Elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage
für ein autonom fahrendes Landfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage für ein autonom auf öffentlichen Straßen fahrendes Landfahrzeug mit den Merk malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Die Bezeichnung "autonom fahrend" be zieht sich auf die Möglichkeit, autonom zu fahren, die erfindungsgmäße Fahrzeug bremsanlage ist allerdings auch für nicht oder auf niedrigerem Level autonom fah rende Landfahrzeuge einsetzber.
Stand der Technik
Zu einem autonomen Fahren bis zum Level 4 (Fahrer kann zum Eingreifen aufge fordert werden) und Level 5 (höchstes Level; kein Fahrer erforderlich) ist eine Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit Redundanzen notwendig, die einen voll ständigen Ausfall der Fahrzeugbremsanlage mit an Sicherheit grenzender Wahr scheinlichkeit ausschließt, ohne dass es eines Fahrereingriffs bedarf.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 220 440 A1 offenbart eine elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit zwei Bremsaggregaten, die beide jeweils einen Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger mit einer elektrisch steuerbaren Druck quelle und eine Bremsdruckregelventilanordnung für jede Radbremse aufweisen. Ein Bremsaggregat ist an das andere Bremsaggregat und hydraulische Radbrem sen sind an das eine Bremsaggregat angeschlossen, so dass die Radbremsen mit dem einen Bremsaggregat und durch das eine Bremsaggregat hindurch mit dem anderen Bremsaggregat betätigbar sind. Dadurch sind bei einer Störung oder ei nem Ausfall eines Bremsaggregats die Radbremsen ohne Fahrereingriff mit dem
anderen Bremsaggregat betätigbar. Das jeweils aktive Bremsaggregat regelt die Radbremsdrücke in den Radbremsen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße, elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist für ein autonomes Fahren bis zu den Le- veln 4 und 5 auf öffentlichen Straßen vorgesehen. Level 4 wird auch als hochau tomatisiertes Fahren bezeichnet und bedeutet, dass die Führung eines Fahrzeugs dauerhaft von einem elektronischen System übernommen und ein Fahrer nur dann zu einem Eingriff aufgefordert wird, wenn das System die Fahraufgaben nicht mehr bewältigt. Level 5 wird auch als Vollautomatisierung bezeichnet und erfordert kei nen Fahrer. Verwendbar ist die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage aller dings auch für niedrigere Level und für nicht autonomes Fahren.
Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage weist zwei redundante Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger auf, an die eine oder meh rere hydraulische Radbremsen so angeschlossen sind, dass sie wahlweise mit ei nem der beiden oder mit beiden Fremdraft-Bremsdruckerzeugern betätigbar sind. Dadurch ist eine Fremdkraftbremsung bei einer Störung oder einem Ausfall eines der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger ohne Fahrereingriff möglich. Beide Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger sind an einen insbesondere drucklosen Brems flüssigkeitsvorratsbehälter angeschlossen, wobei die beiden Fremdkraft-Brems druckerzeuger gemeinsam an einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter oder an je weils einen eigenen Bremsflüssigkeistsvorratsbehälter angeschlossen sein kön nen.
Dabei ist vorzugsweise ein erster der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger un mittelbar, d. h. ohne ein zwischengeschaltetes Ventil, an den Bremsflüssigkeits vorratsbehälter und/oder ein zweiter der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger durch ein oder mehrer Ventile an den Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter ange schlossen (Anspruch 2).
Vorzugsweise ist der zweite Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger durch ein Rück schlagventil, das in Richtung von dem Bremsflüssigkeistvorratsbehälter zum zwei-
ten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger durchströmbar ist, und/oder durch ein fremd kraftbetätigtes Ventil an den Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter angeschlossen (An spruch 3). Das Ventil ist insbesondere ein Magnetventil. Sofern vorhanden sind das Rückschlagventil und das oder auch mehrere fremdkraftbetätigte Ventile vor zugsweise hydraulisch in Serie geschaltet.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage kann einen oder mehrer Brems kreise mit jeweils einer oder mehreren Radbremsen aufweisen. Für einen Perso nenkraftwagen weist die Fahrzeugbremsanlage insbesondere zwei Bremskreise mit jeweils zwei Radbremsen auf.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Der Anspruch 5 sieht eine Bremsdruckregelventilanordnung zu einer vorzugs weise radindividuellen Regelung von Radbremsdrücken in den Radbremsen vor. Solche Bremsdruckregelventilanordnungen sind an sich bekannt und weisen übli cherweise, wenn auch nicht zwingend für die Erfindung, ein Einlassventil und ein Auslassventil für jede Radbremse, eventuell auch für Gruppen von Radbremsen oder für alle Radbremsen, auf. Das Einlassventil und das Auslassventil können auch zu einem Ventil kombiniert sein. Außer der Regelung der Radbremsdrücke in den Radbremsen und damit der Regelung der Radbremskräfte beim Bremsen sind mit der Bremsdruckregelventilanordnung Schlupfregelungen wie Blockier schutz-, Antriebsschlupf- und Fahrdynamikregelungen/elektronische Stabilitäts programme möglich, für die die Abkürzungen ABS, ASR und FDR/ESP gebräuch lich sind. Fahrdynamikregelungen, die auch als elektronische Stabilitätspro gramme bezeichnet werden, werden umgangssprachlich auch als Schleuder schutzregelungen bezeichnet.
Anspruch 6 sieht vor, dass die Bremsdruckregelventilanordnung durch ein Ventil an den ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger und/oder unmittelbar an den zwei ten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger angeschlossen ist, so dass durch Schließen des Ventils die Bremsdruckregelventilanordnung zu einer Betätigung der Fahr zeugbremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, sofern ein solcher vorhanden ist, und/oder mit dem zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger vom ersten Fremd kraft-Bremsdruckerzeuger trennbar ist. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsan-
läge ist vorzugsweise so ausgebildet, dass mit dem Trennen der Bremsdruckre gelventilanordnung vom ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger auch die Rad bremsen vom ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger getrennt werden und die Radbremsdrücke in den Radbremsen bei einer Betätigung der Fahrzeugbremsan lage mit dem Hauptbremszylinder und/oder dem zweiten Fremdkraft-Brems druckerzeuger regelbar sind.
Anspruch 8 sieht vor, dass die Radbremsen durch Auslassventile, die insbeson dere Teile der Bremsdruckregelungventilanordnung sind, an den ersten Fremd kraft-Bremsdruckerzeuger und/oder an den zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeu ger angeschlossen sind. Bei einem Radbremsdruckabbau in einer oder mehreren Radbremsen durch Öffnen des oder der Auslassventile strömt Bremsflüssigkeit aus der oder den Radbremsen bei dieser Ausführung der Erfindung nicht zurück in den insbesondere drucklosen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter, sondern zu den Fremdkraft-Bremsdruckerzeugern. Dadurch muss für eine anschließende Wieder erhöhung der Radbremsdrücke der Bremsdruck nicht neu aufgebaut sondern nur der vorhandene Bremsdruck erhöht werden.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage einen Muskel kraft- oder Hilfskraft-Bremsdruckerzeuger zusätzlich zu den beiden Fremdkraft- Bremsdruckerzeugern auf.„Hilfskraft“ bedeutet eine Muskelkraftbetätigung unter stützt durch einen Bremskraftverstärker. Der Muskelkraft- oder Hilfskraft-Brems druckerzeuger ist insbesondere ein mit einem Handbremshebel oder einem Fuß bremspedal betätigbarer Hauptbremszylinder, der bei einer Fremdkraftbetätigung der Fahrzeugbremsanlage als Sollwertgeber für einen Bremsdruck der Fahrzeug bremsanlage dient. Eine Muskel- oder Hilfskraftbremsung kann insbesondere für den Fall einer Störung oder eines Ausfalls eines oder beider Fremdkraft-Brems druckerzeuger während eines nicht-autonomen sondern fahrergeführten Fahrens vorgesehen sein.
Sämtliche in der Beschreibung und der Zeichnung offenbarten Merkmale können einzeln für sich oder in grundsätzlich beliebiger Kombination bei Ausführungsbei spielen der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle, sondern nur ein oder mehrere Merkmale eines Anspruchs aufweisen, sind grund sätzlich möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Aus führungsform näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Hydraulikschaltplan ei ner elektrohydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage gemäß der Erfindung.
Ausführungsform der Erfindung
Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße elektrohydraulische Fremd kraft-Fahrzeugbremsanlage 1 ist für ein autonom bis zum Level 4 oder 5 auf öf fentlichen Straßen fahrendes Landfahrzeug, nämlich einen Personenkraftwagen vorgesehen. Level 4 bedeutet ein autonomes Fahren, wobei ein Fahrer zum Ein greifen aufgefordert werden kann, und Level 5, das höchste Level, ein autonomes Fahren, das keines Fahrereingriffs bedarf. Niedrigere Level und nicht autonomes Fahren sind möglich.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage 1 ist als Zweikreis-Bremsanlage mit vier hydraulischen Radbremsen 2 ausgebildet, von denen jeweils zwei an einen der beiden Bremskreise angeschlossen ist.
Die Fahrzeugbremsanlage 1 weist einen ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3 und einen zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 4 auf. Die beiden Fremd kraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 sind redundant, die Fahrzeugbremsanlage 1 kann wahlweise mit einem oder auch mit beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeugern 3, 4 betätigt werden.
In der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung weist der erste Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3 eine Kolben-Zylinder-Einheit 5 auf, deren Kolben 6 zur Erzeugung eines Bremsdrucks mittels eines Elektromotors 7 über einen Gewindetrieb 8 oder ein anderes Rotations-Translations-Wandelgetriebe in einem Zylinder 9 axial verschiebbar ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 5 kann auch als Plunger-Einheit und der Kolben 6 als Plungerkolben bezeichnet werden. Der Zylinder 7 der Kolben-Zylinder-Einheit 5 des ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeu gers 3 ist - in der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung - unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Ventils, an einen drucklo sen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 10 angeschlossen.
An den ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, genau genommen an den Zy linder 9 der Kolben-Zylinder-Einheit 5 des ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeu gers 3, sind die Radbremsen 2 über hier als Plungerventile 1 1 bezeichnete Ventile, erste Trennventile 12 und eine Bremsdruckregelventilanordnung 13 angeschlos sen. Zur Aufteilung in die beiden Bremskreise sind zwei Plungerventile 1 1 hydrau lisch parallel, zwei erste Trennventile 12 hydraulisch ebenfalls parallel und jeweils ein Plungerventil 1 1 und ein erstes Trennventil 12 hydraulisch in Serie angeordnet. Über die Bremsdruckregelventilanordnung 13 sind jeweils zwei Radbremsen 2 über ein Plungerventil 1 1 und ein erstes Trennventil 12 an den ersten Fremdkraft- Bremsdruckerzeuger 3 angeschlossen.
Der zweite Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 4 weist in jedem Bremskreis eine Hydropumpe 14, beispielsweise eine Kolbenpumpe oder eine (Innen-) Zahnrad pumpe, die gemeinsam mit einem Elektromotor 15 antreibbar sind, auf. Jeweils zwei der Radbremsen 2 sind über ein Einlassventil 16 für jede Radbremse 2 an eine Druckseite einer der Hydropumpen 14 angeschlossen.
Über je ein Auslassventil 17 ist jede der Radbremsen 2 an Saugseiten der Hydro pumpen 14 des zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeugers 4 angeschlossen, wo bei die Radbremsen 2 über die Auslassventile 17 an die Saugseite derselben Hyd ropumpe 14 angeschlossen sind, an deren Druckseite sie über die Einlassventile 16 angeschlossen sind. Auf den Saugseiten der Hydropumpen 14 sind zwischen den Auslassventilen 17 und den Hydropumpen 14 Hydrospeicher 18 angeschlos sen.
Aus Richtung des Bremsflüssigkeitsvorratsbehälters gesehen sind die Saugseiten der Hydropumpen 14 des zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeugers 4 durch je ein Rückschlagventil 19, das in Richtung vom Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 10 zu der jeweiligen Hydropumpe 14 durchströmbar ist, und ein Ansaugventil 20 an den Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 10 angeschlossen, so dass eine Bremsdrucker zeugung zur Betätigung der Radbremsen 2 mit dem zweiten Fremdkraft-Brems druckerzeuger 4 bei offenen Ansaugventilen 20 möglich ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 beschränkt, andere Ausführungen der Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger sind möglich (nicht dargestellt).
Wie oben geschrieben lässt sich die Fahrzeugbremsanlage 1 wahlweise mit jedem der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 betätigen, so dass bei einem Aus fall oder einer Störung eines der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 die Fahrzeugbremsanlage 1 ohne einen Fahrereingriff durch Fremdkraft mit dem an deren der beiden Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 betätigt werden kann. Eine solche Redundanz der Fremdkraftbetätigung der Fahrzeugbremsanlage 1 ist Vo raussetzung für ein autonomes Fahren auf den Leveln 4 und 5
Die Einlassventile 16 und die Auslassventile 17 bilden die Bremsdruckregelven tilanordnung 13, mit der Radbremsdrücke in jeder Radbremse 2 einzeln geregelt werden können. Zusammen mit den Hydropumpen 14 des zweiten Fremdkraft- Bremsdruckerzeugers 4 sind Schlupfregelungen, insbesondere eine Blockier schutz-, Antriebsschlupf- und/oder Fahrdynamikregelung bzw. elektronisches Sta bilitätsprogramm möglich. Für diese Schlupfregelungen sind die Abkürzungen ABS, ASR und/oder FDR bzw. ESP gebräuchlich, Fahrdynamikregelungen und elektronische Stabilitätsprogramme werden umgangssprachlich auch als Schleu derschutzregelungen bezeichnet. Solche Schlupfregelungen sind an sich bekannt und werden hier nicht näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage 1 weist einen mit einem Fußbrems pedal 21 betätigbaren Zweikreis-Hauptbremszylinder 22 als Muskelkraft-Brems druckerzeuger auf, an den die Radbremsen 2 in jedem Bremskreis über je ein zweites Trennventil 23, die ersten Trennventile 12 und die Einlassventile 16 der Bremsdruckregelventilanordnung 13 angeschlossen sind, so dass die Fahrzeug bremsanlage 1 auch per Muskelkraft von einem Fahrzeugführer betätigbar ist. Die zweiten Trennventile 23, die erstenTrennventile 12 und die Einlassventile 16 sind hydraulisch in Serie angeordnet.
Grundsätzlich ist eine Betätigung der Fahrzeugbremsanlage 1 durch Fremdkraft vorgesehen, wobei ein Bremsdruck mit dem ersten Fremdkraft-Bremsdruckerzeu ger 3 und bei einer Störung oder einem Ausfall des ersten Fremdkraft-Brems druckerzeugers 3 mit dem zweiten Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 4 erzeugt
wird. Die Reihenfolge der Bremsdruckerzeugung kann auch umgekehrt werden. Der Hauptbremszylinder 15 dient als Sollwertgeber für die Radbremsdrücke in den Radbremsen 2 bei einem Fahrerbetrieb, wobei der Bremsdruck mit einem der bei den Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger 3, 4 erzeugt und die Höhe des Bremsdrucks mit dem Kolben 6 der Kolben-Zylinder-Einheit 5 des ersten Fremdkraft-Brems druckerzeugers 3, wenn diese den Bremsdruck erzeugt, und/oder mit der Brems druckregelventilanordnung 13 gesteuert oder geregelt wird. Bei einem autonomen Fahren kommt der Sollwert für die Radbremsdrücke von einer autonomen Fahr zeugführung.
Beim Fahrerbetrieb kann bei einer Störung oder einem Ausfall des ersten Fremd kraft-Bremsdruckerzeugers 3 der Bremsdruck mit dem zweiten Fremdkraft-Brems druckerzeuger 4 oder mit dem Hauptbremszylinder 22 erzeugt werden.
In einem der beiden Bremskreise ist ein Pedalwegsimulator 24 über ein Simulator ventil 25 an den Hauptbremszylinder 22 angeschlossen. Der Pedalwegsimulator 24 ist ein federbeaufschlagter Hydrospeicher, in den bei geöffnetem Simulatorven til 25 Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 22 verdrängt werden kann, so dass bei einer Fremdkraftbremsung, bei der die zweiten Trennventile 23 geschlos sen werden, ein Kolben im Hauptbremszylinder 22 verschiebbar und das Fuß bremspedal 22 bewegbar ist, um dem Fahrzeugführer ein gewohntes Pedalgefühl zu vermitteln.
In der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Plungerventile 1 1 , die ersten Trennventile 12, die Einlassventile 16, die Auslass ventile 17, die Ansaugventile 20, die zweiten Trennventile 23 und das Simulator ventil 25 2/2-Wege-Magnetventile, wobei die ersten Trennventile 12, die Einlass ventile 16 und die zweiten Trennventile 23 in ihren stromlosen Grundstellungen offen und die Plungerventile 1 1 , die Auslassventile 17, die Ansaugventile 20 und das Simulatorventil 25 in ihren stromlosen Grundstellungen geschlossen sind. Zwecks einer besseren Regelgüte der Radbremsdrücke sind die Einlassventile 13 als Proportionalventile ausgeführt, was allerdings nicht zwingend für die Erfindung ist. Andere Ausführungen der Ventile sind nicht ausgeschlossen. Möglich ist bei spielsweise auch eine Zusammenfassung der Einlassventile 16 und der Auslass- venitle 17 zu 3/2-Magnetventilen (nicht dargestellt).