Bremsanlage und Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugbremse

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanlage sowie auf ein Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugbremse.

Aus der DE 103 57 373 B4 ist ein elektronisches Brems- System für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Bremskreisen bekannt, das ein Bremsanforderungsaufnahmegerät mit zwei autonomen Bremsanforderungsaufnahmemitteln aufweist, von denen das eine mit einer zentralen Steuereinheit und das andere mit einer autarken, von der zentralen elektronischen Steuereinheit unabhängigen Bremskreissteuerung verbunden ist. Bei Ausfall der zentralen elektronischen Steuereinheit übernimmt die Bremskreissteuerung im Zusammenwirken mit dem einen Bremsanforderungsaufnahmemittel alle Ansteuerungen der Fahrzeugbremsen. Die Bremsanforderungsaufnahmemittel sind in eine Bremspedaleinheit integrierte Sensoren. Damit ist eine gewisse Redundanz geschaffen.

Die DE 19815440 Al schlägt, vor einen Bremswertgeber und einen Teil einer Steuerelektronik einer Fahrzeugbremsanlage zu einer Baueinheit zusammenzufassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Bremsanlage und Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine höhere Zuverlässigkeit auch bei Ausfall der zentralen elektronischen Steuereinheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, neben einer "intelligenten" zentralen elektronischen Steuereinheit auch mindestens einen intelligenten Sensor und intelligente Aktuatoren zu verwenden. Intelligent in diesem Sinne heißt, daß Sensor und Aktuatoren eigenständige, von der zentralen elektronischen Steuereinheit unabhängige elektronische Recheneinheiten einschließlich Software enthalten. Der intelligente Sen- sor errechnet selbstständig Stellsignale für die Aktuatoren. Die Aktuatoren ihrerseits überprüfen, ob das Stellsignal von der zentralen elektronischen Steuereinheit gültig ist oder nicht. Ist das Stellsignal gültig, so wird die Bremse durch diese, d.h. von der zentralen elektronischen Steuereinheit, gesteuert. Ist es dagegen ungültig, wird das von dem intelligenten Sensor ermittelte Stellsignal zur Steuerung der Bremse verwendet .

Beide genannten Stellsignale von der zentralen elektronischen Steuereinheit und von dem intelligenten Sensor können über ein Netzwerk oder zwei getrennte Netzwerke verteilt werden, wobei die Bremspedalein-

heit, die zentrale elektronische Steuereinheit und die Aktuatoren über das Netzwerk bidirektional kommunizieren können.

Die Bremspedaleinheit und die Aktuatoren kommunizieren ebenfalls bidirektional miteinander und bilden damit ein zur zentralen elektronischen Steuereinheit redundantes System. Die Bremspedaleinheit und die Aktuatoren können selbstverständlich auch von weiteren Senso- ren Signale einlesen und verarbeiten, beispielsweise von Raddrehzahlsensoren, Drucksensoren, Wankwinkelsensoren, Querbeschleunigungssensoren, Achslastsensoren, Lenkwinkelsensoren usw.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich noch eine dritte Rückfallebene durch eine rein pneumatische Bremssteuerung realisiert werden. Dazu sind in der Bremspedaleinheit übliche, rein pneumatische Steuerventile enthalten, wobei die intelligenten Aktuato- ren bei Ausfall der gesamten Elektronik automatisch auf rein pneumatische Steuerung umschalten.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung hat die Bremspedaleinheit zwei Sensoren. Vorzugsweise ist ei- ner davon wiederum mit eigener Intelligenz ausgestattet, während der andere ein rein passiver Sensor ist, beispielsweise ein Potentiometer oder ein sonstiger Stellungssensor für die Stellung des Bremspedals. Das Signal dieses nicht intelligenten Sensors wird der (intelligenten) zentralen elektronischen Steuereinheit zugeführt und von dort zu einem Stellsignal verarbeitet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele von Pedaleinheiten der Bremsanlage;

Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bremsanlage nach der Erfindung;

Figur 5 eine Bremsanlage nach einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 6 ein Funktionsdiagramm zur Erläute- rung der Arbeitsweise einer Bremsanlage gemäß Figur 4 mit einer Bremspedaleinheit gemäß Figur 1; und

Figur 7 ein Funktionsdiagramm einer Bremsanlage gemäß Figur 5 mit einer Bremspedaleinheit gemäß Figur 2.

Figur 1 zeigt eine Bremspedaleinheit 2, die ein pneu- matisches Steuerventil 3 und einen Sensor 4 aufweist, der mit einem Bremspedal 6 gekoppelt ist und dessen Stellung oder Bewegung abtastet. Der Sensor 4 ist mit einer eigenen Intelligenz ausgestattet, d.h. er enthält eine Elektronik, die Ausgangssignale von Sensor- elementen verarbeitet, wie weiter unten noch erläutert wird. Elektrische und pneumatische Anschlüsse der Bremspedaleinheit 2 sind der übersichtlichkeit halber fortgelassen. Eine solche Bremspedaleinheit eignet

sich beispielsweise auch für eine Bremsanlage gemäß der eingangs genannten DE 103 57 373 B4.

Figur 2 zeigt eine Bremspedaleinheit 2 mit zwei redun- danten Sensoren 4 und 5, von denen der Sensor 4 wiederum eine eigene Intelligenz in Form einer elektronischen Schaltung hat, während der Sensor 5 über keine eigene Intelligenz verfügt. Eine solche Bremspedaleinheit kann für ein "brake-by-wire" System eingesetzt werden.

Die Bremspedaleinheit 2 der Figur 3 verfügt über zwei redundante Sensoren 4, die jeweils eine eigene Intelligenz haben und ebenfalls mit dem Bremspedal 6 gekop- pelt sind.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 hat die Bremspedaleinheit 2 somit zwei elektrische Ausgänge, die voneinander unabhängig sind.

Figur 4 zeigt eine Bremsanlage nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Bremspedaleinheit 2 gemäß Figur 1 zum Einsatz kommt.

Die Bremsanlage 1 der Figur 4 hat eine Bremspedaleinheit 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit der Maßgabe, daß die Bremspedaleinheit 2 zwei pneumatische Steuerventile 3.1 und 3.2 aufweist und einen intelligenten Sensor 4 hat. Die Steuerventile 3.1 und 3.2 sind je über eine pneumatische Leitung 7.1 und 7.2 mit getrennten Druckbehältern 8.1 bzw. 8.2 verbunden. Das pneumatische Steuerventil 3.1 ist über eine pneumatische Leitung 7.1 mit Steuerventilen 9.1 und 9.2

für Bremsaktuatoren 10.1 und 10.2 der Räder der Hinterachse des Fahrzeuges verbunden. Das Steuerventil 3.2 ist über eine pneumatische Leitung 7.2. mit Steuerventilen 11.1 und 11.2 für Bremsaktuatoren 12.1 und 12.2 der Bremsen der Vorderachse des Fahrzeuges verbunden. Die Bremsanlage hat somit zwei getrennte Bremskreise für die Bremsen der Hinterachse und der Vorderachse.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bremsaktuatoren 10.1 und 10.2 pneumatisch betätigte Federspeicherbremsen .

Der intelligente Sensor 4 der Bremspedaleinheit 2 ist über eine elektrische Leitung 13 mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit 14 verbunden, welche über elektrische Leitungen 15.1 bis 15.4 mit den Steuerventilen 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 verbunden ist. Die elektrischen Leitungen 13 und 15.1 bis 15.4 bilden ein Netzwerk 16, das sowohl eine Kommunikation zwischen dem intelligenten Sensor 4 und der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 gestattet, als auch eine direkte Kommunikation zwischen dem intelligenten Sensor 4 und den Steuerventilen 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 sowie selbstverständlich auch zwischen der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 und den genannten Steuereinheiten 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2.

Die Steuerventile 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 verfügen e- benfalls über eine eigene Intelligenz und können sowohl pneumatisch über die pneumatischen Leitungen 7.1 bzw. 7.2 oder die elektrischen Leitungen 15.1 bis 15.4 elektrisch angesteuert werden.

Der intelligente Sensor 4 gibt das vom Fahrer durch Betätigung des Bremspedals 6 ausgelöste Bremsanforde- rungssignal über die elektrische Leitung 13 auf das Netzwerk 16. Dieses Signal wird sowohl von der zentra- len elektronischen Steuereinheit 14 als auch von den

Steuerventilen 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 empfangen. Weiter wird ein pneumatisches Signal von den beiden pneumatischen Steuerventilen 3.1 und 3.2 über die pneumatischen Leitungen 7.1 und 7.2 zu den Steuerventilen geleitet.

Wie näher im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert wird, werden die Bremsaktuatoren 10.1, 10.2 und 12.1, 12.2 auf drei verschiedene Arten angesteuert.

Der intelligente Sensor 4 ermittelt die Bewegung oder Stellung des Bremspedals 6, was proportional der vom Fahrer eingeleiteten Bremsanforderung ist. Dieses Signal wird von dem intelligenten Sensor 4 bereits zu ei- nem Bremsanforderungssignal vorverarbeitet aufgrund einer eigenen Software und einer eigenen Elektronik in dem intelligenten Sensor 4 unter Berücksichtigung weiterer Parameter des Fahrzeuges und ggf. weiterer Signale von anderen Sensoren, die hier nicht dargestellt sind. Der intelligente Sensor 4 errechnet eine Betätigungsanforderung aufgrund vordefinierter Charakteristiken oder aufgrund von Charakteristiken, die ihm von der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 übermittelt werden. Hierbei kann es sich auch um Parameter handeln, die während eines oder mehrerer Bremsvorgänge automatisch "gelernt" werden, wobei auch Rücksignale von den Steuerventilen 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 verarbeitet werden können.

An das Netzwerk 16 sind die intelligenten Steuerventile 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 angeschlossen, die die Luftzufuhr und den Druck in den Bremsaktuatoren 10.1, 10.2, 12.1 und 12.2 steuern. Die zentrale elektroni- sehe Steuereinheit 14 enthält eine Recheneinheit, die einen Bremsbetätigungsbefehl für jedes der Steuerventile 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 ermittelt. Die intelligenten Steuerventile 9, 11 können das Betätigungssignal von dem Netzwerk lesen und einen entsprechenden pneumatischen Druck in den Aktuatoren 10.1, 10.2, 12.1 und 12.2 einsteuern.

Der intelligente Sensor 4 erfaßt die Bewegung des Bremspedals 6, dessen Bewegung oder Stellung proporti- onal der vom Fahrer gewünschten Bremsanforderung ist. Der intelligente Sensor wandelt dieses Signal in ein elektrisches Format um und sendet es über die Leitung 13 zu dem Netzwerk 16. Das Format des Signals kann ein der Bremsanforderung proportionales Signal sein oder es kann auch ein Bremsbetätigungssignal sein. Die

Steuerventile 9, 11 können dieses Signal interpretieren und den entsprechenden Druck aufbauen.

Die Bremspedaleinheit 2 hat die zwei pneumatischen Steuerventile 3.1 und 3.2, die einen Luftdruck proportional der Stellung des Bremspedals 6. Dieser Druck wird von den pneumatischen Steuerventilen 3.1 und 3.2 über die Leitungen 7.1 und 7.2 den Steuerventilen 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 für die Bremsen der Vorder- und der Hinterachse zugeführt. Dieser pneumatische Druck erzeugt dann entsprechende Bremsdrücke in den Aktuatoren 10, 12.

Alle drei beschriebenen Arten der Steuerung, nämlich über die zentrale elektronische Steuereinheit 14, das Netzwerk 16 und die direkte pneumatische Steuerung ü- ber die pneumatischen Steuerventile 3.1 und 3.2, lau- fen zeitlich parallel, wobei die Bremsanlage je nach Verfügbarkeit und Zustand dieser drei Systeme eines auswählt, das am günstigsten ist. Dies wird im Zusammenhang mit Figur 6 ausführlicher beschrieben.

Figur 6 beschreibt die Arbeitsweise der Bremsanlage der Figur 4 bzw. das Verfahren nach der Erfindung. In der Bremspedaleinheit 2 wird in einem Schritt Sl durch Drücken des Bremspedals 6 ein analoges Bremsanforde- rungssignal von den Sensoren 4 erzeugt, das dann in einem Schritt S2 von dem intelligenten Sensor 4 in ein digitales Bremsanforderungssignal umgewandelt wird. Aus diesem digitalen Signal wird in einem Schritt S3 in dem intelligenten Sensor 4 ein Stellsignal für die Bremsaktuatoren 9, 11 vorausberechnet und über das Netzwerk 16 direkt an die Steuerventile 9.1, 9.2, 11.1 und 11.2 übermittelt. Parallel dazu wird das digitale Bremsanforderungssignal des Schrittes S2 auch an die zentrale elektronische Steuereinheit 14 geliefert, das in einem Schritt S4 ein Stellsignal errechnet, welches dann ebenfalls den Steuerventilen zugeleitet wird.

In einem Schritt S5 werden die Stellsignale aus den Schritten S3 und S4 parallel an die Steuerventile 9, 11 übertragen, wo in einem Schritt S6 überprüft wird, ob das von der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 kommende, im Schritt S4 errechnete Stellsignal gültig ist oder nicht. Dieses vom zentralen elektronischen Steuereinheit 14 stammende Stellsignal hat Vor-

rang und wird, falls es gültig ist, im Schritt S7 umgesetzt, wodurch eine Bremsbetätigung ausgelöst wird, die auf dem Stellsignal der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 basiert. Wird dagegen im Schritt S6 festgestellt, daß das Stellsignal aus dem Schritt S4 ungültig ist, so wird in einem Schritt S8 überprüft, ob das von dem intelligenten Sensor im Schritt S3 errechnete Stellsignal gültig ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt S9 eine Bremsbetätigung ausgelöst, die auf dem von dem intelligenten Sensor 4 im Schritt S3 ermittelten Stellsignal basiert.

Ist auch dieses Stellsignal ungültig, so wird als dritte Rückfallebene im Schritt SlO eine rein pneuma- tische Bremsung eingeleitet, aufgrund der pneumatischen Drücke, die von den pneumatischen Steuerventilen 3.1 und 3.2 stammen.

Es ist also eine dreistufige Hierarchie vorgesehen. Erste Priorität hat die zentrale elektronische Steuereinheit 14, zweite Priorität hat der intelligente Sensor 4 und dritte Priorität hat die rein pneumatische Bremsung.

Bei der Vorausberechnung des Stellsignals im Schritt S3 und auch bei der Berechnung des Stellsignals im Schritt S4 können selbstverständlich diverse Einflußgrößen berücksichtigt werden, die entweder fahrzeugspezifisch vorgegeben und in der Software gespeichert sind oder die von nicht dargestellten Sensoren ermittelt und über das Netzwerk 16 an die intelligenten Einheiten 4, 14, 9 und 11 geleitet werden. Beispielsweise können Einflußgrößen, wie Achslastvertei-

lung, Blockiergefahr, Koppelkraft zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger und sonstige die Stabilität eines Fahrzeuges beeinflussende Größen berücksichtigt werden.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Bremsanlage nach der Erfindung. Die Bremspedaleinheit 2 ist hierbei gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ausgebildet und hat zwei Arten von Sensoren, nämlich einen intelligenten Sensor 4 und einen Sensor 5 ohne eigene Intelligenz. Der Sensor 5 ist über eine Leitung 17 mit der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 verbunden, während der intelligente Sensor 4 mit dem Netzwerk 19 verbunden ist. An den Sensor 4 können wei- tere Sensoren 23 angeschlossen sein, die fahrzeugspezifische oder fahrdynamikspezifische Meßgrößen den Sensor 4 zuführen. Der besseren übersichtlichkeit halber sind die elektrischen Leitungen des Netzwerkes 19 in gestrichelten Linien dargestellt, während die e- lektrischen Leitungen des mit der zentralen Steuerung 14 verbundenen Netzwerkes 18 in durchgezogenen Linien dargestellt sind.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind die Bremsaktu- atoren rein elektrisch betätigt und wiederum mit einer eigenen Intelligenz ausgestattet. Die Bremsaktuatoren 20.1 und 20.2 für die Vorderachse und 21.1 und 21.2 für die Hinterachse sind jeweils an die beiden Netzwerke 18 und 19 angeschlossen, also letztlich an die zentrale elektronische Steuereinheit 14 und den intelligenten Sensor 4. Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel entscheiden die intelligenten Bremsaktuatoren 20 und 21, ob sie von der Steuereinheit 14 über das

Netzwerk 18 oder vom intelligenten Sensor 4 über das Netzwerk 19 kommende Befehle ausführen, wobei auch hier die von der Steuereinheit 14 über das Netzwerk 18 kommenden Befehle Vorrang haben und die von dem intel- ligenten Sensor 4 über das Netzwerk 19 kommenden Befehle als Rückfallebene dienen.

Dies wird im Zusammenhang mit Figur 7 ausführlicher erläutert, auf die jetzt Bezug genommen wird.

Die Bremspedaleinheit 2 hat hier die zwei Sensoren 4 und 5. Wie im ersten Ausführungsbeispiel werden von dem intelligenten Sensor 4 die Schritte Sl, S2 und S3 durchgeführt, die dann über das Netzwerk 19 den Brem- saktuatoren 20, 21 zugeführt werden. Parallel dazu erzeugt der nicht intelligente Sensor 5 im Schritt Sil ein elektrisches Bremsanforderungssignal, das ggf. im Schritt S12 noch als digitales Signal umgewandelt wird, wobei in diesem Fall der nicht intelligente Sen- sor 5 unmittelbar ein digitales Ausgangssignal produzieren muß.

Das Ausgangssignal des nicht intelligenten Sensors 5 wird über die Leitung 17 der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 zugeführt, die im Schritt S4 in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Stellsignal für die Bremsaktuatoren errechnet. Auch hier werden weitere Eingangsgrößen in an sich bekannter Weise berücksichtigt. Nach dem Schritt S4 wird das Stellsignal über das Netzwerk 18 den einzelnen Bremsaktuatoren 20, 21 zugeführt. Dort werden im Schritt S5 die auf den Netzwerken 18 und 19 anliegenden Signale empfangen und im Schritt S6 wird wiederum über-

prüft, ob das von der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 kommende Signal gültig ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt S7 dieses Stellsignal den Ak- tuatoren 20 und 21 zugeführt. Ist das von der zentra- len elektronischen Steuereinheit 14 stammende Signal dagegen ungültig, so wird das von dem intelligenten Sensor 4 über das Netzwerk 19 kommende Signal ausgewählt und im Schritt S9 den Aktuatoren zugeführt.

Wenn in diesem Zusammenhang von "das Signal" gesprochen wird, so kann es sich hierbei selbstverständlich um mehrere Signale handeln, da den einzelnen Aktuatoren unterschiedliche Stellsignale zugeführt werden können, beispielsweise zur Berücksichtigung einer Bremskraftaufteilung gemäß den Achslasten, Fahrdynamikregelung, Blockierschutz etc.

Dem Fachmann ist klar, daß die Ausführungsbeispiele der Figuren 5 und 7 auch dahingehend modifiziert wer- den können, daß eine Bremspedaleinheit 2 gemäß Figur 3 mit zwei intelligenten Sensoren verwendet werden kann. Der eine Sensor wird dann mit der zentralen elektronischen Steuereinheit 14 und der andere mit dem Netzwerk 19 verbunden.