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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Bremssystem, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einer durch einen elektromechanischen Aktuator
betätigbaren Radbremse, wobei dem elektromechanischen Aktuator
eine elektronische Steuer- und Regeleinheit (WCU) zugeordnet ist,
in welcher ein Datenverarbeitungsprogramm zur Steuerung und/oder
Regelung des elektromechanischen Aktuators ausgeführt wird,
und mit einem Datenbus, insbesondere einem CAN(Controller Area Network)-Datenbus,
mit welchem die dem elektromechanischen Aktuator zugeordnete elektronische
Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU) mit mindestens einer weiteren Steuer-
und/oder Regeleinheit (ECU), insbesondere einer zentralen elektronischen
oder elektrohydraulischen Steuer- und/oder Regeleinheit, verbunden
ist. Sie betrifft weiterhin ein zugehöriges Betriebsverfahren
sowie ein zugehöriges Kraftfahrzeug.
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Zukünftige
Bremsanlagen werden voraussichtlich zunehmend über elektromechanische
betätigbare Radbremsen verfügen. Bekannte elektromechanisch
betätigbare Radbremsen umfassen neben einem elektromechanischen
Aktuator eine elektronische Steuer- und Regeleinheit (Wheel Control
Unit, WCU). In der elektronischen Steuer- und Regeleinheit wird
gewöhnlich ein Datenverarbeitungsprogramm (Applikation/Software)
durchgeführt, welches aus verschiedenen Eingangsdaten Steuersignale
zur Ansteuerung des elektromechanischen Aktuators zur Erzeugung
der gewünschten Bremskraft bestimmt.
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Aus
der internationalen Patentanmeldung
WO 2008/155341 A1 ist
eine kombinierte Bremsanlage mit hydraulisch betätigbaren
Radbremsen an einer ersten Achse und elektromechanisch betätigbaren
Radbremsen an einer zweiten Achse bekannt. Der ersten Fahrzeugachse
ist dabei eine elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit zugeordnet
und jedem elektromechanischen Aktuator der zweiten Achse ist eine
elektronische Steuer- und Regeleinheit zugeordnet. Die Steuer- und
Regeleinheiten sind über Datenbusse miteinander verbunden.
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Bei
einer klassischen funktionellen Aufteilung bezüglich der
Hardware- und Softwarekomponenten arbeitet die zugeordnete prozessorbasierte Steuereinheit
(WCU) auf Basis einer Sensor-gestützten Regelung. Diese
Regelung vermag eine maximale Anzahl von Iterationen (Berechnungen)
pro Sekunde zu leisten. Beispielsweise entspricht einer Iterationsrate
von 200 s–1 einer Software-Loop-Zeit
von 5 ms. Stell- und Regelvorgänge erfolgen üblicherweise im
Zeitraster dieser Software-Loop Zeit.
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Bekannte
rein elektrohydraulische Bremssysteme verfügen üblicherweise über
eine zentrale elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit (HECU),
z. B. ein ESP-Aggregat (ESP: elektronisches Stabilitätsprogramm),
welche auf Basis ihrer Software-Loop-Zeit Ventile ansteuert, um
die Bremsdruckregelung und damit die Verzögerung des Fahrzeugs
zu erreichen.
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Kombinierte
Bremsanlagen mit hydraulisch und elektromechanisch betätigbaren
Radbremsen (EMB), wie beispielsweise die in der
WO 2008/155341 A1 offenbarte
Bremsanlage, hingegen verfügen z. B. über ein
ESP-Aggregat als Zentralregler (Master), welcher auf Basis der (seiner)
Software-Loop-Zeit Kommunikations-Botschaften zu anderen Knoten
(Slaves) des Netzwerks sendet (z. B. an die WCU) und quasi per „Fernsteuerung” die
Sollgrößen (z. B. für die einzustellende
Bremskraft) vorgibt. In diesem Fall werden die Ventile (Bremskraft)
nicht mehr radindividuell direkt (zentral) gesteuert. Stattdessen
sendet das ESP-Aggregat anhand von Kommunikations-Botschaften der
EMB die Sollspannkraft, worauf die jeweilige EMB autonom die Istspannkraft
entsprechend einregelt. Die elektrische Bremse ist somit Teil eines
Systemverbunds.
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Ein
offensichtlicher Nachteil derartiger Bremsanlagen im Stand der Technik
liegt in dem losen zeitlichen Zusammenhang der Software-Loop-Zeiten
von ESP-Zentralregler (Master) und EMB (Slave). Sind diese nicht
aufeinander abgestimmt, kann eine vom Zentralregler versandte und von
der EMB empfangene Botschaft unter Umständen eine gewisse
Zeit unberücksichtigt bleiben, bevor die EMB dem geänderten
Spannkraftsollwert nachkommt, da die aktuelle Iterationsschleife
(der Software) noch beendet werden muss. Dieser Verzug ist bei einer
plötzlichen Bremsanforderung als sicherheitsrelevant einzustufen:
Der Bremsvorgang kann beispielsweise in einer Gefahrensituation
insgesamt verspätet eingeleitet werden. In anderen Fällen
können die Spannkraftsollwerte verspätet und zu unterschiedlichen
Zeiten eingestellt werden, wodurch die Stabilität des Fahrzeuges
während des Bremsvorgangs gefährdet wird.
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Die
sicherheitsrelevanten Probleme entstehen auch bei der Versendung
der Spannkraft-Istwerte, welche nach Übertragung von der
EMB zwar dem ESP-Zentralregler logisch in Form von Botschaften bereits
vorliegen, welche aber aufgrund des nicht optimalen Zeitpunkts des
Empfangs vor einer Berücksichtigung durch die ESP-Software
zunächst die Beendigung der aktuellen Software-Loop des
Zentralreglers abwarten müssen. Die hoch getaktete Iterationsrate
von 200 oder mehr Berechnungen pro Sekunde wird im Verbund eines
Systems mit verteilten Steuer- und Regeleinheiten ohne festen zeitlichen Bezug
der verteilten Knoten zueinander effektiv in der Größenordnung
der zusätzlichen Totzeiten entlang des Hin- und Rück-Kanals
reduziert. Entsprechend sinkt das Verzögerungsvermögen
des Fahrzeugs.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein elektronisches
Bremssystem bereitzustellen, bei dem eine zeitliche Abstimmung zwischen einer
einem elektromechanischen Aktuator zugeordneten elektronischen Steuer-
und Regeleinheit und einer weiteren Steuer- und Regeleinheit des
Bremssystems realisiert wird. Weiterhin sollen ein zugehöriges
Betriebsverfahren sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Bremssystem
bereitgestellt werden.
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In
Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass die Loop-Zeit des Datenverarbeitungsprogramms
zur Steuerung bzw. Regelung des elektromechanischen Aktuators über
den Datenbus veränderbar ist.
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Unter „Loop-Zeit” bzw. „Software-Loop-Zeit” wird
erfindungsgemäß die Laufzeit einer (Haupt)Schleife
der Applikation (Software) der entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinheit
bezeichnet. Eine solche „Loop-Zeit” liegt gewöhnlich
im Bereich von einigen Millisekunden (z. B. 10 ms).
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass bei Bremssystemen, die
nach dem Master-Slave-Prinzip aufgebaut sind und bei denen eine
Mastereinheit mit mehreren, elektromechanisch betätigbaren
Bremsen zugeordneten Slaves kommuniziert, und bei denen die Slaves
gewissermaßen eigenständig das Zuspannen der Bremsen
auf Veranlassung von Nachrichten des Masters veranlassen, die Zeitspanne
zwischen Übermittlung der Sollspannkraft durch den Master
und Einstellung der Spannkraft durch den jeweiligen Slave so gering
wie möglich gehalten werden sollte. Bei einer zu großen
zeitlichen Lücke zwischen den Zeitpunkten, zu denen die
Master-Einheit die Sollspannkräfte bestimmt und den Zeitpunkten,
an denen diese von den Slaves eingestellt werden, wird eine Einregelung
der Spannkräfte mit minimalem und möglichst konstantem
Phasenversatz extrem erschwert. In extremem Gefahrsituationen, in
denen eine schnelle zeitliche Abfolge von unterschiedlichen Spannungen
eingestellt werden müssen, können Ist- und Sollspannkräfte
derart außer Phase geraten, dass das Fahrzeug nicht genug stabilisiert
oder rechtzeitig zum Stehen gebracht werden kann.
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Die
Nachrichten der Master-Einheit sollten also in einem Zeitintervall
innerhalb der Software-Loop-Zeit bei den Slaves eintreffen, in dem
sie im Wesentlichen unverzüglich ausgewertet und bearbeitet
werden können, also gewissermaßen in einem Sollankunftszeitfenster.
Absendezeitpunkt der Nachrichten des Master und Sollankunftszeitfenster
sollten also – möglichst ständig – „in
Phase” miteinander sein. Bei einem normalen und unsynchronisierten Betrieb
von Master und Slaves liegt eine solche phasenstarre Beziehung gewöhnlich
nicht vor.
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Wie
nunmehr erkannt wurde, lässt sich eine derartige Synchronisation
erreichen, indem die Software-Loop-Zeit des jeweiligen Slaves – über
einen oder mehrere Zyklen – veränderbar ist, und
zwar solange, bis die Ankunft der Nachrichten der Master-Einheit
in das Sollankunftszeitfenster des/der Slaves fällt. Diese
Anpassung sollte über einen Datenbus erfolgen, der die
Master-Einheit mit der jeweiligen Slave-Einheit verbindet. Das heißt,
die Software-Loop-Zeit einer einem elektromechanischen Aktuator
zugeordneten elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit soll über
den, insbesondere CAN-, Datenbus veränderbar sein. Es sind
aber auch andere, im Verhältnis zur Slave-Einheit externe
Mittel anwendbar und denkbar. Beispielsweise kann eine separate Clockleitung
bzw. separate Triggerleitung eingesetzt werden, welche z. B. zyklisch
wechselnde Muster führt und damit das Zeitfenster aufprägt.
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Beispielsgemäß wird
daher vorgeschlagen, eine Synchronisation der Software-Loop-Zeiten
von Knoten in einem verteilten System gegenüber einer gemeinsamen
Referenz durchzuführen. Dadurch wird innerhalb eines spezifizierten
Rahmens eine gewisse Phasenstarre erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Bremssystems umfasst
die dem elektromechanischen Aktuator zugeordnete elektronische Steuer- und/oder
Regeleinheit (WCU) ein Mittel, welches die Loop-Zeit des Datenverarbeitungsprogramms
zur Steuerung und/oder Regelung des elektromechanischen Aktuators
an die Ankunft von Nachrichten mit einer Zeitmarke, welche über
den Datenbus empfangen werden, anpasst. Die Ankunftszeit der Nachrichten
kann durch dieses Mittel in ein Sollankunftszeitfenster der WCU
gelegt werden, wodurch eine unmittelbare Bearbeitung der Nachrichten
gewährleistet wird. Somit können bei Übermittlung
von Sollspannkräften diese sofort eingestellt werden, und
unmittelbar anschließend die Istspannkraftwerte zurück
an die zentrale Stuer- und Regeleinheit übermittelt werden.
Dieses Mittel kann beispielsweise die Durchführung einer
Differenzmessung umfassen, wobei der zeitliche Versatz zwischen
tatsächlichem Ankunftszeitpunkt und idealer Lage innerhalb
des Sollankunftszeitfensters gemessen wird.
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Vorteilhafterweise
umfassen die Nachrichten mit einer Zeitmarke zusätzlich
weitere Daten. Auf diese Weise müssen diese zusätzlichen
Daten nicht durch separate Nachrichten übermittelt werden,
so dass die Anzahl der in einem gewissen Zeitintervall zu übermittelnden
Nachrichten möglichst gering gehalten wird.
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Für
eine effektive Kommunikation und Synchronisation werden die Nachrichten
mit einer Zeitmarke von der weiteren Steuer- und/oder Regeleinheit
(ECU) vorteilhafterweise periodisch, insbesondere zeitäquidistant,
versendet. Auch Datennachrichten können eineindeutig in
Inhalt, Kennung und Versendezeitpunkt definiert werden und damit
als Zeitmarke fungieren.
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Vorteilhafterweise
versendet die dem elektromechanischen Aktuator zugeordnete elektronische
Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU), insbesondere ausschließlich,
unmittelbar nach dem Empfang einer Nachricht mit Zeitmarke ihrerseits
eine Nachricht. Durch diese Maßnahme wird das Zeitintervall
zwischen dem Versand dieser Nachricht und dem nächsten
Empfang einer Nachricht mit Zeitmarke möglichst groß gehalten,
wodurch Kollisionen dieser Nachrichten miteinander vermieden werden
können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Bremssystems wird
die Loop-Zeit des Datenverarbeitungsprogramms zur Steuerung bzw.
Regelung des elektromechanischen Aktuators in Abhängigkeit
von den empfangenen Zeitmarken für eine vorgegebene Anzahl
von Loops um ein begrenztes Maß verkürzt oder
verlängert. Dadurch kann das Sollempfangsfenster in Bezug
auf die Zeitmarken zeitlich verschoben werden, d. h., gewissermaßen
kann das Sollempfangsfenster in Bezug auf die Zeitmarken vor- und
zurück gespult werden. Die befristet begrenzt verlängerte
bzw. verkürzte Applikations-Loop-Zeit wird dabei vorteilhafterweise
in für die Regelung vernachlässigbarem zeitlichen
Rahmen, variiert: die Loop-Zeit wird vorzugsweise jeweils deutlich
weniger als um 10% verlängert bzw. verkürzt.
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Bei
der weiteren Steuer- und/oder Regeleinheit handelt es sich vorteilhafterweise
um eine zentrale elektronische oder elektrohydraulische Steuer- und/oder
Regeleinheit, welche zur direkten oder indirekten Steuerung aller
Radbremsen geeignet ist.
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Vorzugsweise
verfügen die weiteren, insbesondere die zentrale, Steuer-
und/oder Regeleinheit sowie jede der den elektromechanischen Aktuatoren zugeordneten
elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheiten jeweils über
eigene Intelligenz und umfassen jeweils mindestens einen Mikrocomputer.
Die den elektromechanischen Aktuatoren zugeordneten elektronischen
Steuer- und/oder Regeleinheiten (WCU) sind vorteilhafterweise jeweils
in der Nähe des zugehörigen Rades angeordnet.
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Bevorzugt
umfasst das Bremssystem Raddrehzahlsensoren, deren Signale der zentralen
elektronischen oder elektrohydraulischen Steuer- und/oder Regeleinheit
(ECU) und/oder den elektronischen Steuer- und Regeleinheiten (WCU)
der elektromechanischen Aktuatoren zugeführt werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Bremssystem eine zentrale elektronische oder elektrohydraulische
Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) und mindestens zwei jeweils
durch einen elektromechanischen Aktuator betätigbare Radbremsen,
mit jeweils einer den elektromechanischen Aktuatoren zugeordneten
elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU), wobei jede den
elektromechanischen Aktuatoren zugeordnete elektronische Steuer-
und/oder Regeleinheit (WCU) mittelbar oder unmittelbar über einen
Datenbus, insbesondere einen CAN(Controller Area Network)-Datenbus,
mit der zentralen Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) verbunden
ist. Die zentrale Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) steuert zumindest
zeitweise zumindest eine der den elektromechanischen Aktuatoren
zugeordnete elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU) an.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Bremssystem zwei einer zweiten
Fahrzeugachse zugeordnete, durch elektromechanische Aktuatoren betätigbare
Radbremsen sowie zwei einer ersten Fahrzeugachse zugeordnete, elektromechanisch
oder hydraulisch betätigbare Radbremsen, wobei die zentrale
elektronische oder elektrohydraulische Steuer- und/oder Regeleinheit
(ECU) zum Regeln der der ersten Fahrzeugachse zugeordneten Radbremsen
ausgebildet ist.
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Die
zentrale Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) ist bevorzugt als eine
elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit (HECU) ausgebildet.
Sie verfügt vorteilhafterweise über eine Einrichtung
zur Durchführung einer Antiblockierfunktion (ABS) und/oder
eine fahrdynamische Stabilitätsfunktion (ESP). Entsprechende
Bremskraftvorgaben werden von der zentralen Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU)
an die den elektromechanischen Aktuatoren zugeordneten elektronischen
Steuer- und/oder Regeleinheiten (WCU) über den Datenbus
(CAN-Bus) übertragen.
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In
Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass die Loop-Zeit des Datenverarbeitungsprogrammes
zur Steuerung und/oder Regelung des elektromechanischen Aktuators über
den Datenbus veränderbar ist. Vorteilhafterweise wird die
Loop-Zeit an Nachrichten mit Zeitmarken, welche über den
Datenbus empfangen werden, angepasst.
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Bevorzugt
wird die Software eines mechatronischen Radbremsaktuators (ElektroMechanische Bremse,
EMB) über externe Mittel, z. B. die Bus-Kommunikation,
in Ihrer zeitlichen Abarbeitungsreihenfolge beeinflusst.
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Vorteilhafterweise
wird die Applikations-Loop-Zeit der regelnden Software der elektromechanischen
Bremse auf feste Zeitmarken in Form von empfangenen CAN-Botschaften
synchronisiert. Diese CAN-Botschaften werden vom Versender periodisch
oder sogar streng zeitäquidistant versandt.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens versendet die elektromechanische
Bremse ihre CAN-Botschaft unmittelbar als Reaktion auf eine empfangene
CAN-Botschaft. Dies schließt eine Kollision mit der nächsten
Empfangsbotschaft aus und gewährleistet somit die zeitäquidistante
Versendung der als Zeitmarker fungierenden Botschaften des Versenders
(aufgrund nun genannter Kollisionsfreiheit). Es wird nicht die gemäß CAN-Spezifikation zulässige
Möglichkeit zur Arbitrierung von Botschaften genutzt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden
von der zentralen Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) wiederkehrend,
insbesondere in einem fest vorgegebenen Zeitabstand, Nachrichten
mit einer Zeitmarke an die dem elektromechanischen Aktuator zugeordnete
elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU) gesendet. Diese
wertet besonders bevorzugt die Ankunftszeiten der Nachrichten zur
Zeit-Synchronisation mit der zentralen Steuer- und/oder Regeleinheit
(ECU) aus.
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Bevorzugt
steuert die zentrale Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) zumindest
zeitweise die dem elektromechanischen Aktuator zugeordnete elektronische
Steuer- und/oder Regeleinheit (WCU) an, z. B. gibt die zentrale
Steuer- und/oder Regeleinheit (ECU) der dem elektromechanischen
Aktuator zugeordnete elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit
(WCU) Sollwerte für die einzuregelnde Bremskraft vor.
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In
Bezug auf das Kraftfahrzeug wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst
mit einem oben genannten Bremssystem.
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Die
Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch eine
Veränderung der Software-Loop-Zeit des Datenverarbeitungsprogrammes zur
Steuerung bzw. Regelung eines elektromechanischen Aktuators über
einen Datenbus eine im Wesentlichen verzögerungs- und totzeitfreie
Bearbeitung von übermittelten Nachrichten bzw. Botschaften erfolgen
und damit eine unmittelbare Reaktion auf den Inhalt dieser Nachrichten
erfolgen kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter
Darstellung:
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1 ein
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Bremssystems in einer
bevorzugten Ausführungsform,
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2 ein
Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform, das mit
dem Verfahren aus 1 betrieben wird, und
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3 ein
Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem gemäß 2.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Bei
dem in 1 dargestellten Verfahren zum Betreiben eines
Bremssystems werden zwischen einem ersten Steuergerät,
dem Master (nicht dargestellt) und einem zweiten Steuergerät,
dem Slave (nicht dargestellt), Botschaften ausgetauscht. Dargestellt
sind für das erste Steuergerät bzw. Steuergerät
1 die zugehörige Zeitachse 70, auf der die Zeit
tSG1 aufgetragen ist sowie die zum zweiten
Steuergerät bzw. Steuergerät 2 zugehörige
Zweitachse 72, auf der die Zeit tSG2 aufgetragen
ist. In beiden Fällen sind auch die Loop-Zeiten kenntlich
gemacht, tSL1 für das Steuergerät
1 und tSL2 für das Steuergerät
2.
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Das
erste Steuergerät schickt an das zweite Steuergerät
in regelmäßigen Abständen Fragebotschaften 90, 91, 92, 93.
Das Steuergerät 2 schickt Antwortbotschaften 96, 97, 98, 99 an
das erste Steuergerät.
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Die
vom ersten Steuergerät abgeschickten Fragebotschaften sollen
das zweite Steuergerät in einem Sollankunftszeitfenster 106 erreichen.
Das Sollankunftszeitfenster 106 ist derart ausgelegt, dass Fragebotschaften,
die das zweite Steuergerät innerhalb dieses Fensters erreichen,
unmittelbar und im Wesentlichen ohne Verzögerung bearbeitet
werden können.
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Der
Datenbus ist bei dem in 1 dargestellten Verfahren als
CAN-Bus ausgelegt. Bei Verwendung eines CAN-gestützten
Netzwerks wird zur Synchronisation beispielsgemäß die
periodische (insbesondere strikt zeit-äquidistante) Versendung von
Botschaften durch den Master (z. B. Zentralregler, hier Steuergerät
1) genutzt. Die kontinuierlich, in gleichen Abständen versandten
Fragebotschaften 90, 91, 92, 93 dienen gleichermaßen
der Datenübertragung und dem Setzen von Zeitmarken.
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Diese
periodisch von Steuergerät 2 sowie weiteren Slaves (weiteren
Steuer- und Regeleinheiten) empfangenen Fragebotschaften 90, 91, 92, 93 werden
hinsichtlich ihrer Ankunftszeit relativ zu der Software-Loop-Zeit
tSL2 bewertet und mit dem (vorgegebenen)
gewünschten Ankunftszeitfenster bzw. Sollankunftszeitfenster 106 abgeglichen.
Ein zeitlicher Versatz wird durch eine entsprechende sukzessive Anpassung
der Software-Loop-Zeit tSL2 kompensiert, bis
der ideale Phasenbezug von Software-Loop-Zeit des Slaves (z. B.
WCU), im vorliegenden Fall von Steuergerät 2, zur Software-Loop-Zeit
des Masters (z. B. ECU), im vorliegenden Fall von Steuergerät
1, hergestellt ist. Damit ist die Übertragungs-Latenz minimal,
die Reaktionsgeschwindigkeit maximal, der Phasenversatz quasi konstant,
die Applizierung der Reglerkoeffizienten des Reglers mit Bezug auf
die Strecke wird vereinfacht und es wird die beste Regelperformance
erreicht, was kürzeste Bremswege bedeutet.
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Beispielhaft
kann die Loop-Zeit über einen Timer (der z. B. als Hardware-Modul
eines Mikrocontrollers realisiert ist) festgelegt und erzeugt werden. Bei
benötigter Anpassung in Richtung des Sollankunftsfensters
kann der Timer für begrenzte Dauer in begrenztem Maße
in seiner Zählweise/Arbeitsweise umgestellt werden. Dies
ist beispielsweise durch einen geänderten Minimal/Maximal-Wert
und/oder eine angepasste Zählgeschwindigkeit zu erreichen.
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Um
sicherzustellen, dass die als Zeitmarker fungierenden Botschaften – die
Fragebotschaften 90, 91, 92, 93 – nicht
mit anderen Botschaften kollidieren, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf eine kollisionsfreie Kommunikationsmethode zurückgegriffen.
Hierzu wird ein Frage-Antwort-Totzeit-Frage-Antwort-Totzeit-...-Prinzip
angewendet. Wie 1 entnehmbar ist, sendet der
Master (Steuergerät 1, z. B. Zentralregler) jeweils eine
Fragebotschaft 90, 91, 92, 93 (Request)
von definierter Länge in zeit-äquidistanten Abständen – dies
wird auch „timebased Transmission” (zeitbasierte
Sendung von Requests) genannt. Der Slawe (Steuergerät 2,
z. B. WCU) sendet jeweils eine Antwortbotschaft 96, 97, 98, 99 (Response),
ebenfalls von definierter Länge, unmittelbar jeweils nach
Empfang der Request-Botschaft bzw. der Fragebotschaft 90, 91, 92, 93 – dies wird
als „eventbased Transmission” (eventbasierte Sendung
von Responses) bezeichnet. Die zeitliche Dauer der Versendung der
Response bzw. Antwortbotschaft 96, 97, 98, 99 überschreitet
niemals die Dauer der Pause zwischen den Requests bzw. Fragebotschaften 96, 97, 98, 99.
Dadurch ist sichergestellt, dass Requests und Responses niemals
kollidieren, was die Synchronisation aktiv unterstützt.
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Zur
Synchronisation der Software-Loop-Zeit tSL1 von
Steuergerät 1 und der Software-Loop-Zeit tSL2 von
Steuergerät 2 verkürzt Steuergerät 2
(Slave, z. B. WCU) seine Software-Loop-Zeit tSL2 in
jedem Zyklus, bis die die Zeitmarke darstellende/enthaltende Botschaft
hinsichtlich ihrer Ankunftszeit innerhalb des (vorgegebenen) gewünschten
Ankunftszeitfensters bzw. Sollankunftszeitfensters 106 liegt.
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Dargestellt
sind vier Zyklen 116, 118, 120, 122,
deren zeitliche Länge jeweils der Software-Loop-Zeit tSL2 entspricht. Im ersten Zyklus 116 verkürzt
Steuergerät 2 seine Software-Loop-Zeit tSL2 um 0,1
ms von 10 ms auf 9,9 ms. Dadurch wird erreicht, dass sich der Zeitpunkt,
an dem das Steuergerät 2 die Fragebotschaft 91 empfängt,
im Verhältnis zum zeitlichen Beginn seines Zyklus nach
hinten verschiebt. Weitere zeitliche Verschiebungen um 0,1 ms finden
in den Zyklen 118 und 120 statt.
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Im
vierten Zyklus, Zyklus 122, erreicht die Fragebotschaft 93 das
Steuergerät 2 im Sollankunftszeitfenster 106.
Da die Software-Loop-Zeiten tSL1 und tSL2 im vorliegenden Fall übereinstimmen,
erfolgt auch in den nachfolgenden Zyklen der Empfang der Fragebotschaften
jeweils in dem Sollankunftszeitfenster 106. Der Algorithmus
zur Überwachung, und ggf. Wiedergewinnung, der Synchronisation
ist idealerweise permanent aktiv. Eine Anpassung wird bedarfsgerecht
eingeleitet, wenn ein Synchronisationsverlust (die Fragebotschaften
verlassen das Sollankunftszeitfensters) detektiert wurde. Das kann
unter Umständen durch nicht vermeidbare Ursachen wie Frequenzungenauigkeiten
durch Bauteiltoleranzen der taktgebenden Bauteile (Quartz), Frequenzdrifts
der Quartze aufgrund Temperaturschwankungen, kurzzeitige lokale
oder globale Spannungsausfällen (z. B. ein Wackelkontakt
am Stecker) bei einem oder bei mehreren Steuergeräten notwendig
werden. Der ganz reguläre Fall einer notwendigen Synchronisation
ist das „Aufsynchronisieren” nach dem Kaltstart/Erststart
des Fahrzeugs (Einschalten der Zündung), bei welchem der
Steuergeräte- bzw. SG-Verbund zuvor deaktiviert/ausgeschaltet/schlafend
war.
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In
anderen Anwendungsfällen kann auch die Software-Loop-Zeit
tSL2 über eine Anzahl von Zyklen verlängert
werden, um den Abgleich von Ankunftszeiten und Sollankunftszeitfenster
zu erreichen. Auch Kombinationen von Verlängerungen und
Verkürzungen sind möglich.
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Wie
im Zusammenhang mit 1 erläutert wird zur
Synchronisation der Applikations-Loop-Zeit der regelnden Software
der EMB (Steuergerät 2) auf die externen, von Steuergerät
1 versendeten Zeitmarken (CAN-Botschaften) die Applikations- bzw. Software-Loop-Zeit
kurzzeitig verlängert bzw. verkürzt. So wird eine
Art „Spuleffekt” der Zeitbasen der beiden Steuergeräte
zueinander erzielt. Die befristet begrenzt verlängerte
bzw. verkürzte Applikations-Loop-Zeit innerhalb der Zyklen 116, 118, 120 (gekennzeichnet
durch eine geschweifte Klammer 112) wird in für
die Regelung vernachlässigbarem zeitlichen Rahmen variiert
(<< 10%).
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In 2 ist
ein Bremssystem 50 in einer bevorzugten Ausführungsform
dargestellt. Das Bremssystem 50 weist im Wesentlichen eine
Betätigungseinheit 1 auf, die mittels eines Bremspedals 2 betätigbar
ist. Die Betätigungseinheit 1 besteht ihrerseits aus
einem pneumatischen Bremskraftverstärker bzw. einem Unterdruckbremskraftverstärker 3 sowie
einem dem Unterdruckbremskraftverstärker 3 nachgeschalteten
Hauptbremszylinder 4, mit dem mittels einer hydraulischen
Leitung 6 eine elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit 5 verbunden
ist. An die elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit 5 sind mittels
hydraulischer Leitungen 15, 16 hydraulisch betätigbare
Radbremsen 7, 8 angeschlossen, die im gezeigten
Beispiel einer ersten Fahrzeugachse, z. B. Vorderachse, zugeordnet
sind.
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Wie 2 weiterhin
entnehmbar ist, sind einer zweiten Fahrzeugachse, z. B. der Hinterachse, Radbremsen 9, 10 zugeordnet,
deren Betätigung nach Maßgabe des in den hydraulisch
betätigbaren Radbremsen 7, 8 eingesteuerten
hydraulischen Druckes durch elektromechanische Aktuatoren 11, 12 erfolgt.
Der erwähnte hydraulische Druck wird mit Hilfe von nicht
gezeigten Drucksensoren ermittelt, die in der elektrohydraulischen
Steuer- und Regeleinheit 5 integriert sind. Auf Grundlage
dieses Druckwertes werden die elektromechanisch betätigbaren
Radbremsen 9, 10 angesteuert, d. h. unter Berücksichtigung
einer Bremskraftverteilungsfunktion zwischen Vorder- und Hinterachse
wird eine Zuspannkraft der Radbremsen 9, 10 eingestellt.
Außerdem können die elektromechanisch betätigbaren
Bremsen 9, 10 nach Maßgabe des Betätigungsweges
des Bremspedals 2, d. h. gemäß dem Fahrerverzögerungswunsch,
angesteuert werden. Zu diesem Zweck wird der Betätigungsweg
des Bremspedals 2 mit Hilfe eines vorzugsweise redundant
ausgeführten Pedalwegsensors 22 ermittelt. Die
Ansteuerung der der Hinterachse zugeordneten Radbremsen 9, 10 wird
dezentral durch je eine elektronische Steuer- und Regeleinheit (WCU) 19, 20 vorgenommen.
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Wie
in 2 lediglich schematisch angedeutet ist, ist das
dargestellte Bremssystem 50 bzw. die Bremsanlage beispielsgemäß mit
einer Feststellbremsfunktionalität ausgestattet. Zu diesem
Zweck weisen die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 9, 10 nicht
gezeigte Feststellbremsvorrichtungen auf, mit denen die Radbremsen 9, 10 im
zugespannten Zustand verriegelbar sind. Die Feststellbremsvorrichtungen
sind mit Hilfe eines Bedienelementes 14 ansteuerbar, das
z. B. als Taster ausgebildet ist und drei Schaltstellungen für
die Befehle „Spannen”, „Neutral” und „Lösen” aufweist.
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Beispielsgemäß werden
die Ausgangssignale des Pedalwegsensors 22 über
eine Signalleitung 17 einer weiteren elektronischen Steuer-
und Regeleinheit 18 zugeführt, die beispielsweise
durch einen Chassiscontroller gebildet werden kann. Die Steuer- und
Regeleinheit 18 ist eine optionale Komponente des Bremssystems 50,
auf die verzichtet werden kann. Die Signalleitung 17 kann
in diesem Fall als zwei getrennte Signalleitungen ausgebildet sein,
wobei die eine Signalleitung direkt mit der elektronischen Steuer-
und Regeleinheit 19 und die andere Signalleitung direkt
mit der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 20 verbunden
ist.
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Ein
erster Hochgeschwindigkeitsbus 23 bildet eine unmittelbare
Verbindung zwischen der vorhin erwähnten elektrohydraulischen
Steuer- und Regeleinheit (HECU) 5 und der weiteren (optionalen) elektronischen
Steuer- und Regeleinheit 18, die mittels eines weiteren
Hochgeschwindigkeitsbusses 24 mit der elektronischen Steuer-
und Regeleinheit 19 des elektromechanischen Aktuators 11 unmittelbar verbunden
ist. Die Hochgeschwindigkeitsbusse 23 und 24 sind
bei einer Ausführungsform des Bremssystems ohne die Steuer-
und Regeleinheit 18 gewöhnlich identisch. Eine
zweite Signalleitung 28 dient der Signalübertragung
zwischen dem Feststellbrems-Bedienelement 14 und der elektrohydraulischen
Steuer- und Regeleinheit (HECU) 5, die mittels eines dritten
Hochgeschwindigkeitsbusses 25 mit der elektronischen Steuer-
und Regeleinheit 20 des elektromechanischen Aktuators 12 unmittelbar
verbunden ist, so dass die Ausgangssignale des Feststellbrems-Bedienelementes 14 der
genannten elektronischen Steuer- und Regeleinheit 20 zugeführt
werden. Ein vierter Hochgeschwindigkeitsbus 26 bildet eine
unmittelbare Verbindung zwischen den elektronischen Steuer- und
Regeleinheiten 20 und 19 der elektromechanischen
Aktuatoren 12 und 11.
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Die
gestrichelt gezeichnete Linie 27 stellt eine optional vorhandene
Leitung zu ggf. weiteren Steuer- und Regeleinheiten dar. Mit dem
Bezugszeichen 29 sind sämtliche Stromversorgungsanschlüsse
der in 2 gezeigten Elemente bezeichnet.
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Alternativ
ist es möglich (nicht in einer Figur dargestellt), dass
keine elektronische Steuer- und Regeleinheit 18 vorhanden
ist und die Signalübertragung zwischen dem Pedalwegsensor 22 und
den elektronischen Steuer- und Regeleinheiten 19 und 20 der
elektromechanischen Aktuatoren 11, 12 über
Signalleitungen geschieht, während die HECU 5 unmittelbar über
einen Hochgeschwindigkeitsbus mit der elektronischen Steuer- und
Regeleinheit 19 des elektromechanischen Aktuators 11 verbunden
ist.
-
Bei
den Hochgeschwindigkeitsbussen 23 bis 26 handelt
es sich bevorzugt um einen CAN-Datenbus.
-
Ein
Kraftfahrzeug 60 mit dem in 2 dargestellten
Bremssystem 50 mit der Steuer- und Regeleinheit 5 ist
in 3 dargestellt. Die Radbremsen 7 und 8 (nicht
dargestellt) sind hydraulisch, die Radbremsen 9 und 10 (nicht
dargestellt) sind elektromechanisch betätigbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Betätigungseinheit
- 2
- Bremspedal
- 3
- Unterdruckbremskraftverstärker
- 4
- Hauptbremszylinder
- 5
- elektrohydraulische
Steuer- und Regeleinheit
- 6
- hydraulische
Leitung
- 7,
8, 9, 10
- Radbremse
- 11,
12
- elektromechanischer
Aktuator
- 14
- Feststellbrems-Bedienelement
- 17
- Signalleitung
- 18,
19, 20
- elektronische
Steuer- und Regeleinheit
- 22
- Pedalwegsensor
- 23,
24, 25, 26
- Hochgeschwindigkeitsbus
- 27
- Linie
- 28
- Signalleitung
- 29
- Stromversorgungsanschlüsse
- 50
- Bremssystem
- 60
- Kraftfahrzeug
- 70
- Zeitachse
von Steuergerät 1
- 76
- Zeitachse
von Steuergerät 2
- 90,
91, 92, 93
- Fragebotschaft
- 96,
97, 98, 99
- Antwortbotschaft
- 106
- Sollankunftszeitfenster
- 112
- geschweifte
Klammer
- 116,
118
- Zyklus
- 120,
122
- Zyklus
- tSG1
- Zeit
von Steuergerät 1
- tSG2
- Zeit
von Steuergerät 2
- tSL1
- Software-Loop-Zeit
von Steuergerät 1
- tSL2
- Software-Loop-Zeit
von Steuergerät 2
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2008/155341
A1 [0003, 0006]