an electric axle module of an electric axle for ABS / ESP, torque vectoring, steering interventions as well as simultaneous recuperation control via electric motors and thus provided with all degrees of freedom for dynamic and at the same time precise wheel-specific pressure control with high error safety, redundancies and closed brake circuit. While prior art solutions, e.g.
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Mögliche Anwendungsbereiche für das erfindungsgemäße BremssystemPossible areas of application for the braking system according to the invention
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist vorteilhaft für die folgenden Fahrzeugtypen einsetzbar:
- - für Bremssysteme für Rennsportfahrzeuge mit Funktionsumfang der hochdynamischen und präzisen achsweisen Bremsmomentenregelung im Sinne der EBV-Optimierung (EBV = elektronische Bremskraftverteilung) sowie gleichzeitiger Rekuperation über mindestens einen Elektromotor an einer oder zwei Achsen;
- - für Fahrzeuge ohne bzw. mit nur achsweiser ABS-Regelung, z.B. im Rennsport, Versuchsfahrzeuge für die Entwicklung von zentralen Fahrdynamikregelungen mit Elektromotoren an mehreren Achsen oder Fahrzeuge mit geringen Anforderungen an ABS-Regelung, wie z.B. langsam fahrende People-Mover Fahrzeuge;
- - für Fahrzeuge mit sehr hoher Antriebsleistung und hohen Fahrdynamikanforderungen, sog. Super-Cars oder Hyper-Cars, mit elektrischen Traktionsmotoren an mehreren Achsen oder mehreren Rädern einer Achse;
- - für 2-Radfahrzeuge mit je einem Elektromotor an einem Rad, z.B. E-scouter oder Elektro-Pedelecs, wodurch dann eine komplette 2-Rad ABS-Regelung möglich ist. Für die 2-Rad-Lösung wird insbesondere die kostengünstige elektrisch angetriebene Zahnradpumpe mit integrierter Hydraulikeinheit
HCU gemäß2 verwendet, welche derart abgewandelt ist, dass statt einer Achse mit zwei Rädern in einem Bremskreis nur ein Rad vorgesehen ist. Es kann ebenso ein Aufbau der Zahnradpumpe mit integrierterHCU mit Ventilen gemäß6a ,6b eingesetzt werden. Gegenüber herkömmlichen 2-Rad-ABS-Systemen mit Kolbenpumpe kann der Druck durch PPC-Druckregelung sowie Multiplexbetrieb und PWM-Steuerung der Magnetventile sehr präzise und dynamisch gesteuert werden und optimal auf die Rekuperation über den elektrischen Antriebsmotor an einem Rad abgestimmt werden, wobei zusätzlich die EBV-Steuerung an den Rädern realisiert werden kann. Dies verbessert die Bremsperformance sowie Sicherheit von 2-Radfahrzeugen. Das zentrale Bremsenmanagement ist dann in der ECU der Druckversorgungeinrichtung vorzugsweise integriert. - - für E-Bikes (Elektro-Pedelecs) mit einem Zentralmotor oder Radnabenmotor, wo durch die erfindungsgemäße Zentralsteuerung eine ABS-Funktion an den beiden Rädern z.B. durch Einbindung Drehmoments eines Radnabenmotors realisiert. Wird ein Zentralmotor eingebunden, ist sicherzustellen, dass der zentrale Antriebsmotor bei ABS-Betrieb kein Antriebsmoment bzw. ein Bremsmoment erzeugt und sich nicht auf den Antriebsmotor auswirkt. Aus Kostengründen wird hier eine kostengünstige Lösung der Druckversorgung in der Ausführungsform als Rotationspumpe mit zwei Schaltventilen präferiert mit entsprechender Einbindung der Bremsanlage (z.B.
2c ). - - für Fahrzeuge mit Elektro-Achsmodulen, z.B. Hinterachsmodul mit einem Traktionsmotor optional ergänzt um lastunterbrechungsfreien 2-Gang-Doppelkupplungsgetriebe für die Achse oder elektrischen Traktionsmotoren für die unterschiedlichen Räder einer Achse mit Rekuperation sowie ABS/ESP-,Torque Vektoring und/oder Lenkungsfunktion z.B. als weiteren Lenkungssteller in Ergänzung einer elektrischen Servolenkung an der Vorderachse. Das erfindungsgemäße Bremssystem kann auch für eine Notlenkungsfunktion bei Ausfall der elektrischen Servolenkung bzw. als Ergänzung zum Lenkungseingriff an einer Achse und/oder an einer zweiten Achse genutzt werden;
- - für kostengünstige Fahrzeuge in BRIC-Ländern, wo achsweise, bremskreisindividuelle Regelung ausreichend ist und optional elektrische oder elektrohydraulische Servolenkung für Fahrzeugstabilisierungszwecke eingesetzt wird;
- - modular ergänzbar mit separat operierender ABS/ESP-Regeleinheit, wobei beide Einheiten dann von separaten Bremsenherstellern bezogen werden können und zudem separat für das Fahrzeug applizierbar sind, wobei die Applikation der primären erfindungsgemäßen Bremsanlage durch den Fahrzeughersteller vorgenommen werden kann.
- - modular einsetzbar in Kombination mit zusätzlichem Radbremsmodul an der zweiten Achse, z.B. Hinterachse, wo beispielsweise eine elektromechanische Bremse (EMB) oder hydraulisch unterstützte elektromechanische Bremse (H-EMB) eingesetzt wird, wobei dann im erfindungsgemäßen Bremssystem die zwei Bremskreise des Bremssystems auf die Räder der Vorderachse aufgeteilt werden, so dass aus dem erfindungsgemäßen Bremssystem ein vollwertiges ABS/ESP-System mit zusätzlichen Freiheitgraden der Lenkungseingriffs und Torque-Vektoring bei gleichzeitiger Rekuperation gebildet werden kann, wobei beide erfindungsgemäße Achsmodule und elektromechanische(n) Bremse(n) EMB in das Bremsenmanagement integriert und zentral gesteuert werden. Diese Variante der erfindungsgemäßen Bremsanlage ist prädestiniert für eine E-Pedallösung bzw. fahrerlose Fahrzeuge ohne Pedal. Alternativ zur EMB bzw. H-EMB an der zweiten Achse kann die erfindungsgemäße Lösung auch für die zweite Achsen dupliziert werden.
- - For braking systems for racing vehicles with the functionality of the highly dynamic and precise axle-wise braking torque control in the sense of EBV optimization (EBV = electronic braking force distribution) as well as simultaneous recuperation via at least one electric motor on one or two axles;
- - For vehicles without or with only axle-based ABS control, e.g. in racing, test vehicles for the development of central vehicle dynamics controls with electric motors on several axles or vehicles with low requirements for ABS control, such as slow-moving people-mover vehicles;
- - For vehicles with very high drive power and high demands on driving dynamics, so-called super cars or hyper cars, with electric traction motors on several axles or several wheels on one axle;
- - for 2-wheel vehicles with an electric motor on each wheel, e.g. e-scouters or electric pedelecs, which then enables complete 2-wheel ABS control. The cost-effective electrically driven gear pump with integrated hydraulic unit is particularly suitable for the 2-wheel solution
HCU according to2 used, which is modified in such a way that instead of an axle with two wheels in a brake circuit only one wheel is provided. A structure of the gear pump can also be integratedHCU with valves according to6a ,6b can be used. Compared to conventional 2-wheel ABS systems with piston pumps, the pressure can be controlled very precisely and dynamically by PPC pressure control as well as multiplex operation and PWM control of the solenoid valves and optimally matched to the recuperation via the electric drive motor on one wheel, with the EBV control can be implemented on the wheels. This improves the braking performance and safety of 2-wheel vehicles. The central brake management is then preferably integrated in the ECU of the pressure supply device. - - For e-bikes (electric pedelecs) with a central motor or wheel hub motor, where the central control according to the invention realizes an ABS function on the two wheels, for example by integrating the torque of a wheel hub motor. If a central motor is integrated, it must be ensured that the central drive motor does not have any drive torque or torque during ABS operation. generates a braking torque and does not affect the drive motor. For reasons of cost, a cost-effective solution for the pressure supply in the embodiment as a rotary pump with two switching valves is preferred with a corresponding integration of the brake system (e.g.
2c ). - - For vehicles with electric axle modules, e.g. rear axle module with a traction motor, optionally supplemented with load-interruption-free 2-speed double clutch transmission for the axle or electric traction motors for the different wheels on an axle with recuperation as well as ABS / ESP, torque vectoring and / or steering function e.g. as further steering actuator in addition to an electric power steering on the front axle. The braking system according to the invention can also be used for an emergency steering function in the event of failure of the electric power steering or as a supplement to the steering intervention on one axle and / or on a second axle;
- - For inexpensive vehicles in BRIC countries, where axle-by-axle, individual brake circuit control is sufficient and electrical or electrohydraulic power steering is optionally used for vehicle stabilization purposes;
- - Modularly supplementable with separately operating ABS / ESP control unit, both units can then be obtained from separate brake manufacturers and can also be applied separately for the vehicle, whereby the application of the primary brake system according to the invention can be carried out by the vehicle manufacturer.
- - Can be used modularly in combination with an additional wheel brake module on the second axle, e.g. rear axle, where, for example, an electromechanical brake (EMB) or hydraulically assisted electromechanical brake (H-EMB) is used, the two brake circuits of the brake system then acting on the wheels in the brake system according to the invention the front axle are divided so that a full-fledged ABS / ESP system with additional degrees of freedom of steering intervention and torque vectoring with simultaneous recuperation can be formed from the braking system according to the invention, with both axle modules according to the invention and electromechanical brake (s) EMB in the Brake management can be integrated and controlled centrally. This variant of the brake system according to the invention is predestined for an e-pedal solution or driverless vehicles without a pedal. As an alternative to the EMB or H-EMB on the second axis, the solution according to the invention can also be duplicated for the second axis.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems näher erläutert.In the following, possible embodiments of the brake system according to the invention are explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigen:
-
1 : eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit modularem Aufbau mit Tandem-HauptbremszylinderTHZ und zweikreisiger Rückfallebene in Vorderachse und Hinterachse; -
1a : eine erste mögliche Ausführungsform eines zentralen Bremsenmanagement für ein Bremssystem für eine Fahrerwunschregelung (FW) oder eine alternative Regelung bei autonomem Fahren (AD-Ctrl); -
1b : eine weitere mögliche Ausführungsform des Bremssystems, bei dem die Verbindung des zweiten Bremskreises mit der Druckversorgungseinrichtung über die Kolben-Zylinder-Einheit der Betätigungseinrichtung erfolgt und das Schaltventil zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und dem Anschluss der Druckversorgungseinrichtung angeordnet ist; -
1c : eine weitere mögliche Ausführungsform des Bremssystems, bei dem die Verbindung des zweiten Bremskreises mit der Druckversorgungseinrichtung über die Kolben-Zylinder-Einheit der Betätigungseinrichtung erfolgt und das Schaltventil zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Druckversorgung der Druckversorgungseinrichtung angeordnet ist; -
2a : eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß1 mit einem Single-Hauptbremszylinder mit Verzweigungsschaltung und Hauptbremszylinder mit redundanten diagnostizierbaren Dichtungen aus, sowie einer Gateway-Schaltung; -
2b : eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß3a , wobei lediglich die Betätigungseinheit in der Rückfallebene auf den zweiten Bremskreis wirkt, und bei der bei Bremskreisausfall durch Bremswirkung der Motoren an der Vorderachse und Hinterachse ein Bremsmoment erzielbar ist; -
2c : Ausführungsform wie3b , wobei die Druckversorgung als elektrische angetriebene Rotationspumpe, z.B. Zahnradpumpe ausgebildet ist, wobei die Regelung des Drucks über Winkelgeber (Position der Zahnradpumpe) und Strom (Drehmoment) erfolgen kann; -
3 : fehlersichere redundante Ausführungsform mit E-Pedal für Rekuperation und achsweise Druckregelung im MUX und PWM-Betrieb; -
3a Elektro-Achslösung mit zentraler Steuerung mit radindividueller Regelung und mehrfachen Redundanzen in Bremssystem; -
3b eine Querschnittsdarstellung durch eine hydraulisch unterstützte elektromechanische Bremse H-EMB; -
4 : Ausführungsform gem.1c ergänzt um separat operierende ABS/ESP-Einheit; -
5 : Druckversorgung mit 2x3-Phasen und red. diagnostizierbare Dichtungen; -
6a ,6b : Druckversorgungseinrichtung mit im Elektromotor integrierter Rotationspumpe undHCU ; -
7a : 2-Kanal Druckaufbauregelung mit PPC-Regelung und mit zusätzlich PWM-Steuerung eines Ventils, das die DruckversorgungDV mit Hinterachse verbindet; -
7b : 2-Kanal Druckabbauregelung mit PPC-Regelung und mit zusätzlich PWM-Steuerung eines Ventils, das die DruckversorgungDV mit Vorderachse verbindet; -
7c : 2-kanal MUX-Regelung; -
8a -9b : verschiedene mögliche Modulbauweisen für das erfindungsgemäße Bremssystem, insbesondere die vorbeschriebenen Ausführungsformen; -
10 : Bremssystem für 2-Räder (ein Rad in einer Achse).
-
1 : a first possible embodiment of a brake system according to the invention with a modular structure with a tandem master brake cylinderTHZ and two-circuit fallback level in the front axle and rear axle; -
1a : a first possible embodiment of a central brake management system for a brake system for a driver request control (FW) or an alternative control for autonomous driving (AD-Ctrl); -
1b : Another possible embodiment of the brake system, in which the connection of the second brake circuit with the pressure supply device takes place via the piston-cylinder unit of the actuating device and the switching valve is arranged between the piston-cylinder unit and the connection of the pressure supply device; -
1c Another possible embodiment of the brake system, in which the connection of the second brake circuit to the pressure supply device takes place via the piston-cylinder unit of the actuating device and the switching valve is arranged between the piston-cylinder unit and the pressure supply of the pressure supply device; -
2a : a modification of the embodiment according to FIG1 with a single master cylinder with branch circuit and master cylinder with redundant diagnosable seals, as well as a gateway circuit; -
2 B : a modification of the embodiment according to FIG3a , whereby only the actuation unit acts on the second brake circuit in the fallback level, and in which, in the event of a brake circuit failure, a braking torque can be achieved by the braking action of the motors on the front axle and rear axle; -
2c : Embodiment like3b The pressure supply is designed as an electrically driven rotary pump, for example a gear pump, with the pressure being regulated via angle sensors (position of the gear pump) and current (torque); -
3 : fail-safe, redundant embodiment with e-pedal for recuperation and pressure control on an axis in MUX and PWM operation; -
3a Electric axle solution with central control with individual wheel control and multiple redundancies in the braking system; -
3b a cross-sectional view through a hydraulically assisted electromechanical brake H-EMB; -
4th : Embodiment according to.1c supplemented by separately operating ABS / ESP unit; -
5 : Pressure supply with 2x3 phases and red. diagnosable seals; -
6a ,6b : Pressure supply device with rotary pump integrated in the electric motor andHCU ; -
7a : 2-channel pressure build-up control with PPC control and with additional PWM control of a valve that controls the pressure supplyDV connects to rear axle; -
7b : 2-channel pressure reduction control with PPC control and with additional PWM control of a valve that controls the pressure supplyDV connects with front axle; -
7c : 2-channel MUX control; -
8a -9b : various possible modular designs for the braking system according to the invention, in particular the embodiments described above; -
10 : Brake system for 2 wheels (one wheel in one axle).
Die Betätigungseinrichtung
Die Druckversorgungseinrichtung
Für die Regelung des Bremsdruckes in Abstimmung mit der Rekuperationsregelung über den Elektromotor
Die Schaltventile
Im zentralen Bremsenmanagement der Ausführungsform A werden dann vorzugsweise folgende Funktionen implementiert:
- • achsindividuelle Druckregelung für Rekuperation (Rekuperation)
- • Bremskraftverteilung (EBV),
- • achsweises ABS für Vierräder, ABS für Zweiräder
- • Axis-specific pressure control for recuperation (recuperation)
- • Brake force distribution (EBV),
- • ABS for four-wheelers, ABS for two-wheelers
Wird Ausführungsform B (radindividuelle Regelung mit je einer Radbremse in einem Bremskreis, wie im folgenden bespielweise in
Optional wird auch eine ECU einer elektrischen Servolenkung (
Im zentralen Bremsenmanagement der Ausführungsform B werden dann vorzugsweise folgende primäre Funktionen implementiert:
- • achsindividuelle Druckregelung für Maximierung der Rekuperation über Traktionsmotoren
- • elektronische Bremskraftverteilung (EBV)
- • radindividuelles ABS, ESP, ASR
- • Fahrzeuglenkung (Lenkungs-/ Giermomenteingriffe der Servolenkung und des Bremssystems)
- • Ansteuerung der elektrischen Parkbremse (H-EMB)
- • Axis-specific pressure control to maximize recuperation using traction motors
- • electronic brake force distribution (EBV)
- • ABS, ESP, ASR for each wheel
- • Vehicle steering (steering / yaw torque interventions of the power steering and the braking system)
- • Control of the electric parking brake (H-EMB)
Das Bremsenmanagement ist erweiterbar um weitere Achsen sowie weitere Drucksteller für weitere Achsen (z.B. für LKW-Fahrzeuge), zudem neben den o.g. Funktionen können die üblichen Funktionen von ABS/ESP-Systemen und Fahrerassistenzfunktionen in des zentrale Bremsenmanagement implementiert werden oder optional in die Slave-ECU oder AD-Crtl-Steuerung ausgelagert werden.The brake management can be expanded to include additional axles and additional pressure actuators for additional axles (e.g. for trucks); in addition to the above-mentioned functions, the usual functions of ABS / ESP systems and driver assistance functions can be implemented in the central brake management system or optionally in the slave ECU or AD-Crtl control can be outsourced.
Die ECU des X-Boost ist hier als Slave-ECU
Die Druckversorgung
Zudem kann es aus Fertigungsgründen vorteilhaft sein, den Hauptbremszylinder in zwei Gehäuseteile
Die
In
Die
Zur Verbesserung der Sicherheit können optional zwei in Reihe geschaltete Trennventile
Im Sinne der weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit wird statt eines Tandem-Hauptbremszylinder ein spezieller Hauptbremszylinder mit 3 redundanten Dichtungen mit Diagnosemöglichkeit vorgesehen. Der Hauptbremszylinder weist die Dichtungen
Der Hauptzylinder
Der Druckraum
Die
Die Druckregelung in den Bremskreisen erfolgt analog wie beim in
Der Hauptbremszylinder weist wie in
Die
Die
Die
Alternativ oder ergänzend zu den Traktionsmotoren
Die Druckregelung erfolgt im
Bei der Ausführungsform B mit die zentrale Bremsensteuerung
Die H-EMB wird über mit einer Druckversorgung
In einer Ausführung als H-EMB kann die Druckversorgung gegenüber der Achse 2 signifikant vereinfacht werden, da zur Bremskrafterzeugung ein Elektromotor des H-EMB -Moduls zusätzlich zur Verfügung steht. So kann die Kolbenpumpe (Kolben-Zylinder-Einheit) mit einem Kunststoffgehäuse versehen sein und/oder eine kostengünstige Trapezspindel eingesetzt werden. Das Drehmoment des Antriebsmotors kann zudem sehr gering dimensioniert werden. Auch hier ist der Einsatz einer kostengünstigen elektrischen Rotationspumpe als Druckversorgung möglich und vorteilhaft.In an H-EMB version, the pressure supply can be significantly simplified compared to
Eine derartige Lösung ist prädestiniert für eine E-Pedal-Lösung mit redundanter Datenleitung
Die Druckversorgungseinrichtung
Neben der Betätigung der Bremse ist es möglich, über ein Magnetventil KMVK1 mit der Druckversorgung eine Kupplung bzw. über zwei Magnetventile, bzw. getrennten Hydraulikleitungen auch 2 Kupplungen zu betätigen. Zwei Kupplungen
Die
Der X-Boost entspricht weitestgehend dem Aufbau der
Auch in dieser Ausführungsform werden die Komponenten des Bremskraftsystems sowie die Elektromotoren zentral über eine Steuer- und Regeleinrichtung
Die
Die
Der Motor mit Lagerflansch
Es ist ebenso möglich, die Zahnradpumpe Z in einem Pumpengehäuse
Die Druckversorgungseinrichtung gemäß
Die
Der Druckaufbau der Vorderachse erfolgt durch genaue Vordrucksteuerung über das PPC-Verfahren mit Drucksignal als Regelgröße oder Nutzung von Strom
Die
Die
Die
Die
Durch die Anordnung von Ventilanordnung und Betätigungseinheit in getrennten Gehäusen ist die Betätigungseinheit von dem Modul bzw. der Baueinheit abnehmbar und kann von diesem getrennt werden.By arranging the valve arrangement and the actuating unit in separate housings, the actuating unit can be removed from the module or the structural unit and can be separated from it.
Die
Die
Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- EP 1874602 B1 [0003]EP 1874602 B1 [0003]
- DE 102005055751 B3 [0003, 0004]DE 102005055751 B3 [0003, 0004]
- DE 102005018649 B3 [0003, 0005]DE 102005018649 B3 [0003, 0005]
- DE 102005063659 B3 [0003, 0006]DE 102005063659 B3 [0003, 0006]
- EP 1907253 B1 [0003, 0007, 0015]EP 1907253 B1 [0003, 0007, 0015]
- DE 102013224313 A1 [0021]DE 102013224313 A1 [0021]
- US 9981645 B2 [0021]US 9981645 B2 [0021]
- WO 2018/130406 [0021]WO 2018/130406 [0021]
- WO 2012059175 A1 [0026]WO 2012059175 A1 [0026]
- WO 2018233854 A1 [0036]WO 2018233854 A1 [0036]
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R082 | Change of representative |
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