WO2019215278A2 - Bremssystem, insbesondere für automatisiertes fahren - Google Patents

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WO2019215278A2 PCT/EP2019/061909 EP2019061909W WO2019215278A2 WO 2019215278 A2 WO2019215278 A2 WO 2019215278A2 EP 2019061909 W EP2019061909 W EP 2019061909W WO 2019215278 A2 WO2019215278 A2 WO 2019215278A2
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    • B60Y2400/81—Braking systems

Definitions

  • the invention relates to a brake system according to the preamble of claim 1.
  • EHC combination brakes
  • VA front axle
  • HA fly axle
  • EHC electrically operated braking device
  • the electronic control unit which is positioned with the complete electrical control on the caliper, is expensive due to the high temperatures and the failure rate is therefore correspondingly high.
  • the invention is based on the object, a cost-effective
  • Front axle (VA) and electrical or electro-mechanical brake on the rear axle (HA) one or more (hydraulic and / or electrical) components or subsystems of the brake system are redundant.
  • electro-mechanically actuated wheel brake advantageously has an additional or redundant hydraulically actuated
  • the rear axle brake can also be additional or redundant
  • the inventive design allows a safe parking brake and the use of smaller power engines, since TTL requirements are met by the hydraulic assistance and the electric brake must meet any TTL requirements.
  • the hydraulic adjustment works by means of the adjusting piston, which acts on the brake piston of the wheel brake via a spindle (without its rotation) with ball-threaded gearbox (KGT). This allows a quick build-up of the braking torque, up to the level of the blocking limit. The remaining increase takes place with the electric brake via gear and ball-threaded drive (KGT) (in the adjusting piston); this does not require a high operating speed.
  • ABS operation with construction and dismantling of the braking torque is carried out expediently electrically, since this normally no high adjustment speeds are required.
  • Changes in the braking effect preferably acts for coarse adjustment only the hydraulic control.
  • the inventive hydraulic acts Adjustment. Otherwise, the electrical adjustment alone acts, for example in case of failure of the pressure supply (DV) of the hydraulics.
  • the electrical adjustment alone acts, for example in case of failure of the pressure supply (DV) of the hydraulics.
  • the front axle (VA) and the rear axle (HA) then in this case the
  • the pinion allows an axial displacement of the spindle with respect to the motor gear, in particular a worm wheel, in which the pinion is slidably disposed. This can be done by blocking the
  • the movement / function or position of the actuator piston can be monitored by a sensor.
  • a sensor by means of
  • the electrically operated brake requires a force transmitter (KG) for the adjusting piston, as the motor current measurement is too inaccurate.
  • the hydraulic actuator determines the braking torque that is measured in the pressure supply. In the hydraulic actuation via the actuator piston is the
  • the simplified 1-box solution can be made very short construction, about only 50% of the length of the known e-boost solutions.
  • the concept can also be designed as a 2-box solution, with only a 1-circuit master cylinder attached to the bulkhead, with a length of only 25%.
  • two hydraulic connections from the master cylinder to the unit are necessary, comprising a brake line and a line from
  • the combination brake (EHC) can also be redundant in the alternative concept (EHR II) without redundant hydraulic actuation of the rear axle brake, by, for example, a redundant electro
  • the force sensor can also be made redundant, or in case of failure as redundancy, a motor current measurement via a, for example, recorded on a test bench map can be used. In redundant Parkierverriegelung it is advisable to use two solenoids in the locked and de-energized state, which also act on a common blocking element. This redundancy for locking and unlocking is possible.
  • Brake caliper provided. Here are partly high temperatures and the space is limited. Alternatively, a partial ECU can be used with a redundant vehicle electrical system connection via bus cables. The function of motor control and also the sensor evaluation may be redundant according to the invention.
  • the central computing can be in the ECU of the 1- or 2-box or in a central computer
  • the inventive concept can be made modular with respect to the requirements of packaging 1-box or 2-box, with or without master cylinder HZ and also in the
  • the fully or partially redundant control and regulating unit ECU is also connected to a redundant vehicle electrical system.
  • This has at least two power supplies from 12 to 800 V voltage.
  • many vehicles will be equipped with a standard 12/48 volt vehicle electrical system. It is advantageous, the control and
  • Control unit ECU which motors with 2x3-phase connections control a line with, for example, 3- or n-phase
  • Motor controller with the higher voltage eg 48 V
  • the dynamics of the motor with the higher voltage is significantly better and the power loss in the motor control cheaper.
  • the redundancy according to the invention can also be designed several times, as for example in other systems with very high
  • Aircraft technology and nuclear power plant engineering e.g. for aircraft a triple redundancy with a "2 out of 3 circuit" in case of failure.
  • the selection of the redundancy depends on the safe error detection or error detection by plausibility check. For example, failure of a seal in a closed system is due to
  • Figure la a control for a route simulator (WS) (EHRI and EHR
  • FIG. 2 is a brake system (EHRI) with redundant valves and
  • HZ 1-circle master cylinder
  • FIG. 2 a valves for individual rear axle (HA) pressure control for a brake system like.
  • FIG 3 shows a tandem master cylinder (THZ) for redundant
  • Figure 4 shows a brake system without master cylinder (HZ) with E-pedal for both versions (EHRI and EHRII);
  • FIG. 6 shows a rear axle (HA) actuator with actuating piston for EHR II;
  • Figure 6a shows a control for a rear axle (HA) -Bremskolben
  • Figure 7 shows an alternative embodiment of the actuator or the
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a brake system (EHRI) with a l-circuit master cylinder 4, with a reservoir VB and a travel simulator 5, a pressure supply DV, here
  • EHRI brake system
  • Control unit ECU as well as a central control unit Z-ECU.
  • the master cylinder 4 is actuated by means of a pedal ram 4 via a DK piston 2, which is connected in a known manner via a Schnüffelloch to the reservoir VB.
  • the DK piston 2 is sealed by various seals in the master cylinder 4: a
  • Pedalwegverinrung of two pedal travel sensors 3, 3a are detected.
  • the throttle Drs is sized so that the
  • the throttle Drs can also in lines Dl and D2 to the reservoir VB be used with an additional (not shown)
  • Pressure supply DV via a valve FV pressure is controlled and, for. is determined via the piston movement of the leakage current in the throttle DRs and additionally the seals Dl, D2 and seal D8 in the travel simulator WS.
  • a force-displacement simulator KWS is connected (as described in more detail in DE 10 2010 050132 (E123) of the Applicant), even in the extreme case with blocked piston 2 or path simulator WS on the differential travel of the pedal travel sensors 3, 3a still a braking allows.
  • the force-displacement sensor KWS also errors in the path simulator can be detected, such. a blocked piston or leakage on a seal.
  • the path simulator WS has two seals D8 and D9. After the seal D8, a passage is connected to the throttle Drs, which has the same function as in the seal D3. If the seal D8 fails, the leakage current is throttled by the throttle Drs, without causing the path simulator Ws to fail.
  • the valve FV is in the extreme case of failure of the Pressure supply DV opened, so that in the so-called fallback level can still be braked with the pedal.
  • This valve FV can also be designed redundantly, as shown in FIG. In Figure 1 it is assumed that the valve is diagnosed at the parking stop, with the remaining brake pressure being used for diagnosis. Among other things, the tightness can also be tested here. Subsequently, the electrical connection can be tested before or simultaneously with the start of braking with the valve closed.
  • valve is not loaded with dirt particles in the valve seat, because no flow is possible with a tight valve seat.
  • the valve can be considered FO.
  • the pressure is detected by a pressure transmitter DG. At about 90% of the target pressure is the
  • the pressure reduction takes place in the same way via adjustment of the piston of the pressure supply DV.
  • the hydraulic pressure does not act directly on the brake piston as in the EPB, but on a
  • Adjustment piston acting on the spindle drive The motor 8 can be controlled 2x3-phase (known from the control of electric power steering) and is relevant as FO-.
  • a failure of the piston seals D10 to D13 is similar solved with redundant seals as the master cylinder 4. Falls
  • Braking system defined, such. poor ventilation.
  • Another malfunction of the pressure supply DV can be done by a leaking mammary valve SV, which acts up to the center of stroke. If this fails, then gasket D13, i. from the corresponding stroke, the valve SV is no longer effective, which means that a retraction of the piston in this area for sucking or Nachellen for further volume, e.g. for higher pressure build-up with reduced suction through the sleeve-like seal D13. However, this only applies in the event of a fault and is therefore acceptable. If, despite all measures, the pressure supply DV fail, so is on the
  • the 1-circuit master cylinder 4 acts via the open valves FV, SVR, SVL, SVH and closed PD1 in the brake circuits VL, VR, HA and generates
  • a brake circuit failure is detected via the pressure-volume curve with increased volume and the responsible for the brake circuit valve SVR, SVL, SVH is closed. These valves can also be redundantly connected in series with SVRred and SVLred become. It is also conceivable to use a double-stroke piston DHK (as described, for example, in WO 2016/023994 (E138)) of the Applicant) with connection to at least one hydraulic circuit LDV.
  • the EHR has an electro-mechanical drive with a
  • the redundant ECU acts redundantly on the sub-ECU (red.) Of the EHR.
  • FIG. 1 a shows an additional shut-off valve to the travel simulator WS, as is used in today's systems with travel simulator in order to avoid a volume loss by the travel simulator in the fallback level RFE.
  • this valve may be faulty and would have to be redundant two-fold because of the errors "do not close” and "do not open”.
  • Figure lb shows an alternative to the failure of the valve SV by an additional shut-off valve AS, which acts on suction.
  • FIG. 1c shows an alternative embodiment EHRII of FIG
  • the parking lock PV1 and PV2 can be configured redundantly with the appropriate diagnosis of redundancy.
  • an adhesive magnet PV1 can be used here.
  • Force sensor which can also be designed redundant, with alternatives with motor current calibration via a map are conceivable, for. on a brake test bench or evaluation of the
  • Figure 2 shows a concept which largely corresponds to that of Figure 1, which is shown as a 1-box solution. The difference lies in the separate packaging of the 1-circuit master cylinder (1-box) and the pressure supply DV with valve switching with ECU (2-box).
  • the 1-circle master cylinder has an extremely short overall length and also installation space, which can be a key factor for modern vehicle structures. There are additional hydraulic and electrical
  • Hydraulic lines are the brake line 9 from the master cylinder HZ and line 10 for Reservoir VB.
  • a second valve FV2 with special hydraulic connection is provided. Both inputs from
  • the master cylinder HZ and the pressure supply DV act from the outside on the valve seat of the valve FV2 and FV1 (master cylinder HZ via line 9 and valve FV1 and pressure supply DV via line 9a and FV2).
  • the valve FV1 can be closed and also FV2. Without this circuit, the pressure supply would fail DV or the valve FV1 would have to be installed in the master cylinder HZ, which would disturb the space and the electrical interface through the electrical line to the valve, since they require signal currents of a few mA.
  • the additional electrical connection is necessary from the engine ECU to
  • Sensor ECU processes the signals of the pedal travel sensors 3 and 3a and a level sensor in the reservoir VB with target with evaluation by a sensor element (preferably Hall element) in the sensor ECU.
  • the hydraulic connection to the rear axle can be carried out via a valve SV H for both rear wheels (embodiment of FIG. 2) or via a respective valve SVHR and SVHL for one rear wheel each (embodiment, FIG. 2 a). This has the advantage of wheel-specific hydraulic
  • Switching valves (SV H R or SV H L) of a wheel brake according to the patent application (PCT / EP2015 / 081402) or both switching valves an additional outlet valve may be provided for pressure reduction.
  • Pressure setting e.g. to the described 90% of the target pressure.
  • the fine adjustment and the ABS-ESP operation were carried out via the individual electrical adjustment.
  • valves SV Also important here is the control of the valves SV.
  • error safety e.g. Failure of the pressure supply (p-> 0) and high wheel pressure must open the valve SV automatically; This is achieved by the fact that, as shown in the diagram, the connection to the
  • Pressure supply DV is located on the inside of the valve SV and the outlet after the valve seat. This circuit is in the
  • Redundant valves SV can also be used here, although here there would be a double fault between the brake circuit and a leaking or non-switchable valve, with extremely low failure probability or FIT (failure-in-time) value.
  • Figure 2b shows a single-circuit pressure supply DV with a
  • Pressure line LDV conveyed via the open valve PD1.
  • Pressure reduction control can also only via the control of the
  • Doppelhubkolbens DHK carried out by using a further valve PD4 parallel to valve SV1, as described in WO 2016/023994 and WO 2016/146692 of the Applicant, to which reference is made here in this regard. If the volume is insufficient, the return stroke RH with a smaller piston surface for higher pressure takes place via an open valve PD3 in the same line LDV. Should be further
  • volume are promoted with a correspondingly high pressure, so valve PD1 and valve PD3 are opened during the pre-stroke, so that with a smaller area higher pressure is generated.
  • the funded volume must be promoted back to reduce pressure. If this is done only in the range of forward stroke, this is done as in the normal piston of Fig. 2 over the return stroke by Hubzutes so that volume flows back. However, if it is the double-stroke piston DHK after the return stroke, when the piston is at the stroke end and must be moved back over the open valve PD2, the volume in the reservoir VB be promoted until the piston is back in the starting position.
  • the pressure change speed is carried out by
  • Pulse Width Modulation operation of valve PD2, PD3 or both.
  • valve PD2 can also be a Schnüffelloch (SL) control with channel in the piston DHK, as shown in the lower half of Fig. 2b.
  • SL Schnüffelloch
  • the valve PD3 is open, so that the volume flows through the breather hole SL into the reservoir VB.
  • the flow rate can via the piston control of the
  • Rear of the piston draws in volume via the valve SV, in order, as described above, to supply volume during the return stroke for further pressure build-up. Accordingly, the valve PD3 is then switched. If, as described above, a pressure reduction from the return stroke position to take place, so the piston moves to the Hubzhouswolf and the volume passes through the Schnüffelloch to the reservoir VB.
  • the illustrated throttle Drs for the gaskets D10 and Di1 require the valve configuration PD1, PD2 and PD3, or a gasket D12 must be used with throttle Drs after the gasket D12 as shown in FIG.
  • the solution with double-stroke piston DHK also has the advantages of continuous delivery in pressure build-up, the short length of the pressure supply DV and the downsizing of the Motors with additional valves (maximum of two solenoid valves MV and one valve SV.
  • Figure 3 shows a 2-circle tandem master cylinder as he z. As described in WO 2016/023994 (E138b-d) of the Applicant. This has an additional compared to the master cylinder of Figure 1
  • throttle Drs the piston SK has redundant seals D4 and D5 with throttle Drs and seal D6 and D7 with throttle DRs.
  • the tandem master cylinder is safe according to FO.
  • valve SVLL Because of the piston SK with separate brake circuit valve SVLL is connected in a branch line starting from the line from the pressure supply DV to the piston SK.
  • the advantage of the tandem master cylinder THZ and this valve circuit is that there is no failure of
  • Pressure supply DV can come in case of failure of the brake circuit VL without additional intervention of valve SVVL. In case of failure of
  • Brake circuit VR must, as in the execution like. Figure 1, after error detection on the plausibility of the measurement of the pressure-volume curve with the pressure supply DV, the corresponding valve SWR be closed. In addition, it should be noted that e.g. at
  • FIG. 4 corresponds to the arrangement or the concept of Figure 1 with the difference that no master cylinder is provided. Rather, an alternative control of the sensor ECU by E-pedal or start-go switch 14 is provided here. Also, this electrical connection 13 of E-pedal 14 to the ECU must be redundant.
  • FIG. 5 shows a further expansion of the redundancy with two valves DV and corresponding redundant valve SV for the front axle VA (SWR, red SW, etc.). Also, as shown in Figure 2a, the valve SVHA be executed redundant.
  • the ECUs are completely redundant with connection to 14 E-Pedal / Start-Go switch with electric line 13. Again, the diagnosis while driving and mainly at the park stop is of great importance (see also DE 10 2016 142971 of Applicant hereby incorporated by reference) (E150).
  • FIG. 6 shows the structure of an electro-hydraulic control EHR or a wheel brake.
  • a caliper 23 is shown in principle (without connection to the wheel), which together with the
  • Brake piston 20 and the brake pads 21 acts on the brake disc 22 and thus generates the braking torque and the braking effect.
  • On the brake piston 20 act two axial forces, namely a. from the adjusting piston 19, which axially on the spindle 16 and the
  • the Worm wheel 17 is driven by a self-locking gear 15 from the electric motor 8. This is, via a plug electrically connected to the circuit board (PCB) 26 of the wheel brake associated electronic control unit (ECU), as well as a motor sensor 27 and a position sensor 28 with target 28 on the spindle. With this position sensor 28, the axial movement of the adjusting piston 19 and the spindle 16 with pinion can be measured.
  • the adjusting piston 19 has two seals D20 and D21, which can also be designed redundant.
  • the spindle nut 24 is fixed axially with a fixing element 24a, so that it can be adjusted with the spindle in both directions, which is necessary for adjusting the so-called. Belaglskyspiels BLS between the brake disc and the brake pad. As you know, the usual causes
  • the axial force of the spindle is absorbed by a thrust bearing, which is arranged on the spindle 16 between a fixedly connected to this disc and the adjusting piston 19.
  • the adjusting piston 19 is primarily by the restoring forces of the
  • Brake caliper 23 is returned to the starting position via the brake piston 20 and optionally also with a
  • Piston return spring KF in the position A, when it is at -h.
  • the position +/- h is measured by the position sensor 28 and can additionally be blocked in this position with the SVH closed. From the starting position A, the piston stroke h can act in both directions +/- h and can also be measured.
  • This spring KF can also be biased by a (not shown) stop ring.
  • the actuator piston In the non-electrical adjustment, the actuator piston is blocked by the closed valve SVFI or SVFIL and SVFIR.
  • FIG. 6a shows an activated adjusting piston 16 which receives volume with the corresponding pressure from the pressure supply DV and open valve SVH.
  • the pressure supply DV controls the pressure according to the map of the pedal travel sensors for the
  • Rear axle HA reduced by approx. 5 to 10%.
  • the remaining 100% is supplied by the electrical adjustment via a characteristic diagram of the adjustment path via motor and motor sensor. Possibly. this can also be the motor current
  • the map is about the
  • Evaluation of the piston stroke from the volume of the pressure supply DV has the potential to dispense with the position sensor, in particular in the adjustment strategy b described above. and c. It can also be used in addition to the motor current, with a preferably separate map. For this purpose are from Actuator controls different pressure levels via pressure transmitter DG via the pressure supply DV, eg from 10 bar in 10 steps up to 100 bar. At the appropriate stage, the pressure is kept constant and the motor current increases until a motor rotation and
  • the electro-hydraulic control EHR I can be switched with a common SVH or individually as shown in FIG. 2a.
  • the adjustment strategy is a, b, and c
  • the electric parking brake may also be e.g. act in case of failure of the electric motor by the hydraulic adjustment for a limited time. After the error has occurred, the pressure supply DV will act with the corresponding pressure. This is held after closing SVH. In small
  • Time intervals can be checked by the pressure supply DV and the pressure transmitter DG, whether the SVH is tight, i. shows no pressure loss. After that, the time interval can be made large. This requires a certain wake-up mode for the ECU, which is maintained until the service arrives or the parking situation of the vehicle is no longer critical, e.g. is on the slope, so that the second, still intact EHR is sufficient.
  • FIG. 7 shows, as an alternative to FIG. 6, the construction of an actuator without a hydraulic actuating piston for a brake system EHRII
  • the motor drives, preferably via a planetary gear 31 and a non-self-locking spur gear 30, and spindle with pinion 16 and a ball screw gear KGT the brake piston 20 in both directions ,
  • the planetary gear 31 is supported in a bearing 39.
  • a ratchet is positioned directly on the output of the motor on the shaft, since the smallest moment occurs here and makes the parking deviceau relie hered. On this ratchet acts a gate valve with a return spring, which is dimensioned so that when spring break still sufficient spring force is present.
  • the pole plate 37 With the locking slide, the pole plate 37 is connected via a carrier with Flaftmagnet. Upon energization of the coil this is brought about the magnetic force for locking with the motor rotating and then both the excitation of the magnet and the motor are turned off.
  • the detent can be diagnosed via the current-time curve or the change of the direction of rotation.
  • the Flaftmagnet By the Flaftmagnet the locking slide is held in the locked position. For unlocking the flow force is eliminated by changing the magnetic flux with polarity reversal and the spring moves the gate valve from the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2)der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse, insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48, Fig.6, 7) und ein erstes Getriebe (15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des Bremssystems ein- oder mehrfach redundant ausgeführt sind.

Description

Bremssystem, insbesondere für automatisiertes Fahren
Die Erfindung betrifft ein Bremssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Zukünftige Bremssysteme müssen verschiedene erhöhte bzw.
zusätzliche Forderungen erfüllen. Es sind dies insbesondere extreme Fehlersicherheit („fail operational" FO) für automatisiertes Fahren (AD), eine sichere Feststellbremse bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (E-Fahrzeuge), bei denen die herkömmliche redundant-mechanische Parksperre im Getriebe entfällt.
Bekannt sind sogenannte Kombibremsen (EHC), bei denen an der Vorderachse (VA) eine hydraulisch betätigte und an der Flinterachse (HA) eine elektrisch betätigte Bremseinrichtung vorgesehen ist. Eine derartige Kombibremse ist z.B. in der DE 103 19 194 B3 dargestellt. Bei EHC-Lösungen sind für die elektrisch betätigte Bremseinrichtung selbsthemmende und nicht- selbsthemmende Untersetzungsgetriebe vorgeschlagen worden. Bei nicht-selbsthemmenden
Untersetzungsgetrieben ist eine Parkierverriegelung notwendig. Bei Ausfall der Verriegelung ist jedoch keine Feststellbremswirkung
vorhanden. Die Elektro-Motorleistung derartiger Bremsen wird bestimmt durch die Forderung nach sog.„time to lock" bis z.B. 100 bar (TTL). Selbsthemmende Untersetzungsgetriebe werden vorwiegend bei der elektrischen Feststellbremse oder elektrischen Parksperren (EPB), wie z.B. der DE 10 2015 213866 eingesetzt, da die Forderungen nach TTL gering sind. Der Gesetzgeber fordert hier primär eine ausreichende EPB-Wirkung bzw. Parkbremswirkung am Berg. Bei selbsthemmenden Untersetzungsgetrieben kann auch die Getriebeübersetzung hoch gewählt werden, was trotz eines schlechten Wirkungsgrades einen Motor mit kleiner Leistung zur Folge hat. Bei der Kombibremse (EHC) wird die Motorleistung durch TTL und Wirkungsgrad bestimmt, was den Motor trotz relativ geringer elektrischer Bremswirkung an der
Hinterachse nicht klein dimensionieren lässt. Die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU), die mit der kompletten elektrischen Steuerung am Bremssattel positioniert ist, ist infolge der hohen Temperaturen aufwendig und die Ausfallrate damit entsprechend hoch. Es sind
Kraftsensoren zur genauen Einstellung der Bremskraft erforderlich. Ohne zusätzliche Maßnahmen genügt diese Kombibremse (EHC) nicht den Anforderungen„fail operational" (FO) für höhere Level größer 4 (gern. VDA/SAE-Norm.
Bei den bekannten Kombibremsen mit einfacher Sicherheit erfolgt bei Ausfall der hydraulischen Bremseinrichtung eine elektrische Bremsung an der Hinterachse und umgekehrt. Ein solcher Ausfall führt aber zu erheblichen Verlusten an Bremswirkung bis über 50%, bei Ausfall der hydraulisch gebremsten Vorderachsbremse. Ein Ausfall der elektrischen Bremse führt überdies ggf. zum Ausfall der Feststellbremse. Es werden daher selbsthemmende Untersetzungsgetriebe verwendet. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, dass bei Einsatz einer elektrischen Betriebsbremse bei Blockieren des Getriebes während der Fahrt, bei einer sehr hohen Bremsleistung schnell eine Überhitzung der Bremse mit Brandgefahr entstehen kann. Es sind auch elektrische Parkbremsen (EPB) mit hydraulischer
Unterstützung bei verkleinertem Motor bekannt, wie sie z.B. in der DE 198 17 892 (E99) dargestellt sind. Diese haben sich jedoch nicht durchgesetzt, da bei Ausfall der Hydraulik auch ein Ausfall der
Feststellbremse erfolgt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
Bremssystem zu schaffen, mit kleinem Bauraum, vielseitigen
Anwendungsmöglichkeiten und hoher Fehlersicherheit auch für autonomes Fahren bis Level 5 (gern. VDA/SAE:„von Start bis Ziel kein Fahrer erforderlich").
Lösung der Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit, dass bei einem Kombi bremssystem mit hydraulischer Bremse an der
Vorderachse (VA) und elektrischer bzw. elektro-mechanischer Bremse an der Hinterachse (HA) eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des Bremssystems redundant ausgeführt sind.
Vorteilhafte Ausführungen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten und in der Figurenbeschreibung näher beschrieben. Die elektro-mechanisch betätigbare Radbremse weist hierbei vorteilhaft eine zusätzliche bzw. redundante hydraulisch betätigbare
Stelleinrichtung auf. Durch die elektrische und hydraulische Verstellung der Radbremse wird unter anderem die volle Betriebs-Bremswirkung und Feststell-Bremswirkung der erfindungsgemäßen Radbremsen erreicht.
Die Hinterachsbremse kann auch zusätzliche bzw. redundante
Einrichtungen aufweisen, insbesondere auch, um ein Blockieren der Verstellung zu verhindern und trotz selbsthemmendem Getriebe die Bremswirkung für eine Erhöhung oder Reduzierung des
Bremsmomentes zu sichern.
Die erfindungsgemäße Bauart ermöglicht eine sichere Feststellbremse und die Verwendung von Motoren mit kleinerer Leistung, da TTL- Anforderungen von der hydraulischen Unterstützung erfüllt werden und die elektrische Bremse keine TTL-Anforderungen erfüllen muss. Die hydraulische Verstellung wirkt mittels des Stellkolbens, der über eine Spindel (ohne deren Verdrehung) mit Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) auf den Bremskolben der Radbremse wirkt. Damit ist ein schneller Aufbau des Bremsmomentes möglich, bis zur Höhe der Blockiergrenze. Der restliche Anstieg erfolgt mit der elektrischen Bremse über Getriebe und Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) (im Verstellkolben); hierfür ist keine hohe Betätigungsgeschwindigkeit notwendig.
Auch der ABS-Betrieb mit Auf- und Abbau des Bremsmomentes wird zweckmäßig elektrisch durchgeführt, da hierfür im Normalfall keine hohen Verstellgeschwindigkeiten erforderlich sind. Bei großen
Änderungen der Bremswirkung, wie z.B. m-Sprung, wirkt vorzugsweise zur groben Verstellung nur die hydraulische Regelung. Bei Ausfall der elektrischen Verstellung wirkt die erfindungsgemäße hydraulische Verstellung. Andernfalls wirkt die elektrische Verstellung allein, z.B. bei Ausfall der Druckversorgung (DV) der Hydraulik. Bei der Vorderachse (VA) und der Hinterachse (HA) wirkt dann in diesem Fall noch die
Fußkraft auf den Hauptzylinder (HZ) zur Unterstützung der elektrisch betätigten Bremse der Hinterachse bzw. deren Bremswirkung. Dieser Fall ist extrem selten durch viele Redundanzen bei Dichtungen der Kolben-Zylinder-Einheiten (Druckversorgung DV, Hauptzylinder HZ, Wegsimulator WS), Ventilen und Elektro-Motor mit 2x3-phasiger
Ansteuerung, alles Merkmale für sog.„fail-operational" (FO). Bei diesem Konzept entfällt auch die Parkierverriegelung der Kombibremse (EHC) für die Funktion der Feststellbremse, die für FO-Anforderungen redundant ausgeführt werden sollte.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Konzept ist es auch, dass die hydraulische Verstelleinrichtung bzw. der hydraulisch betätigte
Stellkolben über das Getriebe (KGT), insbesondere über eine Spindel des Getriebes (KGT) auf den Bremskolben wirkt. Hierbei ist zweckmäßig ein Ritzel zwischen dem Motorgetriebe zur Übertragung des E- Motormomentes und dem Getriebe (KGT) vorgesehen, um die
Antriebskraft des Motors auf den Bremskolben zu übertragen. Das Ritzel ermöglicht dabei eine axiale Verschiebung der Spindel bezüglich des Motorgetriebes, insbesondere eines Schneckenrades, in dem das Ritzel verschiebbar angeordnet ist. Damit kann bei Blockierung des
Zahnradantriebes des Motorgetriebes der hydraulische Verstellkolben die Bremskraft aufbringen. Details der Verstellung auch bei
unterschiedlichen Fehlerfällen sind in der Figurenbeschreibung erläutert. Die Bewegung/Funktion oder Position des Stellkolbens kann von einem Sensor überwacht werden. Alternativ kann auch mittels der
Fördermenge der Druckversorgung die Bewegung des Stellkolbens gemessen werden. Mit einer redundanten Feststellbremse kann auch die mechanische Parksperre entfallen, welche bei reinem Elektro-Antrieb erheblich aufwendiger ist als die Parksperre bei Getriebeautomaten.
Die elektrisch betätigte Bremse benötigt einen Kraftgeber (KG) für den Verstellkolben, da die Motorstrommessung zu ungenau ist.,
insbesondere weil die Betätigung über ein Schneckengetriebe erfolgt und der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes und deren Veränderung im Betrieb mit Temperaturänderungen und Verschleiß nicht zuverlässig genug ermittelt werden kann. Der Kraftgeber ist aufwendig und muss bei FO-Anforderungen auch redundant ausgeführt werden. Mit dem hydraulischen Stellkolben bestimmt wie herkömmlich der Druck das Bremsmoment, der in der Druckversorgung gemessen wird. Bei der hydraulischen Betätigung über den Stellkolben wird die
Drehmomentberechnung über Motorstrommessung verwendet, welche zuvor in einem Kennfeld mit Vergleich des hydraulischen Druckes i=f(p) ermittelt wurde. Damit ist die Zwischenstörgröße
Spindelgetriebewirkungsgrad berücksichtigt. Damit ist die
Strommessung hinreichend genau. Diese und kann dadurch verfeinert werden, in dem die Temperatur des Motors bestimmt wird, um
zusätzlich den Einfluss der Motortemperatur auf die
Drehmomentkonstante des Elektromotors zu berücksichtigen. Dies ergibt ein Kennfeld i=f(p,TMotor) Bei zukünftigen Fahrzeugkonzepten ist der Bauraum im Aggregatenraum, insbesondere in Verlängerung des Bremspedals sehr beengt. Fleutige Bremskraftverstärker (E-Boost) oder auch Tandem-Flauptzylinder finden keinen Platz mehr.
Für das hydraulische System der Vorderachse kann die vereinfachte 1- Box Lösung sehr kurzbauend ausgeführt werden, ca. nur 50% der Baulänge der bekannten E-Boost-Lösungen. Das Konzept kann auch als 2-Box-Lösung gestaltet werden, bei der nur ein 1-Kreis-Flauptzylinder an der Stirnwand befestigt ist, mit einer Baulänge von nur 25%. Hierzu sind zwei hydraulische Verbindungen vom Hauptzylinder zum Aggregat notwendig, umfassend eine Bremsleitung und eine Leitung vom
Vorratsbehälter zum Aggregat. Das Konzept für die einkreisige hydraulische Steuerung der Vorderachse und der Hinterachse kann teil- oder vollredundant ausgeführt sein, damit höchste-FO-Anforderungen erfüllt werden.
Die Kombibremse (EHC) kann auch im Alternativkonzept (EHR II) ohne redundante hydraulische Betätigung der Hinterachsbremse redundant gestaltet werden, durch zum Beispiel eine redundante elektro
magnetische Parkierverriegelung, nicht selbsthemmendem
blockiersicherem Stirnradgetriebe, Motor mit 2x3-phasiger Ansteuerung und redundantem Hauptzylinder HZ, Wegsimulator WS und
Druckversorgung DV. Der Kraftsensor kann auch redundant gestaltet werden, oder bei Ausfall als Redundanz eine Motorstrommessung über ein, zum Beispiel auf einem Prüfstand aufgenommenes Kennfeld verwendet werden. Bei der redundanten Parkierverriegelung bietet es sich an, zwei Hubmagnete mit Haftwirkung im verriegelten und stromlosen Zustand zu verwenden, die auch auf ein gemeinsames Sperrelement wirken. Damit ist eine Redundanz für die Verriegelung und auch die Entriegelung möglich.
Bei der bekannten EHC ist die komplette Steuerung (ECU) am
Bremssattel vorgesehen. Hier herrschen teilweise hohe Temperaturen und der Bauraum ist begrenzt. Alternativ kann eine Teil-ECU verwendet werden mit redundantem Bordnetzanschluss über Busleitungen. Die Funktion Motoransteuerung und auch die Sensorauswertung ist ggf. erfindungsgemäß redundant ausgeführt. Das zentrale Computing kann in der ECU der 1- oder 2-Box oder in einem Zentralrechner
(Domänenstruktur) durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Konzept kann bei entsprechender Anforderung modular gestaltet werden bezüglich der Anforderungen an Packaging 1- Box oder 2-Box, mit oder ohne Hauptzylinder HZ und auch in der
Sicherheit von Level 5 bis Level 0, mit reduzierten Redundanzen und entsprechend niedrigeren Kosten.
Wesentlich für die redundanten Funktionen ist eine permanente
Diagnose während des Betriebes und eine Volldiagnose beim Parkieren. Mit den oben beschriebenen Maßnahmen kann eine hohe FO erreicht werden für autonomes Fahren Level 4 (It. VDA/SAE Definition„kein Fahrer erforderlich im spezifischen Anwendungsfall) bzw.„Fahrer erforderlich bei Fehlerauftritt" und Level 5. Es kann auch im Fehlerfall eine Abbremsung nahe 70% erreicht werden, so dass das Fahrzeug (nach ECE-Vorschrift) nicht unmittelbar nach Fehlerauftritt geparkt werden muss und auch keine rote Warnlampe angesteuert wird.
Nach dem Vorgenannten ist die voll- oder teilredundante Steuer- und Regeleinrichtung ECU auch an ein redundantes Bordnetz angeschlossen. Dieses hat mindestens zwei Energieversorgungen von 12 bis zu 800 V Spannung. In Zukunft wird bei vielen Fahrzeugen ein 12/48 Volt- Bordnetz Standard sein. Hierbei ist vorteilhaft, die Steuer- und
Regeleinrichtung ECU welche Motoren mit 2x3-phasigen Anschlüssen steuern einen Strang mit zum Beispiel 3- oder n-phasiger
Motorsteuerung mit der höheren Spannung (z.B. 48 V) zu versorgen. Beispielsweise ist die Dynamik des Motors mit der höheren Spannung deutlich besser und die Verlustleistung in der Motoransteuerung günstiger. Die Redundanz kann erfindungsgemäß auch mehrfach gestaltet werden, wie das z.B. bei anderen Systemen mit sehr hohen
Sicherheitsanforderungen bekannt ist (wie Steuerungen in der
Flugzeugtechnik und Kernkraftwerkstechnik), z.B. bei Flugzeugen eine Dreifach-Redundanz mit einer "2 aus 3-Schaltung" im Fehlerfall. Die Auswahl der Redundanz richtet sich nach der sicheren Fehlererkennung oder auch Fehlererkennung durch Plausibilitätsprüfung. Zum Beispiel ist der Ausfall einer Dichtung in einem geschlossenen System durch
Volumenänderung, Druckänderung oder Positionsänderung eines
Kolbensystems im Betrieb oder speziellem Diagnosezyklus sicher erkennbar. Dagegen ist dies bei einer elektrischen Schaltung oder Sensorschaltung schwieriger. Hier wird oft die oben genannte "2 aus 3- Schaltung" verwendet, d.h. wenn zwei von drei Signalen identisch sind, so wird diese Konfiguration ausgewählt. Bei Sensoren erscheint es zweckmäßig, zwei redundante Sensoren mit Auswerteschaltung, z.B.„2 aus 4" anzuwenden. Entscheidend ist neben der Diagnose auch die Plausibilitätsprüfung von Signalen oder Diagnoseergebnissen.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Ausführung des Kolbens der Druckversorgung als Doppelhubkolben, insbesondere als Stufenkolben. Unter anderem sind dies kontinuierliche Förderung beim Druckaufbau, kurze Baulänge der Druckversorgung DV und Downsizings des Motors.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und Ihrer Ausgestaltungen und weitere Einzelmerkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.
Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform (EHR I) eines Bremssystems für die Vorderachse und die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges als 1-Box;
Figur la eine Steuerung für einen Wegsimulator (WS) (EHRI und EHR
ii) ;
Figur lb Redundanz bei DV zu einem Säugventil (EHRI und EHRII);
Figur lc eine alternative Ausführungsform (EHR II) des
Bremssystems;
Figur 2 ein Bremssystem (EHRI) mit redundanten Ventilen und
einem 1-Kreis-Hauptzylinder (HZ) als 2-Box;
Figur 2a Ventile zur individuellen Hinterachs (HA) -Drucksteuerung für ein Bremssystem gern. Fig. 1 (EHRI);
Figur 2b eine einkreisige Druckversorgung (DV) mit einem
Doppelhubkolben
als Stufenkolben;
Figur 3 einen Tandem-Hauptzylinder (THZ) zur redundanten
Vorderachs (VA)-Steuerung für beide Ausführungsformen des Bremssystems (EHRI und EHR II)
Figur 4 ein Bremssystem ohne Hauptzylinder (HZ) mit E-Pedal für beide Ausführungen (EHRI und EHRII);
Figur 5 ein Bremssystem gern. Figur 4 für beide Ausführungen
(EHRI und EHRII) redundant; Figur 6 einen Hinterachs (HA)-Aktuator mit Stellkolben für EHR II;
Figur 6a eine Steuerung für einen Hinterachs (HA)-Bremskolben
eines Bremssystems (EHRII) mit Aussteuerung des
Stellkolbens; und
Figur 7 eine alternative Ausführungsform des Aktuators bzw. der
Radbremse der Figur 6.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Bremssystems (EHRI) mit eineml-Kreis-Hauptzylinder 4, mit einem Vorratsbehälter VB und einem Wegsimulator 5, einer Druckversorgung DV, die hier
insbesondere eine Kolben-Zylinder-Einheit mit Elektroantrieb und
Getriebe aufweist, ferner Ventilen, einer hydraulischen Hinterachs (HA)- Steuerung EHRL und EHRR, einer elektronischen Steuer- und
Regeleinheit ECU , sowie einer zentralen Steuer- und Regeleinheit Z- ECU.
Der Hauptzylinder 4 wird mittels eines Pedalstößels 4 über einen DK- Kolben 2 betätigt, welcher in bekannter Weise über ein Schnüffelloch an den Vorratsbehälter VB angeschlossen ist. Der DK-Kolben 2 ist über verschiedene Dichtungen im Hauptzylinder 4 abgedichtet: eine
Sekundärdichtung Dl nach außen, eine Dichtung D2 zum Druckraum und eine Dichtung D3 als redundante Dichtung zu D2 mit Drossel Drs. Fällt Dichtung D3 aus, entsteht ein Leckstrom, der von der Drossel Drs begrenzt wird. Dieser Leckstrom wird als Volumenverlust und
Pedalwegverlängerung von zwei Pedalwegsensoren 3, 3a erkannt werden. Die Drossel Drs ist so bemessen, dass die
Pedalwegverlängerung während einer Bremsung nur gering ist. Die Drossel Drs kann auch in Leitungen Dl und D2 zum Vorratsbehälter VB eingesetzt werden, mit einem zusätzlichen (nicht dargestellten)
Rückschlagventil parallel zur Drossel Drs., welches zu D1/D2 hin öffnet. Auch kann ein elektromagnetisches Absperrventil (wie in der DE 10 2005 018694 (E87) der Anmelderin beschrieben) verwendet werden.
Mit beiden Lösungen ist eine Diagnose aller Dichtungen des
Hauptzylinders und Wegsimulators möglich, indem von der
Druckversorgung DV über ein Ventil FV Druck eingesteuert wird und z.B. über die Kolbenbewegung der Leckstrom in der Drossel DRs und zusätzlich den Dichtungen Dl, D2 und Dichtung D8 im Wegsimulator WS ermittelt wird.
Mit dem Pedalstößel 1 ist ein Kraft-Weg-Simulator KWS verbunden (wie in der DE 10 2010 050132 (E123) der Anmelderin näher beschrieben), weicher auch im Extremfall bei blockiertem Kolben 2 oder Wegsimulator WS über den Differenzweg der Pedalwegsensoren 3, 3a noch eine Bremsung ermöglicht. Mit dem Kraft-Weg-Sensor KWS können auch Fehler im Wegsimulator erkannt werden, wie z.B. ein blockierter Kolben oder Leckage an einer Dichtung. Die Funktion des Wegsimulators WS mit Feder, hier ein elastisches Federelement, welches die
Pedalcharakteristik Fp = f (ssc) bestimmt, ist bekannt.
Nach Pedalbetätigung wird das Ventil FV geschlossen und das Volumen wird dem Wegsimulator WS über die Drossel Dr zugeführt, die
Pedaldämpfung bestimmt. Bei Rückbewegung des Pedals wird das Volumen über das Rückschlagventil RV wieder zum Kolben 5 der
Druckversorgung DV zurückgeführt. Der Wegsimulator WS weist zwei Dichtungen D8 und D9 auf. Nach der Dichtung D8 ist ein Kanal mit der Drossel Drs verbunden, welche dieselbe Funktion wie bei Dichtung D3 hat. Fällt die Dichtung D8 aus, wird der Leckagestrom von der Drossel Drs gedrosselt, ohne dass es zu einem Ausfall des Wegsimulators Ws kommt. Das Ventil FV wird im Extremfall des Ausfalls der Druckversorgung DV geöffnet, so dass in der sog. Rückfallebene noch mit dem Pedal gebremst werden kann. Dieses Ventil FV kann auch, wie in Figur 2 gezeigt, redundant ausgeführt werden. In Figur 1 wird davon ausgegangen, dass das Ventil beim Parkstop diagnostiziert wird, wobei der restliche Bremsdruck zur Diagnose verwendet wird. Unter anderem kann hier auch die Dichtigkeit getestet werden. Anschließend kann vor oder zugleich mit Beginn der Bremsung die elektrische Verbindung getestet werden bei geschlossenem Ventil. Hierbei wird das
geschlossene Ventil nicht mit Schmutzpartikeln im Ventilsitz belastet, weil kein Durchfluss bei dichtem Ventilsitz möglich ist. Somit kann das Ventil als FO betrachtet werden. Bei Bremspedalbetätigung wird der Fahrerwunsch über Pedalweg bzw. Pedalwegsensoren 3,3a in
Bremsdruck von der Druckversorgung DV über Motor und Spindel- Kolben-Getriebe mit Druckkolben 29 sowie offenes Ventil PD1 den Bremskreisen VL, VR und FIA zugeführt. Der Druck wird von einem Druckgeber DG erfasst. Bei ca. 90 % des Solldruckes wird das
Flinterachsventil SVFI geschlossen und die restliche
Bremsmomenterhöhung erfolgt elektrisch über die Flinterachssteuerung EFIRL und EFIRR. Die Gründe hierfür sind weiter unten erläutert. Der ABS/ESP-Betrieb mit Druckmodulation für den Druckab- und
Druckaufabau würde im Normalfall mit elektrischer Verstellung erfolgen. Bei größerem Bremsmoment bzw. Druckänderungen kann dann wieder die hydraulische Verstellung auf ca. 90% des Solldruckes einsetzen. Es sind auch andere Schaltmodi denkbar, z.B. nur hydraulische Verstellung der Betriebsbremse und der Feststellbremse elektrisch oder auch
Normalbremse elektrisch bei Ausfall der Flydraulik.
Der Druckabbau erfolgt in gleicher Weise über Verstellung des Kolbens der Druckversorgung DV. Hierbei wirkt der hydraulische Druck nicht direkt auf den Bremskolben wie bei der EPB, sondern auf einen
Verstellkolben, der auf den Spindelantrieb wirkt. Der Motor 8 kann 2x3-phasig (bekannt aus der Ansteuerung elektrischer Servolenkungen) angesteuert werden und gilt als FO- relevant. Ein Ausfall der Kolbendichtungen D10 bis D13 ist ähnlich mit redundanten Dichtungen gelöst wie beim Hauptzylinder 4. Fällt
Dichtung D10 aus, so wirkt Dichtung D12 mit etwas Hubverlust mit Begrenzung des Leckvolumens bei Dichtung D12 über die Drossel und Diagnose über p = f(Hub x Kolbenfläche) in Relation der bekannten Druck-Volumen-Kennlinie.
Diese wird bekanntlich bei relevanten Zustandsänderungen des
Bremssystems definiert, wie z.B. schlechter Entlüftung.
Eine weitere Störung der Druckversorgung DV kann durch ein undichtes Säugventil SV erfolgen, welches bis zur Hubmitte wirkt. Fällt dieses aus, so wirkt Dichtung D13, d.h. ab dem entsprechenden Hub ist das Ventil SV nicht mehr wirksam, was bedeutet, dass ein Zurückfahren des Kolbens in diesem Bereich zum Nachsaugen oder Nachfördern für weiteres Volumen, z.B. für höheren Druckaufbau mit verminderter Saugwirkung durch die manschettenartige Dichtung D13 erfolgt. Das gilt aber nur im Fehlerfall und ist deshalb akzeptabel. Sollte trotz aller Maßnahmen die Druckversorgung DV ausfallen, so wird auf die
Rückfallebene RFE umgeschaltet. In diesem Fall wirkt der 1-Kreis- Hauptzylinder 4 über die offenen Ventile FV, SVR, SVL, SVH und geschlossenes PD1 in die Bremskreise VL, VR, HA und erzeugt
zusätzlich zur elektrischen Bremswirkung an der Hinterachse HA eine hohe Abbremsung mit 500 N Fußkraft von >50%.
Ein Bremskreisausfall wird über die Druck-Volumen-Kennlinie mit erhöhtem Volumen erkannt und das für den Bremskreis zuständige Ventil SVR, SVL, SVH wird geschlossen. Auch können diese Ventile redundant in Reihenschaltung mit SVRred und SVLred ausgeführt werden. Es ist auch denkbar, einen Doppelhubkolben DHK (wie er z.B. in der WO 2016/023994 (E138)) der Anmelderin beschrieben ist) einzusetzen mit Anschluss an zumindest einen Hydraulikkreis LDV.
Die EHR weist einen elektro-mechanischen Antrieb mit einer
Getriebevorrichtung auf, wie weiter unten in Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 6a detailliert beschrieben ist. Die redundante ECU wirkt redundant auf die Teil-ECU (red.) der EHR. Bei einer zukünftigen
Architektur mit Domänen- oder Zentralrechner kann das Computing für die einzelnen Funktionen entsprechend aufgeteilt werden.
Figur la zeigt ein zusätzliches Abschaltventil zum Wegsimulator WS, wie es bei heutigen Systemen mit Wegsimulator verwendet wird, um einen Volumenverlust durch den Wegsimulator in der Rückfallebene RFE zu vermeiden. Bei dem System mit FO und vielen Redundanzen kann darauf verzichtet werden. Auch dieses Ventil kann fehlerhaft sein und müsste zweifach redundant aufgebaut sein wegen der Fehler„nicht schließen" und„nicht öffnen".
Figur lb zeigt eine Alternative zum Ausfall des Ventils SV durch ein zusätzliches Absperrventil AS, das beim Ansaugen wirkt. Beim
Druckaufbau ist es geschlossen.
Figur lc zeigt eine alternative Ausführungsform EHRII des
Bremssystems, das bis auf die Hinterachssteuerung dem der Figur 1, d.h. EHRI entspricht. Insbesondere ist bei dieser Ausführung eine hydraulische Leitung zu den Hinterachsradbremsen nicht vorgesehen. Vielmehr werden diese rein elektrisch betätigt. Hier wird eine
Alternative ebenso mit möglicher Redundanz gezeigt.
Neben dem redundanten Motoranschluß mit 2x3-Phasen-Ansteuerung kann auch die Parkierverriegelung PV1 und PV2 redundant gestaltet werden, mit entsprechender Diagnose der Redundanz. Bei der
redundanten Parkierverriegelung bieten sich zwei Hubmagnete mit Haftwirkung im verriegelten und stromlosen Zustand an, die auch auf das gemeinsame Sperrelement wirken, wie weiter unten unter
Bezugnahme auf Figur 7 näher erläutert ist. Damit ist eine Redundanz für die Verriegelung und die Entriegelung möglich. Auch hier gilt noch das modulare Konzept mit entsprechenden Ausführungen für die jeweiligen Sicherheitsstufen, wobei die Druckversorgung DV
sicherheitskritischer ist bei elektro-magnetischer Parkierverriegelung PV. Vorzugsweise kann hier ein Haftmagnet PV1 eingesetzt werden.
Wird zum Parkieren zum Beispiel eine redundante Magnetspule erregt, so haftet durch den Haltemagnet der Anker sicher auch bei Ausfall der Ansteuerung mit entsprechender Diagnose des Haftzustandes, z.B. über Verdrehen des Motors. Somit ist die Parkierstellung und auch deren Entriegelung gesichert. Mit entsprechendem Getriebekonzept kann kein Blockieren eintreten. Nicht gezeichnet ist ein bei EHC üblicher
Kraftsensor, der auch redundant ausgebildet sein kann, wobei auch Alternativen mit Motorstromkalibrierung über ein Kennfeld denkbar sind , z.B. auf einem Bremsenprüfstand oder Auswertung der
Fahrzeugverzögerung bzw. -Änderung als Funktion der
Motorstromänderung.
Figur 2 zeigt ein Konzept, welches weitestgehend dem der Figur 1 entspricht, das als 1-Box-Lösung dargestellt ist. Der Unterschied liegt im getrennten Packaging des 1-Kreis-Hauptzylinders (1-Box) und der Druckversorgung DV mit Ventilschaltung mit ECU (2-Box).
Der 1-Kreis-Hauptzylinder hat eine extrem kurze Baulänge und auch Bauraum, was für moderne Fahrzeugstrukturen ein Schlüsselfaktor sein kann. Es sind hier zusätzliche hydraulische und elektrische
Verbindungen zur 2-Box notwendig. Hydraulische Leitungen sind die Bremsleitung 9 vom Hauptzylinder HZ und Leitung 10 zum Vorratsbehälter VB. Zusätzlich ist ein zweites Ventil FV2 mit speziellem hydraulischen Anschluss vorgesehen. Beide Eingänge vom
Hauptzylinder HZ und der Druckversorgung DV wirken von außen auf den Ventilsitz des Ventils FV2 und FV1 (Hauptzylinder HZ über Leitung 9 und Ventil FV1 und Druckversorgung DV über Leitung 9a und FV2). Für den Fall, dass die Bremsleitung 9 undicht wird, kann das Ventil FV1 geschlossen werden und zusätzlich auch FV2. Ohne diese Schaltung würde die Druckversorgung DV ausfallen oder das Ventil FV1 müsste in den Hauptzylinder HZ eingebaut werden, was den Bauraum und das elektrische Interface durch die elektrische Leitung zum Ventil stören würde, da sie Signalströme von wenigen mA benötigen. Die zusätzliche elektrische Verbindung ist notwendig von der Aggregate-ECU zur
Sensor-ECU. Letztere verarbeitet die Signale der Pedalwegsensoren 3 und 3a und eines Niveaugebers im Vorratsbehälter VB mit Target mit Auswertung durch ein Sensorelement (vorzugsweise Hall-Element) in der Sensor-ECU. Die Signalübertragung zur Aggregate-ECU erfolgt über eine Busleitung 13, vorzugsweise auch redundant.
Die hydraulische Verbindung zur Hinterachse kann über ein Ventil SVH für beide Hinterräder (Ausführung Figur 2) oder über je ein Ventil SVHR und SVHL für je ein Hinterrad (Ausführung, Figur 2a) ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil der radindividuellen hydraulischen
Druckeinstellung, was im ABS/ESP-Betrieb vorteilhaft ist. Die
Druckregelung von allen vier Rädern, insbesondere im ABS/ESP-Betrieb erfolgt zweckmäßig im Multiplex (MUX)-Betrieb, insbesondere wie in der DE 10 2005 055751 (E90) der Anmelderin, auf die hier diesbezüglich Bezug genommen wird. Alternativ kann auch bei einem der
Schaltventile (SVHR oder SVHL) einer Radbremse entsprechend der Patentanmeldung (PCT/EP2015/081402) oder beiden Schaltventilen ein zusätzliches Auslassventil zum Druckabbau vorgesehen sein. Die
Lösung mit einem Ventil ohne Auslassventil und Multiplex (MUX) hat den Vorteil im Vergleich zum konventionellen Auslassventil zum
Druckabbau in den Vorratsbehälter VB, dass kein Volumenverlust durch Leck im Auslassventil eintreten kann und damit Fehlersicherheit gegeben ist, da der Druckabbau und Druckaufbau
(Druckveränderungen) durch Rück- und Vorwärtsbewegung des Kolbens erfolgt. Beim vorliegenden Konzept betrifft der Multiplexbetrieb nur die beiden Vorderachsbremskreise mit Ventilen SVVL und SWR zur individuellen Druckregelung. Beim Hinterachskreis erfolgt die
Druckeinstellung z.B. auf die beschriebenen 90% des Solldruckes. Die Feineinstellung und der ABS-ESP-Betrieb erfolgten über die individuelle elektrische Verstellung.
Wesentlich ist auch hier die Ansteuerung der Ventile SV. Aus Gründen der Fehlersicherheit, z.B. Ausfall der Druckversorgung (p->0) und hoher Raddruck muss das Ventil SV selbsttätig öffnen; die wird dadurch erreicht, dass, wie im Prinzipbild gezeigt der Anschluss an die
Druckversorgung DV auf der Innenseite des Ventils SV liegt und der Ausgang nach dem Ventilsitz. Diese Schaltung ist in der
Patentanmeldung WO 2016/146224 oder PCT/EP2015/081403 der Anmelderin, auf die hier insoweit Bezug genommen wird, näher beschrieben. Alle Ventile SV haben auch eine wichtige Funktion bei Bremskreisausfall. Bei entsprechender Diagnose wird das
entsprechende Ventil SV zum lecken Bremskreis geschlossen. Auch hier können redundante Ventile SV eingesetzt werden, obwohl hier ein Doppelfehler Bremskreis und undichtes oder nicht schaltbares Ventil vorliegen würde, mit extrem kleiner Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. FIT (failure- in-time) - Wert.
Figur 2b zeigt eine einkreisige Druckversorgung DV mit einem
Doppelhubkolben DHK als Stufenkolben mit unterschiedlichen
Flächenverhältnissen der Kolbenflächen, vorzugsweise im Verhältnis von 2: 1. Die Vorteile von Stufenkolben sind in der WO 2015/177207 und WO 2015/036623 der Anmelderin beschrieben, auf die hier insoweit Bezug genommen wird und bestehen u.a. in einer kontinuierlichen Volumenförderung und Flächenumschaltung von Vorhub und Rückhub. Hierbei wirkt bei Rückhub eine kleinere Fläche; damit könne bei gleichem Motormoment auch höhere Drücke erzeugt werden, wie für die Druck-Volumen-Kennlinie eines Bremssystems typisch. Dies kann auch beim Vorhub mit entsprechender Ventilschaltung geschehen. Abhängig von der Anzahl der Ventile zur Schaltung, kann der Doppelhubkolben DHK auch 2-Bremskreise versorgen. Im vorliegend dargestellten
Konzept wird nur ein Bremskreis versorgt.
Beim Vorhub wird Volumen von der großen Kolbenfläche in die
Druckleitung LDV über das offene Ventil PD1 gefördert. Die
Druckabbau-Steuerung kann auch nur über die Steuerung des
Doppelhubkolbens DHK erfolgen, durch Einsatz eines weiteren Ventils PD4 parallel zu Ventil SV1, wie dies in der WO 2016/023994 und WO 2016 /146692 der Anmelderin beschrieben ist, auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Reicht das Volumen nicht aus, so erfolgt der Rückhub RH mit kleinerer Kolbenfläche für höheren Druck über ein offenes Ventil PD3 in dieselbe Leitung LDV . Soll noch weiteres
Volumen mit entsprechend hohem Druck gefördert werden, so werden Ventil PD1 und Ventil PD3 beim Vorhub geöffnet, so dass mit kleinerer Fläche höherer Druck erzeugt wird. Das geförderte Volumen muß aber zum Druckabbau wieder zurück gefördert werden. Erfolgt dies nur im Bereich Vorhub, so erfolgt dies wie beim normalen Kolben der Fig. 2 über den Rückhub durch Hubzunahme, so dass Volumen zurückfließt. Erfolgt es jedoch beim Doppelhubkolben DHK nach dem Rückhub, wenn sich der Kolben am Hubende befindet und zurückbewegt werden muß über das geöffnete Ventil PD2 das Volumen in den Vorratsbehälter VB gefördert werden, bis der Kolben wieder in der Ausgangsstellung ist. Die Druckänderungsgeschwindigkeit erfolgt durch
Pulsweitenmodulations-(PWM)-Betrieb von Ventil PD2, PD3 oder beiden. Anstelle des Ventils PD2 kann auch eine Schnüffelloch (SL)-Steuerung mit Kanal im Kolben DHK erfolgen, wie dies in der unteren Hälfte von Fig. 2b dargestellt ist. Hierbei ist das Ventil PD3 offen, so dass das Volumen über das Schnüffelloch SL in den Vorratsbehälter VB abströmt. Die Durchflußmenge kann über die Kolbensteuerung des
Öffnungsquerschnittes des Schnüffelloches SL erfolgen oder auch mittels Messung der entsprechenden Druckänderungsgeschwindigkeit über den Druckgeber DG. Bei dieser Steuerung ist das Ventil PD3 nicht erforderlich. Parallel oder alternativ zu dieser Druckabbausteuerung kann auch bei offenem Schnüffelloch die Steuerung durch alle Ventile SV durch Pulsweitenmodulation PWM erfolgen. Beim Vorhub wird hierbei durch Überfahren des Schnüffelloches SL die Verbindung zum
Vorratsbehälter VB geschlossen, so dass anschließend die
Kolbenrückseite Volumen über das Ventil SV ansaugt, um, wie oben beschrieben, beim Rückhub Volumen für den weiteren Druckaufbau zu fördern. Entsprechend wird dann das Ventil PD3 geschaltet. Wenn, wie oben beschrieben, ein Druckabbau aus der Rückhubstellung erfolgen soll, so fährt der Kolben in die Hubanfangsstellung und das Volumen gelangt über das Schnüffelloch zum Vorratsbehälter VB.
Zur Ausfallsicherheit kann der Ausfall der redundanten Dichtungen D12 und D13 wie bei den anderen Dichtungen über eine Drossel Drs erfolgen. Die gezeigte Drossel Drs für die Dichtungen D10 und Di l erfordert die Ventilkonfiguration PD1, PD2 und PD3 oder es muss, eine Dichtung D12 eingesetzt werden mit Drossel Drs nach Dichtung D12, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Lösung mit Doppelhubkolben DHK hat auch hier die Vorteile der kontinuierlichen Förderung beim Druckaufbau, der kurzen Baulänge der Druckversorgung DV und des Downsizings des Motors mit zusätzlichen Ventilen (max. zwei Magnetventile MV und ein Ventil SV.
Figur 3 zeigt einen 2-Kreis-Tandemhauptzylinder wie er z. B. in der WO 2016/023994 (E138b-d) der Anmelderin beschrieben ist. Dieser hat im Vergleich zu dem Hauptzylinder der Figur 1 einen zusätzlichen
Schwimmkolben SK und zusätzliche redundante Dichtungen D14, D15 zur Abdichtung des Stößels des Kolbens SK des Hauptzylinders. Auch hier wieder mit der bezüglich Figur 1 beschrieben Drossel Drs. Auch der Kolben SK hat redundante Dichtungen D4 und D5 mit Drossel Drs und Dichtung D6 und D7 mit Drossel DRs. Damit ist auch der Tandem- Hauptzylinder sicher entsprechend FO.
Wegen des Kolbens SK mit getrenntem Bremskreis ist Ventil SVLL in einer Zweigleitung ausgehend von der Leitung von der Druckversorgung DV zum Kolben SK geschaltet. Der Vorteil des Tandem-Hauptzylinders THZ und dieser Ventilschaltung ist das es zu keinem Ausfall der
Druckversorgung DV kommen kann bei Ausfall des Bremskreises VL ohne zusätzliche Einschaltung von Ventil SVVL. Bei Ausfall des
Bremskreises VR muß, wie bei der Ausführung gern. Figur 1, nach Fehlererkennung über die Plausibilität der Messung der Druck-Volumen- Kennlinie mit der Druckversorgung DV das entsprechende Ventil SWR geschlossen werden. Ergänzend ist zu bemerken, dass z.B. bei
Parkstopp die Dichtheit aller Ventile getestet werden kann und bei jeder Bremsung die Dichtheit der Bremskreise über die o.g. Messung der Druck-Volumen-Kennlinie diagnostiziert werden kann., so dass der Doppelfehler„Ausfall Bremskreis" und„undichtes Ventil SV" eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ergibt, der den Maßstab für FO darstellt. Figur 4 entspricht der Anordnung bzw. dem Konzept von Figur 1 mit dem Unterschied, dass kein Hauptzylinder vorgesehen ist. Vielmehr ist hier eine alternative Ansteuerung der Sensor-ECU durch E-Pedal oder Start-Go-Schalter 14 vorgesehen. Auch diese elektrische Verbindung 13 von E-Pedal 14 zur ECU muss redundant sein.
Figur 5 zeigt einen weiteren Ausbau der Redundanz mit zwei Ventilen DV und entsprechend redundantem Ventil SV für die Vorderachse VA (SWR, red. SW usw.). Auch kann, wie in Figur 2a gezeigt, das Ventil SVHA redundant ausgeführt werden. Die ECU sind komplett redundant ausgeführt mit Verbindung zu 14 E-Pedal/Start-Go-Schalter mit elektrischer Leitung 13. Auch hier ist die Diagnose während der Fahrt und vorwiegend beim Park-Stop von großer Bedeutung (siehe hierzu auch DE 10 2016 142971 der Anmelderin auf die insoweit hier Bezug genommen wird) (E150).
Alle in den Figuren 1, 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungen können auch anstelle der elektro-hydraulischen Systemkombination (EHRI) mit einer rein elektrischen redundanten Version ausgestattet werden
(EHRII) (siehe Figur lc).
Figur 6 zeigt den Aufbau einer elektro-hydraulischen Steuerung EHR bzw. einer Radbremse. Ein Bremssattel 23 ist im Prinzip dargestellt (ohne Verbindung zum Radträger), welcher zusammen mit dem
Bremskolben 20 und den dem Bremsbelägen 21 auf die Bremsscheibe 22 wirkt und damit das Bremsmoment bzw. die Bremswirkung erzeugt. Auf den Bremskolben 20 wirken zwei axiale Kräfte, nämlich a. vom Verstellkolben 19, welcher axial auf die Spindel 16 und die
Spindelmutter 24 wirkt (ohne Verdrehung) und b. vom elektrischen Antrieb, der über ein Schneckenrad 17 und die Spindel 16 mit
Spindelmutter 24, d.h. das Kugel-Gewinde Getriebe (KGT) wirkt. Das Schneckenrad 17 wird über ein selbsthemmendes Getriebe 15 vom Elektro-Motor 8 angetrieben. Dieser ist, über einen Stecker elektrisch mit der Leiterplatte (PCB) 26 der der Radbremse zugeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) verbunden, ebenso ein Motorsensor 27 und ein Positionssensor 28 mit Target 28a auf der Spindel. Mit diesem Positionssensor 28 kann die axiale Bewegung des Verstellkolbens 19 und der Spindel 16 mit Ritzel gemessen werden. Der Verstellkolben 19 weist zwei Dichtungen D20 und D21 auf, die auch redundant ausgeführt sein können.
Die Spindelmutter 24 ist mit einem Fixierelement 24a axial fixiert, so dass mit der Spindel in beiden Richtungen verstellt werden kann, was zur Einstellung des sog. Belaglüftspiels BLS zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag notwendig ist. Bekanntlich verursacht die übliche
Restanlegekraft des Bremskolbens eine bezüglich der C02-Belastung nicht vernachlässigbare Reibung. Die Einstellung des Belaglüftspiels BLS über die Einstellparameter Verstellweg und Strom ist von modernen Parkbremsen bekannt. Dieses Lüftspiel wird erfindungsgemäß
vorzugsweise nur mittels der elektrischen Verstellung durchgeführt. Die Axialkraft der Spindel wird von einem Axiallager aufgenommen, das auf der Spindel 16 zwischen einer mit dieser fest verbundenen Scheibe und dem Verstellkolben 19 angeordnet ist.
Der Verstellkolben 19 wird primär durch die Rückstellkräfte des
Bremssattels 23 über des Bremskolben 20 in die Ausgangsstellung zurückgestellt und zusätzlich gegebenenfalls mit einer
Kolbenrückstellfeder KF in die Position A, wenn er sich bei -h befindet. Die Position +/-h wird vom Positionssensor 28 gemessen und kann zusätzlich bei geschlossenen SVH in dieser Stellung blockiert werden. Von der Ausgangsposition A kann der Kolbenhub h in beiden Richtungen +/-h wirken und auch gemessen werden. Diese Feder KF kann auch über einen (nicht dargestellten) Anschlagring vorgespannt werden.
Erfolgt nun nach einem Druckaufbau oder Bremsmomentanstieg eine Getriebeblockierung, so kann bei Druckabbau der Stellkolben 19 durch die Rückstellkräfte des Bremssattels 23 auf den Bremskolben 20 zurückgestellt werden in die Ausgangsposition A abhängig vom
Flubbeitrag der elektrischen Verstellung. Ist dies beim Druckabbau kleiner als beim Druckaufbau (ca. 5-10%) so entsteht ein Restweg Ah, der dann zu -h bei der Ausgangsposition führt, damit keine
Restbremswirkung übrigbleibt.
Bei der nicht-elektrischen Verstellung ist der Stellkolben blockiert durch das geschlossene Ventil SVFI bzw. SVFIL und SVFIR.
Nach Reparatur der Getriebeblockierung wird dann wieder Ah=0 für die Position A eingestellt. Zu erwähnen ist, dass eine Getriebeblockierung bei entsprechender Konstruktion selten auftreten wird. Es müssen aber wegen der kritischen Auswirkungen trotzdem Lösungen für diesen Fall vorgesehen sein.
Es sind auch andere als die vorgenannten Verstellstrategien (a.) zur hydraulischen Verstellung denkbar, zum Beispiel b. elektrische
Verstellung nur der Feststellbremse oder c. bei schnellem
Bremsmomentaufbau hydraulische Verstellung und langsamen
Bremsmomentaufbau nur elektrische Verstellung. Hierbei kann auf eine komplizierte gemischte Verstellung verzichtet werden, d.h. Position A ist gleich Anschlag, -h gibt es nicht. Nachfolgend noch Bemerkungen zur Leistungsbilanz des Motors. Der Motor benötigt wegen des schlechten Wirkungsgrades des selbsthemmenden Getriebes etwa um den Faktor zwei mehr Leistung. Wie schon ausgeführt, soll der Motor um den Faktor drei kleinere TTL erfüllen, da die schnelle Verstellung von der hydraulischen Verstellung erledigt wird und für ABS/ESP kleinere
Verstellgeschwindigkeiten erforderlich sind. In der Bilanz ist doch 30% Gewinn zu verzeichnen und Einsparung beim Getriebe und Entfall der Parkiersperren mit entsprechender Baugröße.
Figur 6a zeigt einen aktivierten Verstellkolben 16, welcher von der Druckversorgung DV und geöffnetem Ventil SVH Volumen mit dem entsprechenden Druck erhält. Die Druckversorgung DV steuert den Druck entsprechend dem Kennfeld der Pedalwegsensoren für die
Hinterachse HA ca. 5 bis 10% reduziert. Den restlichen Betrag zu 100% liefert die elektrische Verstellung über ein Kennfeld der Verstellweg über Motor und Motorsensor. Ggf. kann hierzu auch der Motorstrom
zusätzlich verwendet werden. Das Kennfeld wird über den
hydraulischen Druck der Druckversorgung DV aufgenommen, was ein DI Verstellweg ergibt. Dieser druckproportionale Verstellweg kann dann über den elektrischen Antrieb über den Motorsensor auch aus dem Kennfeld erfolgen was proportional zum Hub des Druckkolbens 29 ist. Dieser Hub liefert über die Fläche des Kolbens ein Volumen, das zu einem Druck führt, der proportional zur Druck-Volumen-Kennlinie (p-v- Kennlinie) des angeschlossenen Bremskreises führt. Diese Kennlinie bzw. dieses Kennfeld wird in bestimmten Betriebszuständen aktualisiert, wie dies z.B. aus der DE 10 2005 055751 (E90) der Anmelderin bekannt ist auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Aus diesem Kennfeld kann zu jeder Zeit der Druck bestimmt und zusätzlich noch über den Druckgeber DG gemessen werden. Mit dieser Möglichkeit der
Auswertung des Kolbenweges aus dem Volumen der Druckversorgung DV besteht das Potential auch auf den Positionssensor zu verzichten, insbesondere bei der oben beschriebenen Verstellstrategie b. und c. Es kann auch noch zusätzlich der Motorstrom verwendet werden, mit einem vorzugsweise getrennten Kennfeld. Hierzu werden vom Stellkolben verschiedene Druckniveaus mittels Druckgeber DG über die Druckversorgung DV eingesteuert, z.B. ab 10 bar in 10 Stufen bis 100 bar. Bei der entsprechenden Stufe wird der Druck konstant gehalten und der Motorstrom erhöht bis eine Motordrehung und
Spindelbewegung stattfindet. Die Messungen ergeben dann einen Druckproportionalen Motorstrom. Damit werden alle Toleranzfaktoren auf den Motorstrom eliminiert. Das Kennfeld kann auch für den
Druckabbau und die entsprechende Stromreduzierung verwendet werden.
Für die genaue Einstellung der Bremswirkung ist bei der o. g.
Bremssystemversion EHR II ein aufwendiger Kraftsensor notwendig.
Wie in Figur 2 gezeigt, kann die elektro-hydraulische Steuerung EHR I mit einem gemeinsamen SVH geschaltet werden oder wie in Figur 2a gezeigt individuell. Hierbei ist die Verstellstrategie a, b, und c
maßgebend.
Auch die elektrische Feststellbremse kann z.B. bei Ausfall des Elektro- Motors durch die hydraulische Verstellung für begrenzte Zeit wirken. Nach Fehlerauftritt wirkt die Druckversorgung DV mit entsprechendem Druck. Dieser wird gehalten nach Schließen von SVH. In kleinen
Zeitabständen kann von der Druckversorgung DV und dem Druckgeber DG geprüft werden, ob das SVH dicht ist, d.h. keinen Druckverlust zeigt. Danach kann das Zeitintervall groß gestaltet werden. Dies erfordert für die ECU einen bestimmten Weckmodus, der solange aufrechterhalten wird, bis der Service eintrifft oder die Parksituation des Fahrzeugs nicht mehr kritisch z.B. am Hang ist, so dass die zweite, noch intakte EHR ausreicht.
Figur 7 zeigt eine alternativ zur Figur 6 den Aufbau eines Aktuators ohne hydraulischen Stellkolben für ein Bremssystem EHRII mit
Redundanz bei der Parkierverriegelung 40 und vorzugsweise auch beim 2x3-phasigen Elektromotor 8 mit elektrischem Anschluss 8a zur PCB 26. Der Motor treibt, vorzugsweise über ein Planetengetriebe 31 und ein nicht-selbsthemmendes Stirnradgetriebe 30, sowie Spindel mit Ritzel 16 und ein Kugel-Gewinde-Getriebe KGT den Bremskolben 20 in beiden Richtungen an. Das Planetengetriebe 31 ist in einer Lagerung 39 abgestützt. Vorzugsweise ist direkt am Ausgang des Motors auf der Welle ein Sperrrad positioniert, da hier das kleinste Moment auftritt und die Parkiervorrichtung kleinbauend macht. Auf dieses Sperrrad wirkt ein Sperrschieber mit einer Rückstellfeder, die so dimensioniert ist, dass bei Federbruch immer noch genügend Federkraft vorhanden ist. Mit dem Sperrschieber ist über einen Träger die Polplatte 37 mit Flaftmagnet verbunden. Bei Erregung der Spulen wird dieser über die Magnetkraft zur Einrastung bei drehendem Motor gebracht und anschließend werden sowohl die Erregung des Magneten als auch der Motor abgeschaltet. Die Rastung kann über den Strom-Zeit-Verlauf oder die Änderung der Drehrichtung diagnostiziert werden. Durch den Flaftmagnet wird der Sperrschieber in der eingerasteten Stellung gehalten. Zur Entriegelung wird durch Änderung des Magnetflusses mit Umpolung die Flaftkraft eliminiert und die Feder bewegt den Sperrschieber aus der
Verriegelungsstellung. Auch hier wird wieder der Motor aktiv, um die Kräfte am Sperrschieber klein zu halten. Bei hohen
Sicherheitsanforderungen sind die Magnetsysteme 35 und 35a
redundant, mit entsprechendem elektrischem Anschluss. Hier ist das Magnetsystem parallel angeordnet und in Figur 7a in Reihe, was eine kompaktere Bauform ermöglicht. Bezuaszeichenliste
1 Pedalstößel
2 Kolben DK
3 Pedalwegsensor 1 SM
3a Pedalwegsensor 2 SSL
4 1-Kreis Hauptzylinder (HZ)
5 Wegsimulator
6 elastisches Element
7 2x3-phasige redundante Ansteuerung
8 Motor
9 Bremsleitung
10 Leitung zum Vorratsbehälter VB
10a Leitung zum Vorratsbehälter VB
11 Schwimmer mit Target
12 Sensorelement, z.B. Hall-Element
13 Sensor-ECU, elektr. Verbindung von Sensor-ECU zur ECU
14 E-Pedal /Start-Go-Schalter
15 selbsthemmendes Getriebe
16 Spindel mit Ritzel
16a Ritzel
16b axialer Fortsatz der Spindel
17 Schneckenrad
18 axiale Führung
19 Verstellkolben
20 Bremskolben
21 Bremsbelag
22 Scheibenbremse
23 Bremssattel
24 Spindelmutter
24a axiale Fixierung der Spindelmutter 24 25 Axiallager
26 PCB der ECU
27 Motorsensor
27a elektr. Anschluss zum Motorsensor 27
28 Positionssensor
28a Target des Positionssensors 28
29 Druckkolben der Druckversorgung DV
30 nicht selbsthemmendes Stirnradgetriebe
31 Planetengetriebe
32 Motorausgangswelle
33 Sperrrad
34 Sperrschieber
35 Magnetsystem 1 mit Spule
35a Magnetsystem 2 mit Spule
35b elektrischer Anschluss zur PCB
36 Haftmagnet
37 Polplatte zum Sperrschieber
38 Rückstellfeder
39 Lagerung
40 Parkierverriegelung
48 Elektro-Motor
48a elektr. Anschluss zur PCB
DV Druckversorgung
D1-D13 Dichtungen
D20-21 Dichtungen am Stellkolben
KWS Kraft-Weg-Sensor
ECU elektronische Steuer- und Regeleinheit
Z-ECU zentrale Steuereinheit
S-ECU Teil-ECU für Sensoren
SV Säugventil FV Trennventil
RV Rückschlagventil
AS Absperrventil
SVR Absperrventil
SVL Absperrventil
SVH Absperrventil
SVHL Absperrventil
SVHR Absperrventil
EHR elektro-hydraulische Steuerung
DG Druckgeber
DHK Doppelhubkolben
Dr Drossel
Drs Drossel für redundante Dichtung
VB Vorratsbehälter
WS Wegsimulator
SK Schwimmkolben
LHA Leitung zur Hinterachse
KGT Kugel-Gewinde-Getriebe
KF Kolbenrückstellfeder
EHRI elektrohydraulisches System mit Redundanz mit hydraulischem Stellkolben
EHRIIelektr. System ohne hydraulischen Stellkolben
RBVR Radbremse vorn rechts
RBVL Radbremse vorn links
RBHR Radbremse hinten rechts
RBHL Radbremse hinten links

Claims

Patentansprüche
1. Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem
Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder- Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die
Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2)der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH 1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des
Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48, Fig.6, 7) und ein erstes Getriebe
(15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere (hydraulische und/oder elektrische) Komponenten oder Subsysteme des
Bremssystems ein- oder mehrfach redundant ausgeführt sind.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-mechanisch betätigbare Radbremse (RH 1, RH2) eine zusätzliche bzw. redundante hydraulisch betätigbare
Stelleinrichtung (19), aufweist, um eine elektrische und
hydraulische Verstellung der Radbremse für die volle Betriebs- Bremswirkung und Feststell-Bremswirkung zu erreichen.
3. Bremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen hydraulischen Stellkolben (19) aufweist.
4. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektro-mechanisch betätigbare
Radbremse (RH1, RH2) eine Vorrichtung aufweist, um ein, insbesondere volles Blockieren der Verstellung zu verhindern und/oder die Bremswirkung für eine Erhöhung oder Reduzierung des Bremsmomentes zu sichern.
5. Bremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung bzw. der Stellkolben (19) auf ein Getriebe, insbesondere Kugel-Gewinde-Getriebe
(KGT)wirkt, um eine Bewegung (Verschiebung) der Stelleinrichtung bzw. des hydraulischen Stellkolbens (19) auf einen Bremskolben (20) der Radbremse zu übertragen.
6. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebe (15) selbsthemmend ausgeführt ist und insbesondere über eine nicht drehbare Spindel
(16) und Spindelmutter (24) des Kugel-Gewinde-Getriebes (KGT) auf den Bremskolben (20) wirkt.
7. Bremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung bzw. der Stellkolben (19), insbesondere ohne Drehung der Spindel (16) des Kugel-
Gewinde-Getriebes, axial auf den Bremskolben (20) wirkt und insbesondere über ein Ritzel (16a) axial verschiebbar in einem Getrieberad (17) des Getriebes angeordnet ist.
8. Bremssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stellkolben (19) einen Durchgang aufweist, durch den sich ein axialer Fortsatz (16b) der Spindel des Kugel-Gewinde-Getriebes (KGT) erstreckt, auf dem ein Ritzel (16a) angeordnet ist, das im Getrieberad (17) axial verschiebbar gelagert ist.
9. Bremssystem mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal (1), einer Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die
Druckversorgungsvorrichtung (DV) insbesondere auf Radbremsen (RBV1, RBV2) der Vorderachse des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBH1, RBH2) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des
Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor (48)und ein erstes Getriebe (15) vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die
Druckversorgungsvorrichtung (DV), insbesondere für die
hydraulische Verstellung bzw. Steuerung der hydraulischen
Stelleinrichtung (19) eine redundante Dichtungseinrichtung, insbesondere mit einer Drosselvorrichtung in der Leitung zum Vorratsbehälter, aufweist (Fig. 1, Fig. 5)
10. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Subsystem einen
pedalbetätigten Hauptzylinder (HZ) und einen Wegsensor (WS) aufweist, mit einem redundanten Dichtungskonzept für den
Hauptzylinder und den Wegsensor und mit, vorzugsweise
redundanten Trennventilen (FV1, FV2) in einer hydraulischen Leitung zur Druckversorgung (DV).
11. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (8, 48) für die für die Druckversorgung (DV) und/oder die elektrische Verstellung redundante Ansteuerungen der Motorwicklung auf weisen
(insbesondere 2x3-phasig).
12. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Drucksteuerung der
Radbremsen insbesondere redundante elektromagnetische
Schaltventile aufweist, die bei großen Druckdifferenzen zwischen dem Eingang der Druckversorgung (DV) und dem Ausgang zum Radbremszylinder in beiden Richtungen betätigt werden.
13. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine teilredundante elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) für die hydraulische Steuerung (EHR) und die elektrische Verstellung der Radbremsen mit zumindest einem Motorsensor im Zusammenwirken mit der zentralen Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) für das gesamte Bremssystem teil- oder vollredundant vorgesehen ist.
14. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Druckversorgungseinrichtung (DV) ein Doppelhubkolben (DHK), insbesondere mit
unterschiedlichen Wirkflächen ist.
15. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung für ABS über Ventile (SV) vorzugsweise für zwei Radbremsen mittels Multiplex (MUX) erfolgt.
16. Bremssystem mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere
Bremspedal, einer Druckversorgungsvorrichtung (DV),
insbesondere einer von einem Elektromotor (8) angetriebenen hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, zur hydraulischen Verstellung eines Bremskolbens zumindest einer Radbremse, wobei die Druckversorgung (DV) insbesondere auf Radbremsen der
Vorderachse (RBVR, RBVL) des Kraftfahrzeuges wirkt, und mit zumindest einer
elektro-mechanisch betätigbaren Radbremse (RBHR, RBHL) zur elektrischen Verstellung eines Bremskolbens (20) der Radbremse , insbesondere für die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, wobei für die elektro-mechanische Betätigung der Radbremse ein Elektromotor und ein erstes Getriebe vorgesehen sind, welches die Antriebskraft des Motors auf ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Kugel- Gewinde-Getriebe (KGT) überträgt, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Getriebe (KGT) nicht selbsthemmend ausgeführt ist und dass eine, vorzugsweise redundante, elektrische Parkiervorrichtung vorgesehen ist, mit elektro-magnetischen Haftmagneten (bleiben verriegelt ohne Strom), welche durch die elektrische Ansteuerung in die Verriegelungsstellung gebracht wird, wobei insbesondere die Verriegelung durch Ansteuerung des Elektro-Motors (48)
überwacht wird. (Fig. 7)
17. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgung (DV) eine hydraulische
Leitung zum Vorratsbehälter (VB) aufweist und mittels einer Dichtung (D13) in etwa Hubmitte mit Säugventil (SV) in der Leitung zum Vorratsbehälter (VB) redundant ausgeführt ist.
18. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckversorgung ein vom Aggregat getrennter Hauptzylinder (HZ) (2-Box-System) vorgesehen ist mit einer hydraulischen Verbindung zur Bremsleitung und zum
Vorratsbehälter (VB), wobei ferner insbesondere eine Sensor-ECU vorgesehen ist , die Signale, insbesondere redundant, von einem Niveaugeber im Vorratsbehälter und des Pedalweges zu einer System-ECU weiterleitet.
19. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Betätigungseinrichtung bzw. das Bremspedal als E-Pedal oder Stop/Go-Schalter (14) ausgeführt ist und dass eine weitere (redundante) Druckversorgungsvorrichtung (DV) vorgesehen ist. (Fig.5)
20. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte der (PCB) der der Radbremse zugeordneten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) am Gehäuse des Getriebes angeordnet ist, wobei insbesondere die Wärmeableitung von der Leiterplatte (PCB) im Wesentlichen an einen Deckel des Gehäuses erfolgt, der insbesondere aus
Aluminium besteht.
21. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, bei Ausfall der hydraulischen Verstellung des Stellkolbens (19) die Verstellung der Radbremsen der Hinterachse (HA) elektrisch erfolgt.
22. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine modulare Auslegung und Konstruktion von Schlüsselkomponenten des Bremssystems, insbesondere des Hauptzylinders (HZ) des Wegsimulators (WS) der Druckversorgung (DV), Ventile und oder der elektronischen Steuer- und
Regeleinrichtung (ECU) für Produktion, Montage und Prüfung vorgesehen ist, wobei diese mit gleichen oder leicht modifizierten Einrichtungen für Produktion, Montage und Prüfung nach
Anforderungen hinsichtlich Sicherheitslevel zusammengebaut werden können.
23. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Bremsmomentes
verschiedene Schaltmodi möglich sind, wobei vorzugsweise ca.
90% des Bremsmomentes mittels hydraulischer Verstellung und ABS/ESP - und Feststellbremswirkung mittels elektrischer
Verstellung erfolgen.
24. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellkolben (19) eine
Mittelstellung aufweist, die insbesondere mittels einer Feder bestimmt ist, wobei die Feder bei einer Reduzierung des
Bremsmomentes durch die elektrische Verstellung mittels
Schließen eines Ventiles SVFI unwirksam für die Verstellung des Stellkolbens ist.
25. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Doppelhubkolbens (DFIK) mittels zwei Ventilen (PD1, PD3) erfolgt, wobei die
Durchflussmenge (oder der zeitliche Druckabbau) über den
Querschnitt des Schnüffelloches (SL) mit entsprechender
Kolbenpositionierung und Auswertung derselben mittels der Signale eines Druckgebers (DG) erfolgt.
26. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Diagnose der ein- oder mehrfachen Redundanz vorgesehen sind, insbesondere zur laufenden Diagnose und mit Plausibilitätsprüfung.
27. Bremssystem insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit einem Bordnetz mit unterschiedlichen Spannungen, insbesondere einem 12/48 V-Bordnetz und einer 2x3phasigen Ansteuerung für die Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strang einer 3- oder n-phasigen Motorsteuerung mit der höheren Bordnetzspannung versorgt wird.
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