EP1034104A1 - Elektromechanisches bremssystem - Google Patents

Elektromechanisches bremssystem

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Publication number
EP1034104A1
EP1034104A1 EP98962372A EP98962372A EP1034104A1 EP 1034104 A1 EP1034104 A1 EP 1034104A1 EP 98962372 A EP98962372 A EP 98962372A EP 98962372 A EP98962372 A EP 98962372A EP 1034104 A1 EP1034104 A1 EP 1034104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brake
module
central module
brake system
pedal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98962372A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Böhm
Stefan STÖLZL
Peter Willimowski
Joachim Nell
Rainer Oehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19829126A external-priority patent/DE19829126A1/de
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP1034104A1 publication Critical patent/EP1034104A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/02—Brake-action initiating means for personal initiation
    • B60T7/04—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated
    • B60T7/042—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated by electrical means, e.g. using travel or force sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
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    • B60T8/885—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means using electrical circuitry
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    • B60T2270/404—Brake-by-wire or X-by-wire failsafe
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    • B60T2270/40—Failsafe aspects of brake control systems
    • B60T2270/413—Plausibility monitoring, cross check, redundancy

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical brake system and a method for controlling an electro-mechanical brake system which, through the use of a redundant bus system and redundant or error-detecting modules, increase system security while at the same time being implemented inexpensively.
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction aid or traction control system
  • ESP electronic stability program
  • an automatic brake intervention such as that provided for distance control systems can be.
  • This so-called electronic braking system has one Central module and brake modules assigned to the brake circuits or wheel assemblies.
  • the central module can perform ABS / ASR calculations, adjust the brake force distribution and determine wheel-specific brake pressure setpoints.
  • an electromechanical brake system in particular for motor vehicles, can contain a pedal simulator for the redundant detection of driver actuation of a brake pedal by means of a suitable sensor system.
  • a central module can be provided which determines a brake setpoint based on the output signals of the sensor system.
  • at least one brake module can be provided for actuating at least one wheel brake, wherein the actuation can be based on the brake setpoint.
  • a data transmission unit can be provided, which can be at least partially redundant and establishes a data connection between the central module and the braking module, wherein the central module can have an error detection circuit that has an error 9/26821
  • the central module can take higher functions of the brake system into account to determine the brake setpoint and can furthermore have at least three redundant computers which determine the brake setpoint based on the output signals of the sensor system. Furthermore, higher functions (ABS, ASR, ESP ...) of the braking system can be implemented on at least two of these redundant computers in the central module.
  • both the wheel brake modules or the wheel brakes can be offered as individual systems with a high-quality fail-safe interface, and an inexpensive overall system.
  • a diagonal or a TT circuit division can be implemented without further disadvantages, such as an increased wiring effort or a lack of interference immunity.
  • the installation effort for the vehicle manufacturer is minimal and the wiring effort is very low.
  • clear and simple interfaces are provided in the central module and in the wheel modules, so that the overall system can be easily tested and the communication effort between the individual modules can be reduced. Short analog lines and a power amplifier, which is provided near the actuator, result in a high level of active and passive interference immunity.
  • the figure shows a schematic block diagram according to an embodiment of the invention.
  • the figure shows a pedal simulator 1 with a schematically indicated brake pedal 2.
  • the brake pedal 2 or the movement of the brake pedal 2 can be detected, for example, by means of a sensor system 3 which has at least three sensors. It can e.g. B. two displacement sensors and a force sensor can be used.
  • the output signals of this sensor system 3 can be analog output signals. However, it is also conceivable that the sensor system generates digital outputs or other outputs or other measured variables in whole or in part.
  • These output signals are routed twice (eg via separate lines) to a central module 6 and recorded there in two separate measuring channels.
  • These measuring channels can have analog / digital converters, not shown, which can convert analog signals into digital signals.
  • the redundant signals of the pedal simulator 1 are simply transmitted to the central module 6 and there are each divided into at least two measuring channels. If, for example, three pedal sensors are used, it is expedient to route the signals to three separate measuring channels or three separate analog / digital converters (provided the pedal sensors output analog signals), with at least two computers 11, 13 of the central module 6 transmitting the converted data receive. As a result, the computers 11, 13 of the central module 6 receive identical input data.
  • a data bus 5 is provided, which connects the central module 6 with brake modules 7, the brake modules 7 each containing an actuator / wheel pair 8, 9.
  • Each actuator / wheel pair 8, 9 is assigned to a vehicle wheel (VR front right, VL front left, HR rear right and HL rear left).
  • the brake system contains the pedal simulator 1 with redundant sensors 3, a triple redundant central module 6 and four wheel brake modules 7.
  • the wheel brake modules 7 consist of redundant computers (Rl, Rl ', R2, R2', R3, R3 ', R4, R4') 11 one Power electronics, an actuator 8, actuator-specific sensors and an associated wheel 9.
  • the central module 6 and the wheel modules 7 are connected to a double data bus 5. Furthermore, the central module 6 is integrated in a housing 10 of the pedal simulator 1.
  • the driver braking request is determined in the pedal simulator 1 using the sensors listed above, for example, the sensors preferably being constructed redundantly and dissimilarly (e.g. pedal travel and foot force). As already mentioned above, only these sensor signals can be transmitted to the central module 6 once or twice. The signals are divided into at least two measuring channels so that redundancy can also be achieved here.
  • the central module 6 can initially be designed such that all functions (basic braking functions, monitoring of the pedal simulator 1 and higher braking functions) on all computers 11, 12, 13 of the central module 6 are the same (this embodiment is not shown). An error-free initial value is determined from three calculation results using a fault-tolerant voter / monitor structure. This results in a fault-tolerant structure for these functions. As shown in the figure, a dissimilar division can also be realized in the central module 6. Here, the higher functions (ABS, ASR, ESP, etc.) are only implemented on two computers 11, 13. The determination of the basic brake functions and the monitoring of the pedal simulator 1 can be implemented on all three computers 11, 12, 13. All three computers 11, 12, 13 have access to at least two separate measuring channels (not shown).
  • the higher functions are monitored by a comparator, not shown, and in the event of an error, these functions are switched off in the computers 11, 13, as a result of which a fail-silent function is implemented.
  • the entire computer 11, 13 does not necessarily have to be switched off, but that it may be sufficient to deactivate only the corresponding program part.
  • the results of the pedal functions, i.e. Voter / Monitor 4 consolidates and monitors the determination of the basic brake functions without overlapping the higher functions. If the higher functions fail, the brake setpoint is output directly to the brake modules 7 without being overlaid by the higher functions.
  • a fault only occurs in the area of the higher functions, three computers 11, 12, 13 are still available for a basic brake function, a faulty computer 11, 12, 13 still being isolated and switched off via the voter / monitor 4 can be.
  • the voter would select a brake setpoint from the three outputs of the computers 11, 12, 13.
  • the Monitor would then check if the selected signal is different (deteriorated or wrong) compared to the other unselected signals and would choose another signal as the selected signal if a deviation is found.
  • the wheel modules 7 can thus determine an application force, a braking torque or an equivalent variable from the received brake setpoint.
  • the brake modules 7 consist of redundant brake module computers 11 (Rl, Rl ', R2, R2', R3, R3 ', R4, R4') of the power electronics, the actuator 8 with the actuator-specific sensors (for example for detecting the actuator current, the actuator clamping force and the Actuator position) and a redundant or cyclically testable shutdown unit 14 for the voltage supply of the actuator 8.
  • the shutdown unit 14 is completely separate from the power electronics, ie a fault in the power electronics influences the function of the shutdown Not.
  • the redundant computer structure ensures that a shutdown command from the central module 6, or in the event of an error in the brake module 7, the shutdown command is executed correctly locally. A separate switch-off line from the central module 6 can be saved by this structure.
  • the redundancy interface of the brake module 7 is fail-safe, i.e. the brake module 7 fulfills its specified function or switches itself off in the event of an error and reports the malfunction or behaves silently in the event of a computer error (fail-silent). Another monitoring level is no longer required.
  • the actuator 8 could tighten due to a fault in the brake module computer 11, the control or in the sensor system even without a braking request being present.
  • the fail-safe structure ensures that this error is recognized and the relevant actuator is switched off.
  • the redundant brake module computer 11 which has, for example, a fail-silent property, is required for this fail-safe structure. Furthermore, analytical (software) redundancy is provided for the power electronics, the actuator and the sensors for the actuator 8, ie an error detection on the basis of the actuator-specific sensors, current, position and possibly clamping force and the mathematical model of the actuator is possible. If the processed difference between the model output and the measured signals is too large, an error can occur be closed and the actuator 8 is switched off. Furthermore, the redundant or cyclically testable shutdown unit 14 is integrated in the brake module 7.
  • the brake modules 7 can also be used for two actuator / wheel pairs 8, 9 (this would then be a circular module).
  • the data bus 5 is double and connected to each module 6, 7. If the wheel speeds are recorded locally in the brake modules 7 (line 15) and transmitted via the data bus 5, no further lines are required apart from the energy supply. A reduced double bus can also be used for cost reasons.
  • the second bus to the brake modules 7 on the rear axle (HR, HL) can be saved here. However, safety with regard to the brake function in the event of a fault is retained, since the connection to the front brake modules 7 (VR, VL) is double. Compared to the complete double bus structure, however, there is a loss of function in the single bus, which, however, can be tolerated due to the aforementioned division.
  • the data bus can be a CAN bus with event-oriented data transmission. It is also possible to use a TTP (time triggered protocol) so that a time-synchronous computer network is possible.
  • TTP time triggered protocol
  • a central, synchronous detection of the wheel speeds J Rad can take place in the central module 6, as has been customary up to now. With a local acquisition and preparation of the wheel speeds ⁇ j Rao and the bus transmission in all brake modules 7 the Capture take place synchronously. This can be easily achieved, for example, when using a TTP bus.
  • At least two independent energy supply sources Batl, Bat2 are required as the energy supply.
  • the division can be diagonal or front / rear as shown in the figure.
  • the system architecture according to the invention ensures that no error propagation occurs. An error can be identified before it affects other functions or modules. Furthermore, there is a high level of EMC security because the interference radiation is minimized.
  • the power electronics for controlling the actuators 8 are integrated in the respective wheel module 7 and mounted on or near the respective actuator 8. Furthermore, the immunity to interference is high, especially if the central module 6 is installed close to or in the pedal simulator 1, so that the analog signal transmission path is then short.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bremssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Pedalsimulator (1) und Bremsmodulen (7). Weiterhin ist ein Zentralmodul (6) vorgesehen. Die Verbindung zwischen den vorgenannten Modulen kann durch einen redundanten Datenbus (5) erfolgen. Das Zentralmodul (6) wertet Bremswunschsignale einer Sensorik (3) aus und überprüft, ob Fehler vorliegen. Weiterhin gibt das Zentralmodul (6) einen entsprechenden Bremssollwert aus, basierend auf dem Bremswunsch und eventuell höheren Funktionen wie ABS, ASR, usw. Der Bremssollwert wird dann an die Bremsmodule (7) weitergeleitet. Die Bremsmodule (7) ermitteln daraufhin entsprechende Ansteuersignale für die Aktoren (8), die in eine Wirkverbindung mit den Rädern (9) treten, um den Bremswunsch des Fahrers umzusetzen.

Description

Elektromechanisches Bremssystem
Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bremssystem und ein Verfahren zur Steuerung eines elekromechanischen Bremssystems, die durch den Einsatz eines redundanten Bussystems und durch redundante bzw. fehlererkennende Module die Systemsicherheit bei einer gleichzeitigen kostengünstigen Realisierung erhöhen.
In der derzeitigen Bremsentechnik gehen neuere Entwicklungen dahin, daß elektrische Bremssysteme untersucht werden. Die Hydraulikzylinder, die heute die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe pressen, werden an jeder Scheibe durch einen leistungsfähigen Elektromotor ersetzt. Die elektrische Bremse benötigt keine mechanischen oder hydraulischen Teile, wie Vakuumbremskraftverstärker oder Tandemhauptzylinder. Weiterhin kann die elektrische Bremse heutige und auch zukünfte Funktionen einer Bremse übernehmen, wie die Funktionen eines Antiblockiersystems (ABS), einer Traktionshilfe oder einer Antriebsschlupfregelung (ASR), ein Electronic Stability Program (ESP) sowie einen automatischen Bremseneingriff, wie er beispielsweise bei Abstandsregelsystemen vorgesehen sein kann.
Ein Beispiel für ein solches System ist in der WO 95/13946 gezeigt. Dieses sog. elektronische Bremssystem weist ein Zentralmodul und den Bremskreisen oder Radbaugruppen zugeordnete Bremsmodule auf. Das Zentralmodul kann hierbei ABS-/ ASR-Berechnungen durchführen, kann die Bremskraftverteilung einstellen und radspezifische Bremsdruck-Sollwerte ermitteln.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromechanisches Bremssystem und ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Bremssystems, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu realisieren, die sicher und dabei kostengünstig aufgebaut sind sowie einen geringen Installationsaufwand benötigen.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.
Erfindungsgemäß kann ein elektromechanisches Bremssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, einen Pedalsimulator zum redundanten Erfassen einer Fahrerbetätigung eines Bremspedals mittels einer geeigneten Sensorik enthalten. Weiterhin kann ein Zentralmodul vorgesehen sein, das einen Bremssollwert basierend auf den Ausgangssignalen der Sensorik ermittelt. Darüber hinaus kann zumindest ein Bremsmodul zum Ansteuern von zumindest einer Radbremse vorgesehen sein, wobei die Ansteuerung basierend auf dem Bremssollwert erfolgen kann. Weiterhin kann eine Datenübertragungseinheit vorgesehen sein, die zumindest teilweise redundant ausgeführt sein kann und eine Datenverbindung zwischen dem Zentralmodul und dem Bremsmodul herstellt, wobei das Zentralmodul eine Fehlererkennungsschaltung aufweisen kann, die einen Fehler 9/26821
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bei der Ermittlung des Bremssollwerts erkennen kann.
Das Zentralmodul kann zur Ermittlung des Bremssollwerts höhere Funktionen des Bremssystems berücksichtigen und kann weiterhin zumindest drei redundante Rechner aufweisen, die den Bremssollwert basierend auf den Ausgangssignalen der Sensorik ermitteln. Weiterhin können auf zumindest zwei dieser redundanten Rechner des Zentralmoduls höhere Funktionen (ABS, ASR, ESP...) des Bremssystems implementiert sein.
Gemäß der Erfindung lassen sich sowohl die Radbremsmodule bzw. die Radbremsen als Einzelsysteme mit einer hochwertigen Fail-safe-Schnittstelle, als auch ein kostengünstiges Gesamtsystem anbieten. Das gilt insbesondere, wenn das Zentralmodul im Pedalsimulator integriert ist. Weiterhin kann mit der erfindungsgemäßen Systemarchitektur ohne weitere Nachteile, wie einem erhöhten Verkabelungsaufwand oder einer mangelnden Störsicherheit eine Diagonal- oder eine TT-Kreisaufteilung realisiert werden. Der Installationsaufwand für den Kfz- Hersteller ist minimal und der Verkabelungsaufwand nur sehr gering. Weiterhin sind klare und einfache Schnittstellen beim Zentralmodul und bei den Radmodulen vorgesehen, so daß eine einfache Testbarkeit des Gesamtsystems ermöglicht wird und der Kommunikationsaufwand zwischen den einzelnen Modulen reduziert werden kann. Durch kurze Analogleitungen und einem Leistungsverstärker, der nahe dem Aktor vorgesehen ist, ergibt sich eine hohe aktive und passive Störsicherheit. Weiterhin kann erfindungsgemäß eine sehr geringe Degradation (Funktionsverlust) im Fehlerfall erzielt werden. Zudem ist ein sicherheitskritisches Zuspannen einer Bremse - mit und ohne Vorliegen eines Bremswunsches - infolge eines Fehlers in einem Rechner, der Leistungselektronik oder des Aktors mit Sensoren nicht möglich.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt ein schematischs Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur zeigt einen Pedalsimulator 1 mit einem schematisch angedeuteten Bremspedal 2. Das Bremspedal 2 bzw. die Bewegung des Bremspedals 2 kann beispielsweise über eine Sensorik 3, die mindestens drei Sensoren aufweist, erfaßt werden. Es können z. B. zwei Wegsensoren und ein Kraftsensor verwendet werden. Die Ausgangssignale dieser Sensorik 3 können analoge Ausgangssignale sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Sensorik insgesamt oder teilweise Digitalausgaben oder andere Ausgaben oder andere Meßgrößen erzeugt.
Diese Ausgangssignale werden pro Signal zweifach (z. B. über getrennte Leitungen) zu einem Zentralmodul 6 geführt und dort in zwei getrennten Meßkanälen erfaßt. Diese Meßkanäle können nicht dargestellte Analog-/Digital-Wandler aufweisen, die Analogsignale in Digitalsignale umwandeln können. Es ist jedoch auch denkbar, daß die redundanten Signale des Pedalsimulators 1 lediglich einfach zum Zentralmodul 6 übertragen werden und dort jeweils auf zumindest zwei Meßkanäle aufgeteilt werden. Wenn beispielsweise drei Pedalsensoren verwendet werden, ist es günstig, die Signale auf drei getrennte Meßkanäle bzw. drei getrennte Analog- /Digital-Wandler zu führen (sofern die Pedalsensoren Analogsignale ausgeben), wobei mindestens zwei Rechner 11, 13 des Zentralmoduls 6 die gewandelten Daten erhalten. Dadurch erhalten die Rechner 11, 13 des Zentralmoduls 6 identische Eingangsdaten.
An dieser Stelle soll angemerkt werden, daß die vom Pedalsimulator 1 übertragenen Daten fehlerhaft sein können. Die Datenkonsolidierung, d.h. die Erkennung defekter Sensoren oder Hardware (z.B. des Verstärkers oder der A/D- Wandler) und die Ermittlung des Bremssollwerts erfolgt im Zentralmodul 6.
Weiterhin ist ein Datenbus 5 vorgesehen, welcher das Zentralmodul 6 mit Bremsmodulen 7 verbindet, wobei die Bremsmodule 7 jeweils ein Aktor/Rad-Paar 8, 9 enthalten. Jedes Aktor/Rad-Paar 8, 9 ist hierbei einem Fahrzeugrad zugeordnet (VR-vorne rechts, VL-vorne links, HR-hinten rechts und HL-hinten links).
Im folgenden soll nun beispielshaft eine Funktionsbeschreibung der Systemarchitektur gemäß der Figur gegeben werden . Zusammenfassend betrifft die Erfindung Architektur-Redundanz- und Sicherheitskonzepte für elektromechanische Bremssysteme (brake by wire). Das Bremssystem enthält den Pedalsimulator 1 mit redundanter Sensorik 3, ein dreifachredundantes Zentalmodul 6 und vier Radbremsmodule 7. Die Radbremsmodule 7 bestehen aus redundanten Rechnern (Rl, Rl', R2, R2 ' , R3, R3 ' , R4 , R4 ' ) 11 einer Leistungselektronik, einem Aktor 8, aktorspezifischen Sensoren und einem zugeordneten Rad 9. Das Zentralmodul 6 und die Radmodule 7 sind mit einem doppelten Datenbus 5 verbunden. Weiterhin ist das Zentralmodul 6 in einem Gehäuse 10 des Pedalsimulators 1 integriert.
Der Fahrerbremswunsch wird im Pedalsimulator 1 mit den beispielsweise oben angeführten Sensoren ermittelt, wobei die Sensoren bevorzugt redundant und dissimilar aufgebaut sind (z.B. Pedalweg und Fußkraft). Wie ebenso oben schon angeführt ist, können nur diese Sensorsignale einfach oder doppelt zum Zentralmodul 6 übertragen werden. Die Signale werden hierbei auf mindestens zwei Meßkanäle aufgeteilt, so daß eine Redundanz auch hier erzielt werden kann.
Das Zentralmodul 6 kann zunächst derart ausgebildet sein, daß alle Funktionen (Grundbremsfunktionen, Überwachung des Pedalsimulators 1 und höhere Bremsfunktionen) auf allen Rechnern 11, 12, 13 des Zentralmoduls 6 gleich sind (diese Ausführungsform ist nicht dargestellt). Aus drei Rechenergebnissen wird über eine fehlertolerante Voter/Monitor-Struktur ein fehlerfreier Ausgangswert ermittelt. Damit ergibt sich eine fehlertolerante Struktur für diese Funktionen. Wie in der Figur dargestellt ist, kann auch eine dissimilare Aufteilung im Zentralmodul 6 realisiert werden. Hierbei sind die höheren Funktionen (ABS, ASR, ESP usw.) nur auf zwei Rechnern 11, 13 implementiert. Die Ermittlung der Grundbremsfunktionen und die Überwachung des Pedalsimulators 1 kann auf allen drei Rechnern 11, 12, 13 implementiert sein. Alle drei Rechner 11, 12, 13 haben Zugriff auf zumindest zwei getrennte Meßkanäle (nicht dargestellt) .
Die höheren Funktionen werden durch einen nicht dargestellten Vergleicher überwacht und im Fehlerfall werden diese Funktionen in den Rechnern 11, 13 abgeschaltet, wodurch eine Fail-Silent-Funktion realisiert wird. Insbesondere sei angemerkt, daß bei einem Fehlerfall bei der Ermittlung der höheren Funktionen natürlich nicht notwendigerweise der gesamte Rechner 11, 13 abgeschaltet werden muß, sondern daß es genügen kann, nur den entsprechenden Programmteil zu deaktivieren. Die Ergebnisse der Pedalfunktionen, d.h. die Ermittlung der Grundbremsfunktionen ohne Überlagerung mit den höheren Funktionen werden durch den Voter/Monitor 4 konsolidiert und überwacht. Bei Ausfall der höheren Funktionen wird der Bremssollwert ohne eine Überlagerung durch die höheren Funktionen direkt an die Bremsmodule 7 ausgegeben.
Wenn ein Fehler nur im Bereich der höheren Funktionen auftaucht, sind nach wie vor noch drei Rechner 11, 12, 13 für eine Grundbremsfunktion zur Verfügung, wobei nach wie vor ein fehlerhafter Rechner 11, 12, 13 über den Voter/Monitor 4 isoliert und abgeschaltet werden kann. Der Voter würde beispielsweise aus den drei Ausgängen der Rechner 11, 12, 13 einen Bremssollwert auswählen. Der Monitor würde dann überprüfen, ob das ausgewählte Signals im Vergleich zu den anderen nicht ausgewählten Signalen abweicht (sich verschlechtert oder falsch ist) und würde ein anderes Signal als ausgewähltes Signal wählen, wenn eine Abweichung ermittelt wird.
Die Notwendigkeit, bei einem Fehler zwei Rechner 11, 12, 13 abzuschalten, besteht nicht, außer bei Ausfall einer Energieversorgung Batl, Bat2. Die Zuverlässigkeit des Bremssystems ist damit gleich oder höher als mit der Rechnerstruktur mit gleicher Aufteilung, siehe oben. Dies gilt natürlich in Verbindung mit dem Vorsehen von zwei Energieversorgungen Batl, Bat2. Würden drei Energieversorgungen verwendet werden, so könnte bei einer gleichen Aufteilung (siehe oben) eine nochmalige Erhöhung der Redundanz erzielt werden.
Die Radmodule 7 können somit auch bei einem Fehler im Zentralmodul 6 aus dem empfangenen Bremssollwert eine Zuspannkraft , ein Bremsmoment oder eine äquivalente Größe ormitteln .
Die Bremsmodule 7 bestehen aus redundanten Bremsmodulrechnern 11 (Rl, Rl', R2, R2 ' , R3 , R3 ' , R4 , R4 ' ) der Leistungselektronik, dem Aktor 8 mit den aktorspezifischen Sensoren (z.B. zur Erfassung des Aktorstroms, der Aktorspannkraft und der Aktorposition) und einer redundant ausgeführten oder zyklisch testbaren Abschalteinheit 14 für die Spannungsversorgung des Aktors 8.
Die Abschalteinheit 14 ist völlig getrennt von der Leistungselektronik ausgebildet, d.h. ein Fehler in der Leistungselektronik beeinflußt die Funktion der Abschaltung nicht. Durch die redundante Rechnerstruktur ist sichergestellt, daß ein Abschaltbefehl des Zentralmoduls 6, oder bei einem Fehler im Bremsmodul 7 der Abschaltbefehl lokal korrekt ausgeführt wird. Durch diese Struktur kann eine separate Abschaltleitung vom Zentralmodul 6 eingespart werden.
Die Redundanzschnittstelle des Bremsmoduls 7 ist fail-safe ausgebildet, d.h. das Bremsmodul 7 erfüllt seine spezifizierte Funktion oder schaltet sich im Fehlerfall selbst ab und meldet die Fehlfunktion oder verhält sich im Falle eines Rechnerfehlers still ( fail-silent ) . Eine weitere Überwachungsebene ist nicht mehr erforderlich.
Im Unterschied zur hydraulischen Bremse könnte der Aktor 8 durch eine Fehler im Bremsmodulrechner 11, der Ansteuerung oder in der Sensorik auch ohne Vorliegen eines Bremswunsches zuspannen. Durch die Fail-Safe-Struktur ist sichergestellt, daß dieser Fehler erkannt wird und der betreffende Aktor abgeschaltet wird.
Für diese Fail-Safe-Struktur ist der redundante Bremsmodulrechner 11 erforderlich, der z.B. eine Fail- Silent-Eigenschaft hat. Weiterhin ist eine analytische (Software) Redundanz für die Leistungselektronik, den Aktor und die Sensoren für den Aktor 8 vorgesehen, d.h. eine Fehlererkennung auf der Basis der aktorspezifischen Sensoren, Strom, Position und evtl. Spannkraft und dem mathematischen Modell des Aktors ist möglich. Ist die evtl. aufbereitete Differenz zwischen dem Modellausgang und den gemessenen Signalen zu groß, so kann auf einen Fehler geschlossen werden und der Aktor 8 wird abgeschaltet. Weiterhin ist die redundant ausgeführte oder zyklisch testbare Abschalteinheit 14 in das Bremsmodul 7 integriert.
An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, daß die Bremsmodule 7 auch jeweils für zwei Aktor/Rad-Paare 8, 9 verwendet werden können (hierbei würde es sich dann um ein Kreismodul handeln).
Der Datenbus 5 ist doppelt ausgeführt und mit jedem Modul 6, 7 verbunden. Werden die Raddrehzahlen in den Bremsmodulen 7 lokal erfaßt (Leitung 15) und über den Datenbus 5 übertragen, werden außer der Energieversorgung keine weiteren Leitungen benötigt. Aus Kostengründen kann auch ein reduzierter Doppelbus eingesetzt werden. Der zweite Bus zu den Bremsmodulen 7 an der Hinterachse (HR, HL) kann hierbei eingespart werden. Die Sicherheit bezüglich der Bremsfunktion im Fehlerfall bleibt jedoch erhalten, da die Verbindung zu den vorderen Bremsmodulen 7 (VR, VL) doppelt ist. Gegenüber der vollständigen Doppelbus-Struktur ist jedoch beim Einfachbus ein Funktionsverlust vorhanden, der jedoch aufgrund der vorgenannten Aufteilung tolerierbar ist.
Der Datenbus kann ein CAN-Bus mit ereignisorientierter Datenübertragung sein. Es ist auch möglich ein TTP (time triggered protocol) zu verwenden, so daß ein zeitsynchrones Rechnernetz möglich ist.
Eine zentrale, synchrone Erfassung der Raddrehzahlen JRad kann wie bisher üblich im Zentralmodul 6 erfolgen. Bei einer lokalen Erfassung und Aufbereitung der Raddrehzahlen ζjRao und der Busübertragung muß in allen Bremsmodulen 7 die Erfassung zeitsynchron erfolgen. Dies ist beispielsweise bei Verwendung eines TTP-Buses gut zu realisieren.
Als Energieversorgung sind zumindest zwei unabhängige Energieversorgungsquellen Batl, Bat2 notwendig. Bei den Bremsmodulen 7 kann die Aufteilung wie in der Figur dargestellt diagonal oder auch vorne/hinten erfolgen.
Zusammenfassend ist erfindungsgemäß ein Funktionsverlust je nach Fehler nicht vorhanden oder nur sehr gering. Nur bei einem Ausfall einer Energieversorgung Batl, Bat2 fallen zwei Bremsen aus. Hierbei würde es sich um einen Kreisausfall handeln. Ansonsten ist immer nur eine Radbremse 7 betroffen oder bei einem Ausfall des Zentralmoduls 6 maximal die höheren Funktionen bei vollem Erhalten der Grundbremsfunktionen. Ist die Funktionsaufteilung für alle drei Rechner 11, 12, 13 des Zentralmoduls 6 gleich, so hat ein Rechnerfehler gar keinen Funktionsverlust zur Folge. Ein Ausfall eines Busses des redundant ausgebildeten Datenbusses 5 hat keine Degradation zur Folge. Bei einem reduzierten Doppelbus können bei einem Bus Fehler die hinteren Bremsen HR, HL des jeweiligen Aktor/Rad-Paars 8, 9 ausfallen. Die Systemarchitektur ist so konfigurierbar, daß bei einem Fehler nie die Hinterradbremsen allein zur Verfügung stehen. Die Systemarchitektur gewährt hierbei eine hohe Bremsverzögerung in allen Fehlerfällen.
Weiterhin gewährleistet die erfindungsgemäße Systemarchitektur, daß keine Fehlerfortpflanzung auftritt. Ein Fehler kann erkannt werden, bevor er sich auf andere Funktionen oder Module auswirkt. Weiterhin liegt eine hohe EMV-Sicherheit vor, da die Störaustrahlung minimiert ist. Die Leistungselektronik zum Ansteuern der Aktoren 8 ist im jeweiligen Radmodul 7 integriert und am oder nahe des jeweiligen Aktors 8 montiert. Weiterhin ist die Störfestigkeit hoch, besonders wenn das Zentralmodul 6 nahe am oder im Pedalsimulator 1 verbaut wird, so daß dann der analoge Signalübertragungsweg kurz ist.
Weiterhin sei angemerkt, daß die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Funktionen und Systeme bzw. Module in jeder beliebigen Kombination alleine oder in ihrer Gesamtheit von der Erfindung umfaßt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Pedalsimulator (1) zum redundanten Erfassen einer Fahrerbetätigung eines Bremspedals (2) mittels einer geeigneten Sensorik (3), einem Zentralmodul (6) zum Ermitteln eines Bremssollwerts basierend auf Ausgangssignalen der Sensorik (3), zumindest einem Bremsmodul (7) zum Ansteuern von zumindest einer Radbremse (8, 9) basierend auf dem Bremssollwert, und einer Datenübertragungseinheit, die redundant ausgeführt ist und eine Datenverbindung zwischen dem Zentralmodul (6) und dem Bremsmodul (7) herstellt, wobei das Zentralmodul (6) eine Fehlererkennungsschaltung aufweist, die einen Fehler bei der Ermittlung des Bremssollwerts erkennt.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) zur Ermittlung des Bremssollwerts höhere Funktionen des Bremssystems wie beispielsweise ABS, ASR, Fahrdynamikregelungen, ICC, Bremsassistent oder Hillholder, berücksichtigt.
3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) in einem Gehäuse (10) des Pedalsimulators (1) integriert ist.
Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) eine Datenkonsolidierung zur Erkennung von Störungen des Pedalmoduls (1) und/oder des Zentralmoduls (6) durchführt.
Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) drei redundante Rechner (11, 12, 13) aufweist, die den Bremssollwert basierend auf Pedalfunktionen ermitteln und auf zumindest zwei dieser redundanten Rechner (11, 13) zusätzlich die höheren Funktionen des Bremssystems implementiert sind.
Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei unabhängige Energieversorgungsquellen Batl, Bat2 vorgesehen sind und die Energieversorgungsquelle Batl die Rechner (11, 12) und die andere Energieversorgungsquelle Bat2 den Rechner (13) versorgt.
Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) zum Konsolidieren und Überwachen der Pedalfunktionen einen Voter/Monitor (4) aufweist und ein Vergleicher gebildet ist, der die Rechner (11, 13), welche die höheren Funktionen ausführen, überwacht, wobei im Fehlerfall diese Funktionen abgeschaltet werden, was einer Fail-Silent-Funktion entspricht.
8. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmodul (6) die redundanten Ausgangssignale des Pedalsimulators (1) zumindest zwei getrennten Meßkanälen (A/D-Wandler ) zuführt, wobei zumindest zwei Rechner (11, 13) die von den Meßkanälen (A/D-Wandler) gewandelten Daten erhalten.
9. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungseinheit ein zumindest zwischen dem Zentralmodul (6) und den Radmodulen (7) der Vorderachse (VR, VL) doppelt ausgeführter Datenbus (5) ist.
10. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pedalsimulator (1) zwei Pedalwegsensoren und einen Pedalkraftsensor aufweist.
11. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmodul (7) fail-safe ausgebildet ist.
12. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmodul (7) eine Fehlererkennung basierend auf lokalen aktorspezifischen Signalen wie beispielsweise Aktorstrom, Aktorposition, Spannkraft durchführt und bei einer Fehlererkennung eine entsprechende Meldung an das Bremssystem ausgibt, sich abschaltet und/oder eine Bremssollwertanpassung durchführt .
13. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennung modellgestützt ist.
14. Bremssystem nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmodul (7) eine von einer Leistungselektronik getrennte Abschalteinheit (14) aufweist.
15. Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Bremssystems, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den Schritten: redundantes Erfassen einer Fahrerbetätigung eines Bremspedals (2) mittels einer geeigneten Sensorik (3) in einem Pedalsimulator (1),
Ermitteln eines Bremssollwerts basierend auf Ausgangssignalen der Sensorik (3) in einem Zentralmodul (6), Ansteuern von zumindest einer Radbremse (8, 9) basierend auf dem Bremssollwert in einem Bremsmodul (7), und Herstellen einer redundant ausgeführten Datenverbindung zwischen dem Zentralmodul (6) und dem Bremsmodul (7), wobei eine Fehlererkennungsschaltung einen Fehler bei der Ermittlung des Bremssollwerts erkennt.
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