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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bremssystem, insbesondere ein elektromechanisches Bremssystem, für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei Bremskreisen, die jeweils ein erstes Steuergerät zur Umsetzung einer Bremsanforderung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs in ein Ansteuersignal sowie mindestens ein zweites, jeweils einer Radbremse des Bremssystems zugeordnetes Steuergerät, das das Ansteuersignal verarbeitet, umfassen, sowie mit wenigstens einer Fahrdynamik-Steuereinheit.
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Stand der Technik
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Elektrische Bremssysteme sowie Verfahren zum Betreiben dieser gemäß der hier genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Entsprechend der Art und Weise, wie eine elektrisch erzeugte Kraft auf eine Radbremse des Bremssystems beziehungsweise des Kraftfahrzeugs übertragen wird, werden elektrische Bremssysteme in elektromechanische Bremssysteme, elektrohydraulische Bremssysteme und elektropneumatische Bremssysteme unterteilt. Bei den modernen so genannten Brake-by-Wire Bremssystemen finden im Wesentlichen elektromechanische Bremssysteme Anwendung, da hier eine Kraft mit einfachen Mitteln sicher und präzise auf die Radbremse übertragen werden kann. Elektrische Bremssysteme sind nach den gesetzlichen Anforderungen zweikreisig ausgelegt und weisen dazu zwei voneinander getrennte Bremskreise auf. Ein Bremskreis wirkt dabei in der Regel auf mindestens zwei Räder beziehungsweise Radbremsen einer Achse oder auf zwei diagonal angeordnete Räder beziehungsweise Radbremsen verschiedener Achsen des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel: vorne links – hinten rechts. Das Vorsehen der zwei getrennten Bremskreise soll eine Bremswirkung auch dann noch gewährleisten, wenn einer der Bremskreise aufgrund einer Fehlfunktion ausfällt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 101 18 263 A1 ist ein derartiges, zweikreisiges elektromechanisches Bremssystem bekannt. Dabei weist jeder der Bremskreise ein erstes Steuergerät auf, das eine Bremsanforderung eines Fahrers in ein Ansteuersignal umsetzt. Diese Bremsanforderung wird dabei beispielsweise mittels einer Sensorik an einem Bremspedal des Kraftfahrzeugs erfasst. Das von dem ersten Steuergerät erzeugte Ansteuersignal wird von zwei Steuergeräten verarbeitet, die jeweils einer Radbremse zugordnet sind und diese betätigen. Aus der genannten Offenlegungsschrift ist es weiterhin bekannt, wenigstens eine Fahrdynamik-Steuereinheit vorzusehen, die auf die Bremskreise wirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße elektrische Bremssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Fahrdynamik-Steuereinheit in das erste Steuergerät wenigstens eines Bremskreises integriert ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei den die Fahrdynamik-Steuereinheit von einem gesonderten Steuergerät gebildet wird, welches in einer übergeordneten Ebene vorgesehen ist und auf die ersten Steuergeräte der Bremskreise wirkt, ist vorliegend vorgesehen, dass die Fahrdynamik-Steuereinheit Bestandteil zumindest eines der ersten Steuergeräte der unterschiedlichen Bremskreise ist. Hierdurch wird die Struktur des elektrischen Bremssystems insgesamt vereinfacht und auch der Bauraumbedarf verringert. Über eine bevorzugt zwischen den ersten Steuergeräten der beiden Bremskreise verlaufende Kommunikationsverbindung können Daten und Befehle der Fahrdynamik-Steuereinheit auch auf das erste Steuergerät ohne integrierte Fahrdynamik-Steuereinheit übertragen und dort genutzt werden.
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Bevorzugt ist die Fahrdynamik-Steuereinheit in das erste Steuergerät des ersten Bremskreises und in das erste Steuergerät des zweiten Bremskreises integriert. Hieraus ergibt sich ein ungefähr gleich hoher Performance-Bedarf der beiden ersten Steuergeräte, wodurch unter anderem die Nutzung baugleicher erster Steuergeräte ermöglicht wird. Darüber hinaus steht bei Auftreten einer Fehlfunktion in einem der Bremskreise die volle Fahrdynamik-Funktionalität zumindest für den funktionierenden Bremskreis zur Verfügung. Durch das Vorsehen der Fahrdynamik-Steuereinheit in dem jeweiligen ersten Steuergerät des ersten Bremskreises und des zweiten Bremskreises wird somit die Fahrdynamik-Steuereinheit beziehungsweise die Fahrdynamik-Funktionalität redundant zur Verfügung gestellt. Zweckmäßigerweise werden dazu auch beiden ersten Steuergeräten des ersten Bremskreises und des zweiten Bremskreises die Werte aller der Fahrdynamik-Steuereinheit zugeordneten Sensoren, wie beispielsweise Längsbeschleunigungssensoren, Querbeschleunigungssensoren, Gier- und/oder Wanksensoren, den beiden ersten Steuergeräten redundant zugeführt.
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Zweckmäßigerweise tauschen die ersten Steuergeräte des ersten und des zweiten Bremskreises über die genannte Kommunikationsverbindung Informationen derart miteinander aus, dass ein Abgleich der erfassten Sensorwerte sowie der erzeugten Ansteuersignale zwischen den zwei Bremskreisen erfolgt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Bremssystems ist vorgesehen, dass die Fahrdynamik-Steuereinheit von den ersten Steuergeräten des ersten und des zweiten Bremskreises zusammen gebildet ist beziehungsweise wird. Das bedeutet, dass die Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit auf die beiden ersten Steuergeräte verteilt sind und durch das Zusammenspiel der ersten Steuergeräte miteinander zusammen wirken. Bei Ausfall eines Bremskreises kann somit zumindest noch ein Teil der Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit genutzt werden. Insgesamt wird hierdurch der Speicherplatz- und Rechenbedarf zur Implementierung der Fahrdynamik-Steuereinheit beziehungsweise deren Funktionen minimiert. Darüber hinaus können unterschiedliche Funktionen oder Schritte gleichzeitig ausgeführt werden, so dass die Fahrdynamik-Steuereinheit insgesamt effizient und schnell arbeitet. Hierzu ist vorgesehen, dass in dem ersten Steuergerät des ersten und des zweiten Bremskreises verschiedene Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit vorgesehen sind.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist zumindest eine Funktion der Fahrdynamik-Steuereinheit sowohl in dem ersten Steuergerät des ersten Bremskreises und als auch in dem Steuergerät des zweiten Bremskreises vorgesehen. Hierbei wird also eine Teilmenge der Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit auf die beiden ersten Steuergeräte aufgeteilt. Bevorzugt sind besonders sicherheitsrelevante Funktionen und/oder Funktionen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen redundant in beiden ersten Steuergeräten der Bremskreise implementiert.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass Raddrehzahlsensoren dem jeweiligen ersten Steuergerät und/oder den jeweiligen zweiten Steuergeräten zugeordnet sind. Dadurch können die erfassten Werte entweder direkt in die ersten Steuergeräte oder auch direkt in die zweiten Steuergeräte eingelesen werden. Die Erfassung der Werte in den ersten Steuergeräten, in denen die Informationen letztendlich auch verarbeitet werden, hat den Vorteil, dass keine Tot- und Latentzeiten durch eine Kommunikation zwischen den ersten und den zweiten Steuergeraten anfallen.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die Fahrdynamik-Steuereinheit als ESP Steuereinheit (ESP = elektronisches Stabilitätsprogramm) und/oder als ABS-Steuereinheit (ABS = Antiblockiersystem) ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus. Dass die Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit in dem ersten Steuergerät wenigstens eines Bremskreises durchgeführt werden. Vorteilhafterweise wird zumindest eine der Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit in dem jeweiligen ersten Steuergeräte des ersten Bremskreises und des zweiten Bremskreises redundant ausgeführt. Bevorzugt werden sämtliche Funktionen in dem jeweiligen ersten Steuergerät des ersten Bremskreises und des zweiten Bremskreises redundant ausgeführt. Prinzipiell ist es auch denkbar, die Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit direkt auf die zweiten Steuergeräte aufzuteilen, wenn keine in der Hierarchie höher liegenden ersten Steuergeräte vorhanden beziehungsweise vorgesehen sind.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dazu zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines vorteilhaften elektrischen Bremssystems,
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2 eine schematische Darstellung der Implementierung einer Fahrdynamik-Steuereinheit und
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Implementierung der Fahrdynamik-Steuereinheit.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrisches Bremssystem 1, das als elektromechanisches Bremssystem 2 ausgebildet ist. Das elektrische Bremssystem 1 weist zwei voneinander unabhängige Bremskreise auf, die im Folgenden mit den Bezugszeichen 3 und 4 gekennzeichnet sind. Jeder Bremskreis 3, 4 weist ein erstes Steuergerät 5 beziehungsweise 6 auf, das eine Bremsanforderung eines Fahrers eines das Bremssystem 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs erfasst. Dazu erhalten die Steuergeräte 5 und 6 jeweils Eingangssignale von einer Sensorik eines Bremspedals 7 sowie einer Feststellbremse 8. jeder der Bremskreise 3 und 4 weist weiterhin eine elektrische Energieversorgung 9, 10 in Form eines wiederaufladbaren Energiespeichers 11, 12 auf, so dass die Bremskreise 3 und 4 unabhängig voneinander mit Energie versorgt werden. Hierdurch wird insbesondere den gesetzlichen Vorschriften Rechnung getragen, die eine Restfunktionalität des Bremssystems fordern, wenn ein Teil des Bremssystems ausfällt. Vorliegend wirkt sich eine Fehlfunktion des einen Bremskreises 3 oder 4 aufgrund der vorteilhaften Ausbildung nicht auf den anderen Bremskreis 4 beziehungsweise 3 aus, so dass letzterer auch weiterhin seine volle Funktionsfähigkeit beibehält und seine Bremswirkung erzielen kann.
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Die Steuergeräte 5 und 6 setzen die Bremsanforderung des Fahrers in Ansteuersignale für jeweils zwei Steuergeräte 13 und 14 sowie 15 und 16 um, die zur jeweiligen Ansteuerung einer Radbremse 17, 18, 19 und 20 des Bremssystems 1 in Abhängigkeit der Ansteuersignale dienen. Jede der Radbremsen 17 bis 20 ist dabei einem zu bremsenden Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Über entsprechende Leitungen beziehungsweise Verbindungen des jeweiligen Bremskreises 3 beziehungsweise 4 sind die zweiten Steuergeräten 13 und 15 mit dem Steuergerät 5 und der elektrischen Energieversorgung 9, und die zweiten Steuergeräte 14 und 16 mit dem ersten Steuergerät 6 sowie mit der elektrischen Energieversorgung 10 verbunden.
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Die ersten Steuergeräte 5 und 6 umfassen vorliegend wenigstens eine Mikrokontrolle und Kommunikationsschnittstellen zum Datenaustausch über die genannten Leitungen mit den jeweiligen zweiten Steuergeräten 13 bis 16. Die zweiten Steuergeräten 13 bis 16 umfassen jeweils eine Leistungselektronik und Mittel zur Kommutierung von elektronisch kommutierenden Elektromotoren der Bremsaktoren der jeweiligen Radbremse 17 bis 20. Ebenso umfassen die zweiten Steuergeräte 13 bis 16 die zur Ansteuerung der Radbremse notwendige Sensorelektronik, wie insbesondere Drehzahlsensoren. Auch kann die ganze Elektronik von einem Mikrokontroller mit entsprechender Software gebildet werden. Die Sollvorgabe für die Ansteuerung der Radbremsen 17 bis 20 beziehungsweise der entsprechenden Bremsaktoren und damit auch für die benötigte Energieaufnahme wird vorliegend durch die Steuergeräte 5 und 6 in Form ihres jeweiligen Ansteuersignals bereitgestellt. Darüber hinaus sind die ersten Steuergeräte 5 und 6 mit einem Cockpit-Anzeigemodul 24 verbunden, welches beispielsweise Wammeldungen an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgibt, wenn Probleme in einem der Bremskreise auftreten.
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Weiterhin weist das elektrische Bremssystem 1 eine Fahrdynamik-Steuereinheit 21 auf, die in den vorliegenden Ausführungsbeispielen in die ersten Steuergeräte 5 und 6 integriert ist. Bei der Fahrdynamik-Steuereinheit 21 handelt es sich vorliegend jeweils um eine ESP-Steuereinheit 22, also um eine Steuereinheit zur Durchführung eines elektronischen Stabilitätsprogramms. Diese umfasst darüber hinaus eine Antischlupf-Regelung. Vorliegend werden alle Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit 21 redundant auf beiden ersten Steuergeräte 5 und 6 gerechnet (Variante A). Damit steht bei einer Fehlfunktion in einer der Steuergeräte 5 oder 6 beziehungsweise in einer der dazugehörigen Sensorik noch die volle Fahrdynamik-Funktionalität an dem verbleibenden Bremskreis zur Verfügung. Über eine Kommunikationsverbindung 23 tauschen die ersten Steuergeräten 5 und 6 Daten, insbesondere Daten der Fahrdynamik-Steuereinheiten 21 aus, um die Ansteuersignale und die den Ansteuersignalen zugrundeliegenden Sensor-Werte abzugleichen. Die Anbindung von für die Fahrdynamikregelungs-Steuereinheit notwendigen Sensoren, die bevorzugt als Drehzahlsensoren an den Radbremsen 13 bis 16 angeordnet sind, kann entweder über eine Busanbindung, zum Beispiel mit CAN oder FlexRay, oder über eine Einzelverbindung, wie zum Beispiel mittels Analogsignal oder PWM-codiert, erfolgen. Die Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit können in zwei Funktionsklassen eingeteilt werden. Zum Einen gibt es Funktionen auf Fahrzeugebene, wie zum Beispiel die Bestimmung von Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, Soll-Trajektorie und Ist-Trajektorie. Zum Anderen gibt es Rad-bezogene Funktionen wie zum Beispiel die Regelung des Schlupfes an einem Rad oder die Anforderung einer bestimmten Rad-individuellen Bremskraft.
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Alternativ zu der oben beschriebenen Implementierung der Steuereinheit 21 ist es denkbar, Funktionen der Fahrzeugebene in den beiden ersten Steuergeräten 5, 6 redundant auszuführen und Rad-bezogene Funktionen auf die beiden Steuergeräte 5, 6 aufzuteilen (Variante B). Steuergerät 5 rechnet Funktionen für die zweiten Steuergeräte 13 und 15, und Steuergerät 6 rechnet Funktionen für die zweiten Steuergeräte 14 und 16. Bei Ausfall eines Bremskreises 3, 4 beziehungsweise eines ersten Steuergeräts 5 oder 6 ist die Fahrdynamikregelung für den verbleibenden Bremskreis 6 beziehungsweise noch vorhanden.
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Neben der redundanten Anordnung beziehungsweise Ausbildung der Fahrdynamik-Steuereinheit 21 sind noch weitere Ausbildungen denkbar, wie sie beispielsweise in 2 und 3 dargestellt sind.
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Die 2 und 3 zeigen hierzu in jeweils einer schematischen Darstellung eine beispielshafte Ausbildung der Fahrdynamik-Steuereinheit 21. Dabei ist die Fahrdynamik-Steuereinheit 21 in mehrere Funktionen unterteilt ausgebildet. Als erste Funktion 25 ist der sogenannte Beobachter vorgesehen, der das aktuelle Fahrzeugverhalten erfasst und hierzu insbesondere aktuelle Beschleunigungswerte (Längs- und/oder Querbeschleunigung), eine Gier- oder Wankrate oder auch einen Schwimmwinkel des Kraftfahrzeugs ermittelt. Eine zweite Funktion 26 wird durch ein Sollzustandsmodell beziehungsweise einen Sollzustand gebildet. Während also der Beobachter die Ist-Werte des Kraftfahrzeugs ermittelt, werden in dem Soll-Zustandsmodell die Soll-Werte ermittelt beziehungsweise hinterlegt. In einer weiteren Funktion 27 werden Schwellenwerte vorgegeben, die beim Vergleich der Ist-Werte mit den Soll-Werten zur Beurteilung des Vergleichsergebnisses genutzt werden. Die Schwellenwerte können dabei in Abhängigkeit von aktuellen Rahmenbedingungen angepasst werden. Die folgende Funktion 28 stellt eine Berechnungsfunktion dar, in welcher der erstellte Vergleich aus Ist-Werten und Soll-Werten unter Berücksichtigung der Schwellenwerte Soll-Vorgaben für die Radbremsen 17 bis 20 bestimmt werden. Als letzte Funktion 29 umfasst die Fahrdynamik-Steuereinheit 21 einen Signalerzeuger, der aus den in Funktion 28 gewonnen Daten das Ansteuersignal für die zweiten Steuereinheiten 13 bis 16 erzeugt und an diese übermittelt.
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Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 2 werden die Funktionen 25, 26 und 27 in das erste Steuergerät 5 und die Funktionen 28 und 29 in das zweite Steuergerät 6 implementiert. Somit sind die Funktionen paritätisch auf die beiden Steuergeräte 5 und 6 aufgeteilt (Variante C). Hierdurch wird der Speicherplatz- und Rechenbedarf der Fahrdynamik-Regelung minimiert.
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Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 3 wird zumindest die Funktion 27 in beide Steuergeräte 5 und 6 integriert beziehungsweise implementiert. Somit wird vorliegend zumindest eine Funktion (Funktion 27) von beiden Steuergeräten 5 und 6 redundant ausgeführt (Variante D). Natürlich ist es auch denkbar, die Fahrdynamik-Steuereinheit 21 lediglich in eines der Steuergeräte 5 oder 6 zu implementieren. Über die Kommunikationsverbindung 23 können die Daten zu dem verbleibenden Steuergerät 6 oder 5 geführt werden.
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Entsprechend der Aufteilung der Funktionen der Fahrdynamik-Steuereinheit 21 auf die Steuergeräte 5 und 6 ist bevorzugt auch eine Aufteilung beziehungsweise Zuordnung der zur Fahrdynamikregelung notwendigen Sensoren auf die Steuergeräte 5 und 6 vorgesehen. Zum Beispiel besteht eine erste Möglichkeit (Variante 1) darin, alle Sensoren nur einem der Steuergeräte 5 oder 6 zuzuordnen, so dass die Daten beziehungsweise Werte dieser Sensoren in nur einem Steuergerät 5, 6 erfasst werden. Alternativ können die Daten aller Sensoren in beiden Steuergeräten 5 und 6 redundant erfasst werden (Variante 2). Schließlich ist es denkbar, die Erfassung der Sensoren verteilt, insbesondere entsprechend der Aufteilung der Funktionen auf die zwei Steuergeräte 5 und 6 verteilt vorzusehen (Variante 3). Eine Kombination der Varianten 2-A und 2-B erscheint dabei aus Fehlertoleranzsicht optimal, während eine Kombination der Varianten 1-C beziehungsweise 3-C aus Ressourcensicht optimal erscheinen.
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Die oben beschriebenen Ausführungen sind auch für elektrohydraulische oder elektropneumatische Bremssysteme möglich. Auch kann die Aufteilung beziehungsweise Implementierung der Fahrdynamik-Steuereinheit sinngemäß auch auf für elektrische Bremssysteme ohne erste Steuergeräte vorgenommen werden, dann werden die verschiedenen Funktionen direkt in die zweiten Steuergeräte implementiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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