DE102021207219A1

DE102021207219A1 - Bremssystem und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102021207219A1
Application number: DE102021207219.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Lenz; Holger Kollmann; Christian Courth
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US20240174210A1; WO2023280355A1; CN117580743A

Abstract

Bremssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit zumindest vier hydraulischen Ausgangsanschlüssen (4a-4d) für zumindest vier hydraulisch betätigbare Radbremsen (5a-5d), einer elektrisch ansteuerbaren hydraulischen Druckquelle (2), welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Druckraum (30) und einem Kolben (31) gebildet wird, wobei der Kolben (31) mittels eines Elektromotors (32) vor- und zurückschiebbar ist, einer ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A), einer zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (B), einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (3), einem elektrisch betätigbaren, stromlos offenen Einlassventil (6a-6d) je Ausgangsanschluss (4a-4d) mit einer Druckfeder und einer Magnetspule, über welches der jeweilige Ausgangsanschluss (4a-4d) mit der Druckquelle (2) verbunden ist, und einem elektrisch betätigbaren, stromlos geschlossenen Auslassventil (7a-7d) je Ausgangsanschluss (4a-4d), über welches der jeweilige Ausgangsanschluss (4a-4d) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (3) verbunden ist, wobei der Elektromotor (32) der Druckquelle (2) von der ersten und der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A, B) ansteuerbar ist und dass jedes der Einlassventile (6a-6d) als ein 2/2-Wege-Ventil und derart ausgeführt ist, dass das Einlassventil (6a-6d) gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch eine Ansteuerung seiner Magnetspule geschlossen werden kann sowie gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch ein Abschalten oder eine Reduzieren der Ansteuerung seiner Magnetspule geöffnet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11 und 13.
Aus der DE 10 2017 219 598 A1 ist ein Bremssystem für vier hydraulisch betätigbare Radbremsen bekannt mit einem bremspedalbetätigbaren Hauptbremszylinder als hydraulische Rückfallebene und einer elektrisch ansteuerbaren hydraulischen Druckquelle. Die elektrisch ansteuerbare Druckquelle ist über ein stromlos geschlossenes Zuschaltventil mit einer Bremsversorgungsleitung trennbar verbunden, an welche die Einlassventile der Radbremsen angeschlossen sind. Jedem Einlassventil ist ein Rückschlagventil parallelgeschaltet, so dass auch bei geschlossenem Einlassventil Druckmittel von der Radbremse in Richtung der Druckquelle bzw. der Bremskreisversorgungsleitung abfließen kann.
Aus der DE 10 2017 216 617 A1 ist ein Bremsensteuergerät bekannt mit vier Ausgangsanschlüssen für vier hydraulisch betätigbare Radbremsen, einer ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit, einer zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit, einem Druckmittelvorratsbehälter und einem elektrisch betätigbaren Einlass- und Auslassventil je Ausgangsanschluss. Um für das hochautomatisierte Fahren geeignet zu sein und auf eine mechanische und/oder hydraulische Rückfallebene, in welcher der Fahrer durch Muskelkraft die Radbremsen betätigt kann, verzichten zu können, umfasst das Bremsensteuergerät eine erste und eine zweite elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle, welche als Linearaktuatoren ausgeführt sind, wobei die erste Druckquelle von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit und die zweite Druckquelle von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit betätigt wird, sowie eine Vielzahl von weiteren elektrisch betätigbaren Ventilen. Jeder der beiden elektrisch betätigbaren Linearaktuatoren ist über ein stromlos offenes Zuschaltventil mit einer Bremsversorgungsleitung trennbar verbunden, an welche die Einlassventile der Radbremsen angeschlossen sind. Durch die stromlos offenen Zuschaltventile ist sichergestellt, dass die Radbremsen im stromlosen Zustand der Bremsanlage mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden sind, also drucklos geschaltet sind. Um ein Ansaugen von Druckmittel in den Linearaktuator zu ermöglich, muss das zugehörige Zuschaltventil angesteuert und geschlossen werden. Auch in dieser Bremsanlage ist jedem Einlassventil ein Rückschlagventil parallelgeschaltet, so dass bei einer negativen Druckdifferenz über einem Einlassventil (ΔP = Psystem - Prad), d.h. wenn der Bremsdruck (Prad) am radbremsseitigen Ausgangsanschluss des Einlassventils größer ist als der Bremsdruck (Psystem) am druckquellenseitigen Eingangsanschluss des Einlassventils, auch bei geschlossenem Einlassventil Druckmittel von der Radbremse in Richtung Druckquelle bzw. Bremskreisversorgungsleitung abfließt. Das Bremsensteuergerät ist aufwändig herzustellen und kostenintensiv. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Verfügbarkeit des Bremsensteuergeräts ist weiterhin die Gesamtheit der elektrischen betätigbaren Ventile bezüglich ihrer Ansteuerung bzw. Betätigung auf die beiden elektronischen Steuer- und Regeleinheiten verteilt, d.h. jede der beiden elektronischen Steuer- und Regeleinheiten muss Ventile ansteuern. Dies ist ebenfalls nachteilig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, für das hochautomatisierte Fahren geeignetes Bremssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb bereitzustellen, welches auf eine mechanische und/oder hydraulische Rückfallebene verzichten kann und dabei dennoch eine hohe Verfügbarkeit besitzt und so eine ausreichende Sicherheit für hoch automatisiertes Fahren bzw. eine Autopilotfunktion bietet. Weiterhin soll das Bremssystem eine möglichst geringe Baugröße besitzen. Insbesondere soll die Anzahl der elektrisch ansteuerbaren Ventile reduziert werden.
Diese Aufgabe wird beispielsgemäß durch ein Bremssystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 und 13 gelöst.
Der Erfindung liegt bezüglich des Bremssystems der Gedanke zugrunde, dass das Bremssystem für zumindest vier hydraulisch betätigbare Radbremsen eine elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Druckraum und einem Kolben gebildet wird, wobei der Kolben mittels eines Elektromotors vor- und zurückschiebbar ist, eine erste elektronische Steuer- und Regeleinheit, eine zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit, einen Druckmittelvorratsbehälter, ein elektrisch betätigbares, stromlos offenes Einlassventil je Ausgangsanschluss bzw. Radbremse und ein elektrisch betätigbares, stromlos geschlossenes Auslassventil je Ausgangsanschluss bzw. Radbremse umfasst, wobei der Elektromotor der Druckquelle von der ersten und der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit ansteuerbar ist und wobei jedes der Einlassventile als ein 2/2-Wege-Ventil und derart ausgeführt ist, dass das Einlassventil gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch eine Ansteuerung seiner Magnetspule geschlossen werden kann sowie gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch ein Abschalten oder eine Reduzieren der Ansteuerung seiner Magnetspule geöffnet werden kann.
Die hydraulische Verbindung zwischen der Druckquelle und den Ausgangsanschlüssen ist also derart ausgebildet, dass sowohl für positive Druckdifferenzen als auch für negative Druckdifferenzen über den Einlassventilen, die hydraulische Verbindung zwischen der Druckquelle und den Ausgangsanschlüssen durch eine Ansteuerung der Magnetspulen der Einlassventile geschlossen oder geschlossen gehalten werden kann sowie durch ein Abschalten oder eine Reduzieren der Ansteuerung der Magnetspulen der Einlassventile geöffnet werden kann.
Da der Elektromotor der Druckquelle bzw. dessen Betätigung redundant ausgebildet ist, bietet die erfindungsgemäße Bremsanlage den Vorteil, dass der Elektromotor der Druckquelle bei Ausfall einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten von der anderen elektronischen Steuer- und Regeleinheit angesteuert werden kann, um einen Bremsdruck zur Durchführung einer Betriebsbremsung bereitzustellen. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Bremsanlage den Vorteil, dass auf ein Zuschaltventil zwischen Druckquelle und Einlassventilen verzichtet werden kann, da die Einlassventile zur sicheren hydraulischen Trennung des Druckraums der Druckquelle von den Radbremsen während eines Nachsaugvorgangs der Druckquelle benutzt werden können.
Die Einlassventile sind derart ausgeführt, dass sie gegen eine positive Druckdifferenz, aber auch gegen eine negative Druckdifferenz über dem Einlassventil geschlossen werden können bzw. geschlossen gehalten werden können durch Aktivierung ihrer Magnetspulen, wobei als negative Druckdifferenz über dem Einlassventil bezeichnet wird, wenn der Bremsdruck am radbremsseitigen Ausgangsanschluss des Einlassventils größer ist als der Bremsdruck am druckquellenseitigen Eingangsanschluss des Einlassventils. Diese Funktionalität des Haltens oder Einsperrens eines größeren Drucks an den Radbremsen, z.B. bei Absenken des Druckes in der Druckquelle bei einem Nachsaugvorgang, ist bei den bekannten Bremsanlage der DE 10 2017 219 598 A1 oder der DE 10 2017 216 617 A1 durch die parallel geschalteten bzw. integrierten Rückschlagventile nicht gewährleistet.
Bevorzugt ist keinem der Einlassventile ein Rückschlagventil parallelgeschaltet. Ebenso ist es bevorzugt, dass keines der Einlassventile ein integriertes Rückschlagventil umfasst.
Weiterhin sind die Einlassventile derart ausgeführt, dass sie gegen eine positive wie auch gegen eine negative Druckdifferenz über dem entsprechenden Einlassventil durch eine Deaktivierung der entsprechenden Magnetspule geöffnet werden können.
Bevorzugt ist die Druckfeder jedes Einlassventils derart dimensioniert, dass das Einlassventil gegen eine negative Druckdifferenz über dem Einlassventil durch ein Abschalten der Ansteuerung seiner Magnetspule geöffnet werden kann.
Es ist bevorzugt, dass jedes der Einlassventile gegen eine Druckdifferenz (aus beiden Richtungen) in Höhe von bis zu 120 bar geschlossen (gehalten) sowie geöffnet werden kann. Dies gilt für positive wie auch negative Druckdifferenzen bis zu einem Betrag von 120 bar. Besonders bevorzugt kann jedes der Einlassventile gegen eine negative Druckdifferenz in Höhe von bis zu 100 bar von der Druckfeder geöffnet werden. Für positive Druckdifferenzen ist eine Fähigkeit, das Ventil gegen bis zu 120 bar über Magnetkraft geschlossen zu halten, vorteilhaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems sind die Druckquelle und die elektronischen Steuer- und Regeleinheiten derart ausgebildet, dass bei einem Ausfall der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit die Druckquelle mittels der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird und einen Druck zur Betätigung der Radbremsen aufbaut, und dass bei einem Ausfall der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit die Druckquelle mittels der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird und einen Druck zur Betätigung der Radbremsen aufbaut.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems umfasst die Druckquelle einen doppelt gewickelten Elektromotor mit einer ersten Motorwicklung und einer zweiten Motorwicklung, wobei die erste Motorwicklung, besonders bevorzugt ausschließlich, von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit und die zweite Motorwicklung, besonders bevorzugt ausschließlich, von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. So kann auf eine zweite elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle verzichtet werden. Auch nach einem elektrischen oder elektronischen Einzelfehler ist es möglich, die Radbremsen zu bremsen. Der doppelt gewickelte Elektromotor umfasst also eine erste Motorwicklung und eine zweite Motorwicklung, wobei jede der beiden Motorwicklungen jeweils von einer der beiden elektronischen Steuer- und Regeleinheiten angesteuert wird. In gewissem Sinne ist der Elektromotor zweiteilig ausgeführt. Werden beide Motorwicklungen von beiden elektronischen Steuer- und Regeleinheiten angesteuert, liefert der Elektromotor die volle Leistung. Im Falle, dass nur eine der beiden elektronischen Steuer- und Regeleinheiten die entsprechende Motorwicklung ansteuert, kann die Druckquelle Druck aufbauen, wenn auch in verminderter Höhe und mit verminderter Dynamik, wobei mit diesem Druck die Radbremsen beaufschlagt werden. Das Fahrzeug kann dennoch abgebremst und zum Stillstand gebracht werden.
Um ein möglichst kompaktes Bremssystem zu erreichen und die Anzahl der elektrisch ansteuerbaren Ventile zu reduzieren, ist der Druckraum der Druckquelle bevorzugt mit jedem der Einlassventile ohne Zwischenschaltung eines elektrisch betätigbaren Ventils hydraulisch verbunden.
Bevorzugt ist zwischen dem Druckraum der Druckquelle und jedem der Einlassventile kein elektrisch betätigbares Ventil, besonders bevorzugt kein Ventil, angeordnet.
Das Bremssystem umfasst bevorzugt neben den Einlass- und Auslassventilen keine weiteren elektrisch betätigbaren Ventile.
Bevorzugt ist der Druckraum in einem unbetätigten Zustand der Druckquelle oder des Kolbens der Druckquelle mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden. So wird eine Druckausgleichsfunktion derart realisiert, dass die Druckquelle in den unbetätigten Zustand gefahren wird, um eine hydraulische Druckausgleichsverbindung von der Druckquelle bzw. dem Druckraum zum Druckmittelvorratsbehälter freizugeben. So können die Radbremsen über die Druckquelle bzw. den Druckraum mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter verbunden und der vorhandene Bremsdruck abgebaut werden. Besonders bevorzugt wird der Druckraum bei einer Betätigung der Druckquelle bzw. des Kolbens von dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch getrennt.
Zum Druckausgleich mit dem Druckmittelvorratsbehälter ist bevorzugt der Druckraum der Druckquelle in einem unbetätigten Zustand der Druckquelle (oder des Kolbens der Druckquelle) über ein Schnüffelloch mit dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch verbunden. Besonders bevorzugt wird das Schnüffelloch bei einer Betätigung der Druckquelle bzw. des Kolbens der Druckquelle geschlossen, so dass die Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter getrennt wird.
Zum Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum der Druckquelle, ist bevorzugt der Druckraum unabhängig vom Betätigungszustand der Druckquelle über ein in Richtung des Druckraums öffnendes Rückschlagventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Bremssystems werden die elektrisch betätigbaren Einlass- und Auslassventile von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit betätigt.
Bevorzugt wird jedes elektrisch ansteuerbare Ventil des Bremssystems von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit betätigt.
Besonders bevorzugt werden die Einlass- und Auslassventile, insbesondere jedes elektrisch ansteuerbare Ventil des Bremssystems, ausschließlich von einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten, besonders bevorzugt der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit, betätigt.
Bevorzugt umfasst das Bremssystem einen Drucksensor, mittels welchem der von der Druckquelle erzeugte Druck bestimmt wird. Weitere Drucksensoren, z.B. zur Bestimmung eines Radbremsdruckes sind nicht notwendig. Besonders bevorzugt bestimmt der Drucksensor einen Druck druckquellenseitig der Einlassventile. Besonders bevorzugt werden die Signale des Drucksensors der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt und von dieser ausgewertet. Das Druckwert der Druckquelle steht somit der (ersten) elektronischen Steuer- und Regeleinheit zur Verfügung, welche auch die Einlass- und Auslassventile zur Regelung der Radbremsdrücke ansteuert.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Bremssystem redundante Elemente zur Erfassung einer Drehzahl oder eines Drehwinkels des Elektromotors, wobei die Signale eines der redundanten Elemente der einen elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt und von dieser ausgewertet werden und die Signale des anderen redundanten Elementes der anderen elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt und von dieser ausgewertet werden.
Bevorzugt umfasst das Bremssystem einen ersten Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Drehzahl des Elektromotors und einen unabhängigen zweiten Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Drehzahl des Elektromotors, wobei die Signale des ersten Sensors der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt und von dieser ausgewertet werden und die Signale des zweiten Sensors der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit zugeführt und von dieser ausgewertet werden.
Das Bremssystem umfasst bevorzugt keine weitere elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle.
Das Bremssystem umfasst bevorzugt keine weitere hydraulische Druckquelle. Das Bremssystem umfasst z.B. keine bremspedalbetätigbare hydraulische Druckquelle, insbesondere keinen Hauptbremszylinder, welcher mittels eines Bremspedals betätigbar ist und mit den Radbremsen verbindbar ist.
Bevorzugt wird das Bremssystem von einer ersten elektrischen Energieversorgung und von einer zweiten, von der ersten Energieversorgung unabhängigen, elektrischen Energieversorgung versorgt.
Bevorzugt wird die erste elektronische Steuer- und Regeleinheit von einer ersten elektrischen Energieversorgung versorgt und die zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit von einer zweiten, von der ersten Energieversorgung unabhängigen, elektrischen Energieversorgung versorgt.
Die erste elektronische Steuer- und Regeleinheit und die zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit sind bevorzugt voneinander elektrisch unabhängig in dem Sinne, dass ein Ausfall der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit keinen Ausfall der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit bewirkt und umgekehrt.
Bevorzugt sind die Einlass- und Auslassventile als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt. Bevorzugt sind die Einlass- und Auslassventile als Schaltventile ausgeführt.
Bevorzugt sind die elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle und die Einlass- und Auslassventile in einem einzigen hydraulischen Ventilblock angeordnet.
Bevorzugt sind die elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle, die Einlass- und Auslassventile und die elektronischen Steuer- und Regeleinheiten in einem einzigen Bremsensteuergerät angeordnet. Das Bremsensteuergerät umfasst weiterhin besonders bevorzugt den Drucksensor, das Rückschlagventil und den ersten und zweiten Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Drehzahl des Elektromotors.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bremssystems umfasst dieses eine Betätigungseinheit für einen Fahrzeugführer, wobei die Betätigungseinheit mit zumindest einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten zur Übermittlung eines Fahrerwunschsignals verbunden ist. Dabei besteht keine mechanisch-hydraulische Verbindung von der Betätigungseinheit zu den hydraulisch betätigbare Radbremsen (z.B. keine hydraulische Rückfallebene).
Bevorzugt umfasst das Bremssystem eine erste elektrisch betätigbare Parkbremse und eine zweite elektrisch betätigbare Parkbremse, welche einer Fahrzeugachse, insbesondere der Hinterachse, des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Besonders bevorzugt wird die erste elektrisch betätigbare Parkbremse von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit betätigt und die zweite elektrisch betätigbare Parkbremse von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit betätigt. So wird eine redundante Parkbremsfunktion erreicht.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
Bevorzugt werden zum Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum der Druckquelle die Einlassventile geschlossen, so dass der Druck in den Radbremsen gehalten wird, und der Kolben der Druckquelle wird mittels des Elektromotors zurückgezogen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Bremsanlage und der Einlassventile kann der Druck in den Radbremsen gehalten werden.
Bevorzugt wird anschließend bei geschlossenen Einlassventilen der Kolben der Druckquelle mittels des Elektromotors vorgeschoben, bis eine Annäherung des (Systembrems)Drucks der Druckquelle an die Drücke der Radbremsen vorliegt, und die Einlassventile werden geöffnet.
Zur Überwachung des Bremssystems, insbesondere zur Erkennung eines fehlerhaft geschlossenen Einlassventils, wird bevorzugt ein Vergleich eines anhand eines gemessenen (Systembrems)Drucks der Druckquelle bestimmten Modell-Druckmittelvolumens und eines von der Druckquelle verschobenen Druckmittelvolumens durchgeführt. Im Falle einer signifikanten oder anhaltenden Abweichung der verglichenen Volumenwerte kann geschlossen werden, dass eines oder mehrerer Einlassventile ungewollt geschlossen sind. Zum sicheren Lösen der Radbremsen werden die Auslassventile geöffnet.
Bevorzugt wird eine achsindividuelle oder radindividuelle Druckregelung mit einem ersten Solldruckwert und einem niedrigeren zweiten Solldruckwert durchgeführt, indem mittels der Druckquelle in den Radbremsen der erste Solldruckwert eingestellt wird, das oder die Einlassventile des oder der Radbremsen, die mit diesem ersten Solldruckwert betätigt werden sollen, geschlossen werden, und an der oder den übrigen Radbremsen eine Druckeinstellung auf den zweiten Solldruckwert durch Verschieben des Kolbens der Druckquelle durchgeführt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
Es zeigen schematisch

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems,
2 ein beispielsgemäßes Verfahren zum Nachsaugen von Druckmittel in die Druckquelle,
3 ein beispielsgemäßes Verfahren zum Erkennen eines Fehlers an einem Einlassventil, und
4 ein beispielsgemäßes Verfahren zur achsindividuellen Druckregelung.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems 1 für ein Kraftfahrzeug mit vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen 5a-5d schematisch dargestellt.
Bremssystem 1 umfasst vorteilhafterweise ein Bremsensteuergerät (HECU) mit einem Hydraulikblock 20 (hydraulische Steuer- und Regeleinheit HCU, Ventilblock) mit einem Ausgangsanschluss 4a-4d für jede der Radbremsen 5a-5d. An dem Ventilblock ist ein unter Atmosphärendruck stehender Druckmittelvorratsbehälter 3 angeordnet. Beispielsgemäß sind die Ausgangsanschlüsse 4a, 4b den Radbremsen 5a, 5b der Vorderachse (Front), z.B. der Ausgangsanschluss 4a dem linken Vorderrad FL (Radbremse 5a) und der Ausgangsanschluss 4b dem rechten Vorderrad FR (Radbremse 5b), zugeordnet und die Ausgangsanschlüsse 4c, 4d den Radbremsen 5c, 5d der Hinterachse (Rear) zugeordnet, z.B. der Ausgangsanschluss 4c dem linken Hinterrad RL (Radbremse 5c) und der Ausgangsanschluss 4d dem rechten Hinterrad RR (Radbremse 5d).
Der Füllstand des Druckmittelvorratsbehälters 3 wird mittels eines Füllstandsensors 44 gemessen.
Jedem Ausgangsanschluss 4a-4d ist ein Einlassventil 6a-6d sowie ein Auslassventil 7a-7d zugeordnet, wobei die Einlassventile 6a-6d stromlos offen und die Auslassventile 7a-7d stromlos geschlossen ausgeführt sind. Bevorzugt sind die Einlassventile 6a-6d und die Auslassventile 7a-7d als 2/2-Wege-Ventile ausgeführt. Besonders bevorzugt sind die Einlassventile 6a-6d und die Auslassventile 7a-7d als 2/2-Schaltventile ausgeführt.
Über das Auslassventil 7a-7d ist der jeweilige Ausgangsanschluss 4a-4d mit dem Druckmittelvorratsbehälter 3 verbunden. Beispielsgemäß sind die Auslassventile 7a-7d über eine gemeinsame Rücklaufleitung 62 an einen Anschluss 72 des Druckmittelvorratsbehälters 3 angeschlossen.
Es ist eine elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle 2 vorgesehen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Druckraum 30 gebildet wird, deren Kolben 31 durch einen elektromechanischen Aktuator mit einem schematisch angedeuteten Elektromotor 32 und einem schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes 33 betätigt betätigbar ist. Druckquelle 2 ist beispielsgemäß als ein einkreisiger elektrohydraulischer Linearaktuator (LAC) mit nur einem Druckraum 30 ausgebildet. Kolben 31 kann mittels des elektromechanischen Aktuators zum Aufbau eines Druckes vorgeschoben (Bremsbetätigungsrichtung) und zum Abbau eines Druckes zurückgeschoben bzw. zurückgezogen werden.
Beispielsgemäß ist der Elektromotor als ein doppelt gewickelter Elektromotor 32 mit einer ersten Motorwicklung 34a und einer zweiten Motorwicklung 34b ausgebildet. Werden beide Motorwicklungen 34a, 34b angesteuert, liefert Elektromotor 32 die volle Leistung. Im Falle, dass nur eine der beiden Motorwicklungen 34a, 34b angesteuert wird, ist die Leistung des Elektromotors 32 zwar reduziert, es kann aber dennoch Druck mittels der Druckquelle 2 aufgebaut werden, wenn auch in verminderter Höhe und mit verminderter Dynamik.
Druckraum 30 ist mit einem Bremsleitungsabschnitt 60 hydraulisch verbunden, welcher mit den Einlassventilen 6a-6d (genauer den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a-6d) hydraulisch verbunden ist. In der hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckraum 30 der Druckquelle 2 und jedem der Einlassventile 6a-6d ist vorteilhafterweise kein elektrisch betätigbares Ventil angeordnet. Beispielsgemäß ist kein Ventil, auch kein Rückschlagventil, in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckraum 30 und jedem der Einlassventile 6a-6d angeordnet. In diesem Sinne ist der Druckraum 30 direkt mit den Einlassventilen 6a-6d hydraulisch verbunden. Dies bietet den Vorteil geringer Drosselverluste im Hauptstrompfad von der Druckquelle 2 zu den Einlassventilen 6a-6d bzw. den Radbremsen 5a-5d.
Die Einlassventile 6a-6d sind als 2/2-Wege-Ventile mit einer Druckfeder und einer Magnetspule zum Schließen/Öffnen des Ventilstößels ausgeführt. Jedes Einlassventil 6a-6d ist derart ausgeführt, dass es gegen eine positive wie gegen eine negative Druckdifferenz über dem Einlassventil, also gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen, durch eine entsprechende Ansteuerung seiner Magnetspule geschlossen werden kann bzw. geschlossen gehalten werden kann. Als negative Druckdifferenz ΔP (ΔP = Psystem - Prad) über dem Einlassventil bezeichnet man, wenn der (Rad)Bremsdruck Prad am radbremsseitigen Ausgangsanschluss des Einlassventils größer ist als der (System)Bremsdruck Psystem am druckquellenseitigen Eingangsanschluss des Einlassventils, d.h. wenn ΔP < 0.
Zusätzlich ist jedes Einlassventil 6a-6d derart ausgeführt, dass ein Öffnen des Einlassventils gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen, insbesondere gegen negative Druckdifferenzen ΔP, durch Deaktivierung der Magnetspule, z.B. durch Abschalten oder Reduzierung des Ansteuerstroms oder der Ansteuerspannung, gewährleistet ist. Hierzu ist die Wirkung der Druckfeder des Einlassventils entsprechend dimensioniert. Die Einlassventile 6a-6d können gegen eine positive wie eine negative Druckdifferenz über dem Einlassventil geöffnet werden.
Das bedeutet insgesamt, dass elektrisch vorgegeben werden kann (durch den Ansteuerstrom oder die Ansteuerspannung der Magnetspule), ob das Einlassventil geöffnet oder geschlossen ist, unabhängig von der Druckdifferenz über dem Einlassventil.
Beispielsgemäß kann jedes der Einlassventile gegen eine positive Druckdifferenz von einem Betrag bis zu 120 bar geschlossen oder geschlossen gehalten werden und gegen eine negative Druckdifferenz von einem Betrag bis zu 100 bar geöffnet werden.
An den Bremsleitungsabschnitt 60 ist ein (System)Drucksensor 40 angeschlossen, mittels welchem der von der Druckquelle 2 erzeugte Druck bestimmt werden kann. Bevorzugt ist der Drucksensor 40 der einzige Drucksensor des Bremssystems 1 bzw. des Bremsensteuergeräts.
Zum Nachsaugen von Druckmittel in die Druckquelle 2, ist der Druckraum 30 der Druckquelle 2 über ein in Richtung des Druckraums 30 öffnendes Rückschlagventil 14 und eine hydraulische Verbindung (Leitungsabschnitte 61a, 61) mit dem Druckmittelvorratsbehälter 3 verbunden. Beispielsgemäß ist der Leitungsabschnitt 61 an einen (zweiten) Anschluss 71 des Druckmittelvorratsbehälters 3 angeschlossen.
Weiterhin ist der Druckraum 30 der Druckquelle 2 in einem unbetätigten Zustand des Kolbens 31 über ein Schnüffelloch 80 und eine hydraulische Verbindungsleitung (Leitungsabschnitte 61 b, 61) mit dem Druckmittelvorratsbehälter 3 verbunden, wobei das Schnüffelloch 80 bei einer Betätigung des Kolbens 31 überfahren / geschlossen wird und so die Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter 3 getrennt wird. Beispielsgemäß ist der Kolben 31 mit zumindest einer Bohrung versehen, über welche im unbetätigten Zustand des Kolbens 31 die hydraulische Verbindung zwischen Druckraum 30 und Leitungsabschnitt 61 b hergestellt ist, und welche bei einer Betätigung des Kolbens 31 eine Dichtung überfährt, so dass die hydraulische Verbindung zwischen Druckraum 30 und Leitungsabschnitt 61 b getrennt wird.
Beispielsgemäß münden die Leitungsabschnitte 61 a und 61 b in den Leitungsabschnitt 61. Das zumindest eine Schnüffelloch 80 und das Rückschlagventil 14 sind also über eine zumindest teilweise gemeinsame hydraulische Verbindung (Leitungsabschnitt 61) mit dem (zweiten) Anschluss 71 des Druckmittelvorratsbehälters 3 verbunden.
Zur Ansteuerung der Druckquelle 2 umfasst Bremssystem 1 redundante Sensorelemente zur Erfassung einer Drehzahl oder eines Drehwinkels des Elektromotors 32. Beispielsgemäß sind ein erster Motorwinkelsensor 43 und ein zweiter Motorwinkelsensor 42 vorgesehen.
Bremssystem 1 umfasst vorteilhafterweise nur die eine hydraulische Druckquelle 2. Bremssystem 1 umfasst weder eine zweite elektrisch ansteuerbare hydraulische Druckquelle noch eine vom Fahrer betätigbare Druckquelle, z.B. einen bremspedalbetätigbaren Hauptbremszylinder, zur Realisierung einer hydraulischen, fahrerbetätigten Rückfallebene.
Vorteilhafterweise umfasst das beispielsgemäße Bremssystem 1 neben den elektrisch betätigbaren Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d keine weiteren elektrisch betätigbaren Ventile.
Bremssystem 1 umfasst weiterhin eine erste elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) A und eine zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) B zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Bremssystems 1. Die erste elektronische Steuer- und Regeleinheit A und die zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit B sind vorteilhafterweise voneinander elektrisch unabhängig in dem Sinne, dass ein Ausfall der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit keinen Ausfall der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit bewirkt und umgekehrt. Hierzu können die elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A und B als getrennte Einheiten ausgeführt sein, sie können jedoch auch in derselben elektronischen Steuer- und Regeleinheit als unabhängige Untereinheiten ausgeführt sein.
Die Pfeile A oder B an den elektrischen oder elektrisch betätigbaren Komponenten, wie z.B. den Ventilen 6a-6d, 7a-7d und den Sensoren 40, 42, 43, 44 kennzeichnen die Zuordnung zur elektronischen Steuer- und Regeleinheit A oder B.
Der Elektromotor 32 der Druckquelle 2 ist von der ersten und der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A, B ansteuerbar, d.h. jede der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A, B ist für sich alleine zum Aufbau eines Bremsdruckes mittels der Druckquelle 2 zur Durchführung einer Betriebsbremsung geeignet. D.h. die Druckquelle 2 und die elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A, B sind derart ausgebildet, dass bei einem Ausfall der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A die Druckquelle 2 mittels der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B angesteuert werden kann, um einen Bremsdruck zur Betätigung der Radbremsen 5a-5d während einer Betriebs- oder Regelbremsung aufzubauen, und dass bei einem Ausfall der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B die Druckquelle 2 mittels der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A angesteuert werden kann, um einen Druck zur Betätigung der Radbremsen 5a-5d während einer Betriebs- oder Regelbremsung aufzubauen.
Beispielsgemäß ist der Elektromotor als ein doppelt gewickelter Elektromotor 32 mit der ersten Motorwicklung 34a und der zweiten Motorwicklung 34b ausgebildet. Der Elektromotor 32 der Druckquelle 2 wird von der ersten und der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit angesteuert in dem Sinne, dass die erste Motorwicklung 34a (bevorzugt nur) von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A (mit Pfeil mit A gekennzeichnet) und die zweite Motorwicklung 34b (bevorzugt nur) von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B (mit Pfeil mit B gekennzeichnet) angesteuert wird, insbesondere von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit mit elektrischer Energie versorgt wird. Dazu ist Motorwicklung 34a mit der ersten Steuer- und Regeleinheit A und die andere Motorwicklung 34b mit der zweiten Steuer- und Regeleinheit B verbunden. Zur Ansteuerung der Druckquelle 2 umfasst jede der beiden Steuer- und Regeleinheiten A, B einen Motorprozessor zur Verarbeitung der Motor-Regelfunktionen, eine Endstufe mit Transistoren zur Bereitstellung der Phasenspannungen am Elektromotor 32 (z.B. B6-Brücke) und eine Treiberstufe (Gate Drive Unit) zur Ansteuerung der Transistoren der Endstufe.
Bei einem Ausfall einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A oder B wird die Druckquelle 2 mittels der anderen elektronischen Steuer- und Regeleinheit B oder A angesteuert und es wird ein Druck zur Betätigung der Radbremsen 5a-5d in der brake-by-wire Betriebsart zur Betriebsbremsung aufbaut. Durch die eine funktionsfähige elektronische Steuer- und Regeleinheit B der A wird die Druckquelle 2 bzw. der Elektromotor 34 zumindest mit einem Teil ihrer/seiner Leistung zum Aufbau eines Druckes zur Betätigung der Radbremsen betrieben.
Die elektrisch betätigbaren Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d und die Sensoren 40, 42, 43, 44 des Bremssystems 1 sind jeweils nur einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten zugeordnet. D.h. jedes Einlass- oder Auslassventil 6a-6d, 7a-7d wird ausschließlich von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit A oder ausschließlich von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit B angesteuert. Hierdurch werden aufwändige, doppelt ansteuerbare Ventile/Ventilspulen vermieden. Bzw. die Signale jedes Sensors 40, 42, 43 oder 44 werden ausschließlich der elektronischen Steuer- und Regeleinheit A oder ausschließlich der elektronischen Steuer- und Regeleinheit B zugeführt.
Alle elektrisch betätigbaren Ventile, d.h. beispielsgemäß die elektrisch betätigbaren Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d, sind vorteilhafterweise derselben elektronischen Steuer- und Regeleinheit, beispielsgemäß der elektronischen Steuer- und Regeleinheit A, zugeordnet, und werden ausschließlich von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit A angesteuert.
Die Signale des (ersten) Motorwinkelsensors 43 werden der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B zugeführt und von dieser ausgewertet, wohingegen die Signale des (zweiten) Motorwinkelsensors 42 der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A zugeführt und von dieser ausgewertet werden.
Die Signale des Drucksensors 40 werden vorteilhafterweise derselben elektronischen Steuer- und Regeleinheit A zugeführt, welche auch die Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d ansteuert, d.h. die Signale des Drucksensors 40 werden beispielsgemäß der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A zugeführt und von dieser ausgewertet.
Nach Ausfall einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A oder B kann die Druckquelle 2 dennoch mittels einer der Motorwicklungen 34a oder 34b und eines der Motorwinkelsensoren 42 oder 42 (oder ggf. des Drucksensors 40) angesteuert werden und so ein geeigneter Druck aufgebaut werden, wenn auch ggf. in verminderter Höhe und/oder mit verminderter Dynamik. Mit diesem (Zentral)Druck können alle Radbremsen 5a-5d beaufschlagt werden. Der (Zentral)Druck kann auch mittels vor- und zurückschieben des Kolbens 31 moduliert werden.
Vorteilhafterweise wird das Bremssystem 1 von einem redundanten Bordnetz mit zwei unabhängigen Spannungsquellen (einer ersten elektrischen Energieversorgung und einer zweiten elektrischen Energieversorgung) versorgt, sodass nicht beide Steuer- und Regeleinheiten A und B von der gleichen elektrischen Energieversorgung versorgt werden. Beispielsweise wird Steuer- und Regeleinheiten A von der ersten elektrischen Energieversorgung versorgt und Steuer- und Regeleinheiten B von der zweiten elektrischen Energieversorgung versorgt.
Bremssystem 1 umfasst beispielsgemäß an den Rädern einer der Achsen, beispielsgemäß an den Hinterräder RL, RR, elektrische Parkbremsen 50a, 50b. Die elektrischen Parkbremsen 50a, 50b werden von dem elektrohydraulischen Bremsensteuergerät angesteuert bzw. betätigt.
Vorteilhafterweise sind die Radbremsen der Hinterachse als Kombibremssättel mit einer hydraulischen Radbremse 5c, 5d und einer integrierten, elektrisch betätigbaren Parkbremse (IPB) ausgeführt.
Beispielsgemäß wird eine der elektrischen Parkbremsen, z.B. Parkbremse 50a, von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A betätigt/angesteuert (dies ist durch den Pfeil mit A gekennzeichnet), während die andere der elektrischen Parkbremsen, z.B. Parkbremse 50b, von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B betätigt/angesteuert wird (dies ist durch den Pfeil mit B gekennzeichnet). Nach einem Ausfall einer der Steuer- und Regeleinheiten A oder B kann das Fahrzeug noch mit zumindest einer der Parkbremsen, welche durch die funktionsfähige Steuer- und Regeleinheit B oder A betätigt wird, gesichert werden. So kann eine Getriebe-Parksperre entfallen.
Bevorzugt umfasst Bremssystem auch eine Betätigungseinheit für einen Fahrzeugführer (nicht dargestellt in 1). Die Betätigungseinheit ist mit dem Bremsensteuergerät (HECU) signalseitig zur Übermittlung eines Fahrerwunschsignals verbunden, eine mechanisch-hydraulische Verbindung von der Betätigungseinheit zu dem Bremsensteuergerät bzw. den Radbremsen 55a-5d besteht jedoch nicht.
Im Falle eines Ausfalls der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit B kann die hydraulische Bremsfunktion des Bremssystems mittels der Druckquelle 2 einschließlich der Raddruckregelung mittels der Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d anhand der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A durchgeführt werden, wobei die einzige Einschränkung gegebenenfalls darin besteht, dass die Leistung der Druckquelle 2 reduziert ist.
Da die Auslassventile 7a-7d stromlos geschlossen und die Einlassventile 6a-6d stromlos offen ausgeführt, können im Falle eines Ausfalls der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit A alle Räder hydraulisch gebremst werden. Hierzu regelt die zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit B das abgegebene Druckmittelvolumen, wenn ihr kein Drucksignal zur Verfügung steht. Eine gemeinsame Druckmodulation an allen Radbremsen 5a-5d bleibt möglich.
Wenn nicht gebremst wird, sollen die Radbremsen 5a-5d unter Atmosphärendruck stehen. Hierzu wird die Druckquelle 2 so angesteuert und in ihren unbetätigten Zustand zurückgefahren, dass über das Schnüffelloch eine hydraulische Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter 3 entsteht, der unter Atmosphärendruck steht.
Die erfindungsgemäße Bremsanlage bietet die folgenden Vorteile:

• Es kann auf ein elektrisch betätigbares Zuschaltventil zwischen Druckquelle 2 und Einlassventilen 6a-6d bzw. auf ein elektrisch betätigbares, stromlos offenes 2-Wegeventil, ggf. inklusive paralleler Rückschlagventil-Baugruppe, Spule und Ventiltreiber-Endstufe verzichtet werden.
• Das Bremssystem besitzt geringe Drosselverluste im Hauptstrompfad zwischen Druckquelle 2 und Radbremsen 5a-5d.
• Die Radbremsdruckregelung kann in bekannterweise mittels einer einzigen elektronischen Steuer- und Regeleinheit A durchgeführt werden.
• Aufgrund der geringen Anzahl von Ventilen und sonstiger Komponenten ergeben sich größere Freiheitsgrade in der Gestaltung des Ventilrasters sowie die Möglichkeit zur Verkleinerung des Ventilblocks.
• Das Öffnen eines Einlassventils 6a-6d gegen einen (höheren) Radbremsdruck kann von der Druckquelle 2 auch bei Ausfall einer der elektronischen Steuer- und Regeleinheiten A, B bzw. eines der Bordnetze unterstützt werden. Die Druckfeder der Einlassventils 6a-6d kann daher von der Kraft niedriger dimensioniert werden gegenüber bekannten, nicht-redundanten Multiplex-Architekturen.
• In dem Bremssystem können achs- oder radindividuelle Druckanforderungen mittels der Druckquelle 2 druckgeregelt werden und können auch in Druckabbau-Richtung komfortabel dargestellt werden (z.B. „Biending“).
• Das Bremssystem bietet die Möglichkeit zur 4-Kanal-Raddruckregelung.

Bei der Verwendung der Auslassventile 7a-7d zur radindividuellen Druckregelung wird Druckmittelvolumen verbraucht in dem Sinne, dass Druckmittel aus dem Druckraum 30 über die Radbremsen 5a-5d in den Druckmittelvorratsbehälter 3 abgelassen wird. Entsprechend muss spätestens dann Druckmittelvolumen in den Druckraum 30 der Druckquelle 2 nachgesaugt werden, wenn das Druckmittelvolumen in dem Druckraum 30 einen unteren Grenzwert erreicht.
In 2 ist ein beispielsgemäßes Verfahren zum Nachsaugen von Druckmittel in die Druckquelle 2 schematisch dargestellt. Als Funktion der Zeit sind ein Radbremsdruck Prad an den Radbremsen (Linie 101), ein Systembremsdruck Psystem (Linie 102), der Schaltzustand der Einlassventile 6a-6d (Linie 103), wobei Null (0) bedeutet die Einlassventile sind geöffnet, Eins (1) bedeutet die Einlassventile sind geschlossen, und ein Verfahrweg S der Druckquelle 2 (Linie 104), z.B. der Verfahrweg des Kolbens 31 der Druckquelle, dargestellt. Wird bei einem Vorfahren/Druckaufbau der Druckquelle eine nahende Erschöpfung des Druckmittelvolumens in der Druckquelle 2 erkannt, werden zum Zeitpunkt T1 die Einlassventile 6a-6d geschlossen. Der Kolben 31 wird dann in Löserichtung (zurück) bewegt (in Richtung des unbetätigten Zustandes der Druckquelle 2 bzw. des Kolbens 31). Dabei strömt Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 3 über das Nachsaugventil 14 in den Druckraum 30, es kommt also zu einem Refill / einem Nachsaugen 105 von Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter. Dabei bleibt der Radbremsdruck Prad in den Radbremsen konstant. Zum Zeitpunkt T2 wird der Kolben 31 wieder vorgefahren, um eine Annäherung des Systembremsdruck Psystem an den Radbremsdruck Prad zu erreichen und die Einlassventile 6a-6d werden geöffnet. Die Druckregelung an der Radbremsen kann fortgesetzt werden.
Um zu verhindern, dass ein Versagen einer Druckfeder eines Einlassventils 6a-6d zu einem Überbremsen durch Nicht-Lösen eines oder mehrerer Radbremsen 5a-5d führt, wird bevorzugt ein Erkennungsverfahren durchgeführt. 3 veranschaulicht ein beispielsgemäßes Verfahren zum Erkennen eines ungewollt geschlossenen Einlassventils. Als Funktion der Zeit sind der Radbremsdruck Prad1 an der Vorderachse und dem linken Hinterrad (Linie 201), der Radbremsdruck PradHR an dem rechten Hinterrad (Linie 202), der Systembremsdruck Psystem (Linie 203) und der Schaltzustand der Auslassventile 7a-7d (Linie 204), wobei Null (0) bedeutet die Auslassventile sind geschlossen, Eins (1) bedeutet die Auslassventile sind geöffnet, dargestellt. Weiterhin ist in 3 der aktuelle Verfahrweg Sist der Druckquelle 2 (Linie 205), welcher ein Maß für das tatsächlich verdrängte Druckmittelvolumen des Druckraums 30 ist, sowie der anhand eines Volumenmodells bestimmte Modell-Verfahrweg Smodel der Druckquelle 2 (Linie 206), dargestellt.
Bis zum Zeitpunkt T10 wird über den Kolben 31 der Druckquelle 2 betätigt und die gewünschten Radbremsdrücke an den Radbremsen 5a-5d von Vorder- und Hinterachse werden konstant gehalten. Die Einlassventile 6a-6d sind offen und die Auslassventile 7a-7d geschlossen. Es soll dann ein Bremsdruckabbau an den Radbremsen 5a-5d mittels der Druckquelle 2 durchgeführt werden. Hierzu wird zum Zeitpunkt T10 der Kolben 31 der Druckquelle 2 zurückgezogen (der Verfahrweg reduziert sich), um Druckmittel aus den Radbremsen abzusaugen. Entsprechend fallen der Systembremsdruck Psystem sowie der Radbremsdruck Prad1 an der Vorderachse und dem linken Hinterrad, wohingegen der Radbremsdruck PradHR an dem rechten Hinterrad aufgrund des fehlerhaft geschlossenen Einlassventils 6d weiterhin konstant ist. Der anhand des Volumenmodells unter Verwendung des gemessenen Systembremsdrucks Psystem und unter der Annahme von vier geöffneten Einlassventilen 6a-6d berechnete Modell-Verfahrweg Smodel weicht mit der Zeit immer stärker von dem anhand des Sensors 42, 43 bestimmten, tatsächlichen Verfahrwegs Sist ab, da aufgrund des fehlerhaft geschlossenen Einlassventils 6d weniger Volumen (damit Verfahrweg) aus den drei Radbremsen 5a-5c angesaugt wird. Durch eine Plausibilisierung 207 bzw. einen Vergleich des gemessenen Systembremsdrucks Psystem (korrespondiert über das Volumenmodell mit Smodell) und des von der Druckquelle 2 verschobenen Druckmittelvolumens (korrespondiert mit Sist) wird daher ein ungewollt geschlossenes Einlassventil erkannt. Zum Zeitpunkt T20 beträgt der Systembremsdruck Psystem Null, in der Radbremse 5d des rechten Hinterrads liegt aber immer noch der Radbremsdruck PradHR an. Aufgrund des anhand der Plausibilisierung erkannten Fehlers werden zum Zeitpunkt T30 die Auslassventile 7a-7d geöffnet, um einen Druckabbau an allen Radbremsen 5a-5d sicherzustellen. Der Radbremsdruck PradHR wird über das geöffnete Auslassventil 7d bis zum Zeitpunkt T44 abgebaut und die Auslassventile 7a-7d werden wieder geschlossen.
Zur Erkennung eines ungewollt geschlossenen Einlassventils, wie es durch Versagen einer Druckfeder hervorgerufen werden kann, wird das aus den Radbremsen 5a-5d rückströmende Druckmittelvolumen beim Lösen der Druckquelle 2 bilanziert. Bei einer Abweichung von tatsächlichem und einem anhand eines Volumenmodells bestimmten Druckmittelvolumen oder einem Verdacht eines oder mehrerer ungewollt geschlossener Einlassventile wird ein Druckabbau über die Auslassventile 7a-7d ausgelöst.
Andere Verfahren wie zyklische Selbsttests mit Identifikation des Abfallstroms der Einlassventil Magnetspulen bei Induktivitätsänderung (z.B. „Fluxen“) können alternativ oder zusätzlich angewendet werden.
Die Fehlerreaktion auf einen festgestellten Verdacht auf nicht-öffnende Einlassventile ist jeweils der Druckabbau über die Auslassventile 7a-7d.
In 4 ist ein beispielsgemäßes Verfahren zur achsindividuellen Druckregelung dargestellt. Als Funktion der Zeit sind der Radbremsdruck PVA an den Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b (Linie 301), der Radbremsdruck PHA an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d (Linie 302), der Schaltzustand der Einlassventile 6a, 6b der Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b (Linie 303) sowie der Einlassventile 6c, 6d der Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d (Linie 304), wobei Null (0) bedeutet die Einlassventile sind geöffnet, Eins (1) bedeutet die Einlassventile sind geschlossen, und ein Verfahrweg S der Druckquelle 2 (Linie 305), z.B. der Verfahrweg des Kolbens 31 der Druckquelle, dargestellt. Ab dem Zeitpunkt Null wird der Kolben 31 der Druckquelle 2 bei geöffneten Einlassventilen 6a-6d vorgefahren und die Radbremsdrücke an den Vorderachs- und Hinterachs-Radbremsen 5a-5d steigen an. Zum Zeitpunkt T100 wird der Kolben 31 angehalten und die Radbremsdrücke an den Vorderachs- und Hinterachs-Radbremsen 5a-5d bleiben konstant. Nun soll ein achsindividueller Druckabbau an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d durchgeführt werden, wobei der Druck in den Vorderachs-Radbremsen 5a, 5d auf dem höheren Druckniveau gehalten werden soll. Daher werden zum Zeitpunkt T200 (nur) die Einlassventile 6a, 6b der Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b geschlossen und der Kolben 31 der Druckquelle 2 zurückgefahren. Der Radbremsdruck PVA an den Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b bleibt aufgrund der geschlossenen Einlassventile 6a, 6b konstant, der Radbremsdruck PHA an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d sinkt ab, da Druckmittelvolumen aus diesen Radbremsen 5c, 5d in den Druckraum 30 der Druckquelle 2 gesaugt wird. Zum Zeitpunkt T300 wird der Kolben 31 angehalten und die Radbremsdruck PHA an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d bleibt konstant. Ab dem Zeitpunkt T400 wird der Radbremsdruck PHA an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d wieder auf das Druckniveau der Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b angehoben, indem der Kolben 31 der Druckquelle 2 vorgefahren wird. Zum Zeitpunkt T500 haben die Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d den Radbremsdruck PVA der Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b erreicht. Der Kolben 31 der Druckquelle 2 wird angehalten und die Einlassventile 6a, 6b der Vorderachs-Radbremsen 5a, 5d wieder geöffnet. Der Radbremsdruck PVAder Vorderachs-Radbremsen 5a, 5b, der Radbremsdruck PHA an den Hinterachs-Radbremsen 5c, 5d und der Systembremsdruck liegen wieder auf dem gleichen Druckniveau. Ab dem Zeitpunkt T600 wird die Druckregelung beendet, der Kolben 31 der Druckquelle 2 wird in seine Lösestellung zurückgefahren, die Radbremsdrücke PVA und PHA gehen auf Null (Atmosphärendruck) zurück.
Für eine achs- bzw. radindividuelle Druckregelung an den Radbremsen 5a-5d wird bevorzugt ein komfortabler Druckabbau ohne ein Schalten der Auslassventile 7a-7d durchgeführt. Hierbei wird mittels der Druckquelle 2 an den Radbremsen 5a-5d der höhere Raddruckwert (erster Solldruckwert) eingestellt. Dann werden die Einlassventile der Hochdruckachse (Achse mit dem höheren Raddruckwert / ersten Solldruckwert, im Beispiel die Vorderachse-Radbremsen) bzw. des Hochdruckrades geschlossen. An der Niedrigdruckachse (im Beispiel die Hinterachse-Radbremsen) bzw. dem Niedrigdruckrad wird sodann eine Druckmodulation mittels der Druckquelle 2 durchgeführt (Druck auf- oder abbauen), z.B. ein Bremsdruckabbau (auf einen niedrigeren zweiten Solldruckwert) durch Zurückfahren des Kolbens 31 der Druckquelle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017219598 A1 [0002, 0009]
DE 102017216617 A1 [0003, 0009]

Claims

Bremssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit zumindest vier hydraulischen Ausgangsanschlüssen (4a-4d) für zumindest vier hydraulisch betätigbare Radbremsen (5a-5d), einer elektrisch ansteuerbaren hydraulischen Druckquelle (2), welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Druckraum (30) und einem Kolben (31) gebildet wird, wobei der Kolben (31) mittels eines Elektromotors (32) vor- und zurückschiebbar ist, einer ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A), einer zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (B), einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (3), einem elektrisch betätigbaren, stromlos offenen Einlassventil (6a-6d) je Ausgangsanschluss (4a-4d) mit einer Druckfeder und einer Magnetspule, über welches der jeweilige Ausgangsanschluss (4a-4d) mit der Druckquelle (2) verbunden ist, und einem elektrisch betätigbaren, stromlos geschlossenen Auslassventil (7a-7d) je Ausgangsanschluss (4a-4d), über welches der jeweilige Ausgangsanschluss (4a-4d) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (32) der Druckquelle (2) von der ersten und der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A, B) ansteuerbar ist und dass jedes der Einlassventile (6a-6d) als ein 2/2-Wege-Ventil und derart ausgeführt ist, dass das Einlassventil (6a-6d) gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch eine Ansteuerung seiner Magnetspule geschlossen werden kann sowie gegen Druckdifferenzen aus beiden Richtungen durch ein Abschalten oder eine Reduzieren der Ansteuerung seiner Magnetspule geöffnet werden kann.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Einlassventile gegen eine Druckdifferenz aus beiden Richtungen von einem Betrag bis 120 bar geschlossen sowie geöffnet werden kann.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass keinem der Einlassventile (6a-6d) ein Rückschlagventil parallelgeschaltet ist, und dass keines der Einlassventile (6a-6d) ein integriertes Rückschlagventil umfasst.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder jedes Einlassventils (6a-6d) derart dimensioniert ist, dass das Einlassventil gegen eine negative Druckdifferenz über dem Einlassventil durch ein Abschalten der Ansteuerung seiner Magnetspule geöffnet werden kann.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckraum (30) der Druckquelle (2) und jedem der Einlassventile (6a-6d) kein elektrisch betätigbares Ventil, insbesondere kein Ventil, angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses neben den Einlass- und Auslassventilen (6a-6d, 7a-7d) keine weiteren elektrisch betätigbaren Ventile umfasst.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes elektrisch ansteuerbare Ventil (6a-6d, 7a-7d) des Bremssystems (1) von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A) betätigt wird.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nur einen Drucksensor (40) umfasst, wobei mittels des Drucksensors (40) der von der Druckquelle (2) erzeugte Druck bestimmt wird, wobei insbesondere die Signale des Drucksensors (40) der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A) zugeführt und von dieser ausgewertet werden.
Bremssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen ersten Sensor (43) zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Drehzahl des Elektromotors (32) und einen unabhängigen zweiten Sensor (42) zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Drehzahl des Elektromotors (32) umfasst, wobei die Signale des ersten Sensors (43) der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (B) zugeführt und von dieser ausgewertet werden und die Signale des zweiten Sensors (42) der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A) zugeführt und von dieser ausgewertet werden.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste elektrisch betätigbare Parkbremse (50a) und eine zweite elektrisch betätigbare Parkbremse (50b), welche einer Fahrzeugachse, insbesondere der Hinterachse, des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, wobei die erste elektrisch betätigbare Parkbremse (50a) von der ersten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (A) betätigt wird und die zweite elektrisch betätigbare Parkbremse (50b) von der zweiten elektronischen Steuer- und Regeleinheit (B) betätigt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum (30) der Druckquelle (2) die Einlassventile (6a-6d) geschlossen werden, so dass der Druck in den Radbremsen (5a-5d) gehalten wird, und der Kolben (31) der Druckquelle (2) mittels des Elektromotors (32) zurückgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend bei geschlossenen Einlassventilen (6a-6d) der Kolben (31) der Druckquelle (2) mittels des Elektromotors (32) vorgeschoben wird, bis eine Annäherung des Drucks (Psystem) der Druckquelle (2) an die Drücke (Prad) der Radbremsen (5a-5d) vorliegt, und die Einlassventile (6a-6d) geöffnet werden.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich eines anhand eines gemessenen Drucks (Psystem) der Druckquelle (2) bestimmten Modell-Druckmittelvolumens (Smodell) und eines von der Druckquelle (2) verschobenen Druckmittelvolumens (Sist) durchgeführt wird, und dass bei einer Abweichung die Auslassventile (7a-7d) geöffnet werden.