Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren, insbesondere zur Feststellung der Dichtheit mindestens einer Dichtung und/oder eines Ventils, für mindestens eine Komponente eines Fahrzeugs, wobei eine Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben von einem elektromotorischen Antrieb angetrieben ist, eine Druckversorgungseinheit bildet, wobei eine Steuereinheit mittels mindestens eines Sensors die Kolbenposition und/oder Kolbenbewegung des Kolbens und mittels mindestens eines Sensors den durch die Druckversorgungseinheit erzeugten Druck oder den durch den Antrieb fließenden Motorstrom erfasst.

Stand der Technik

Druckregelverfahren für hydraulische Fahrdynamiksysteme nach dem Stand der Technik sind im Bremsenhandbauch (4. Auflage, Bert Breuer, Karlheinz Bill, Springer Vieweg) auf den Seiten 434ff. ausführlich beschrieben.

Entsprechend des Standes der Technik werden in herkömmlichen ABS / ESP- Systemen sogenannte Rückfördersysteme eingesetzt (Abbildung 20.12 Bremsenhandbuch S.434). Im Regelbetrieb (ABS-Betrieb) erfolgt die Druckregelung über eine Zeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile. Um die Druckregelung zu verbessern, werden die Ventile per Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert. Dieses klassische Verfahren ist sehr aufwändig und benötigt sehr ge- naue Modelle, da bei der Zeitsteuerung zahlreiche nichtlineare Effekte, wie z. B. Spulentemperatur, Druckdifferenz, Viskosität, Toleranzen der Ventile und das Druckniveau in der Regelung abgebildet werden müssen. In der Regel wird eine Pumpe als Druckquelle eingesetzt, die meist einen konstanten Vordruck liefert, der von der Fußkraft und dem Verstärkungsfaktor des Bremskraftverstärkers abhängt. Aus DE 10 2013 210 563 AI ist ferner eine Bremsanlage bekannt, bei der der Druckaufbau und Druckabbau im Bremsverstärkerbetrieb mittels eines elektromotorisch angetriebenen Kolbens geregelt wird . Im ABS-Betrieb wird über einen Kolben ein konstanter Vordruck eingestellt, wobei der Druck in den Radbremsen mit Hilfe von Einlass- und Auslassventilen über Zeitsteuerung / PWM- Steuerung eingeregelt wird.

Für andere Hydrauliksysteme (z. B. Kupplungs- und Gangsteller) wird ein Volumenstrom über Proportionalventile mit variablem Öffnungsquerschnitt gesteuert, wobei der Druck über eine Pumpe und einen Hochdruckspeicher zur Verfügung gestellt wird . Eine weitere Bremsanlage ist aus EP 1874602 vorbekannt, bei der der Bremsdruck in den Radbremsen mittels einer Multiplexdruckregelung eingeregelt wird, in dem über einen verstellbaren Kolben und einem jeweils einem Rad zugeordneten Schaltventil der Druck über eine Druckvolumenkennlinie und Wegsteuerung des Kolbens geregelt wird . Ein weiteres Bremssystem mit einer Multiplexregelung ist aus DE

102011085273 vorbekannt. Bei die diesen Bremssystemen wird das der jeweiligen Radbremse zugeordnete Schaltventile zum Druckauf- und Druckabbau geöffnet und der Druck über Wegsteuerung des Kolbens unter Berücksichtigung der Druckwegkennlinie verändert, wobei zum Druckaufbau der Kolben nach vorne und zum Druckabbau der Kolben nach hinten um eine vorbestimmte Wegstrecke verfahren wird . Nach Erreichen des Ist-Druckes wird das jeweilige Ventil geschlossen. Die Drücke in den unterschiedlichen Rädern werden in kurzer zeitlicher Abfolge nacheinander geregelt bzw. auch teilweise simultan geregelt. Auch bei diesem Verfahren ist der Druckkolben bzw. der positionsge- regelte Druckkolben das Stellglied für die Druckregelung . Vorteilhaft bei diesem Regelverfahren ist die hohe Druckstellgenauigkeit und die Druckregelung im geschlossenen Bremskreis, d.h. der Bremskreis ist nicht über ein geöffnetes Ventil mit dem Vorratsbehältnis verbunden. Dieses Verfahren stellt zudem geringe Anforderungen an die Toleranzen der Schaltventile. Nachteilig sind die hohen Anforderungen an die Dynamik des Versteilantriebs des Kolbens, sowie die großen Öffnungsquerschnitte und Öffnungsdruckfestigkeit der Schaltventile.

Aus PCT/EP 2014/069723 ist eine Doppelhubkolbeneinheit vorbekannt, welche den Druck in einem oder beiden Bremskreisen im Vor- und Rückhub mit mini- maier Zeitunterbrechung aufbaut und abbaut bzw. Volumen kontinuierlich fördert und zudem über ein Schaltventil eine Umschaltung von hydraulisch wirksamen Flächen im Vor- und Rückhub ermöglicht. Diese Lösung ist nicht nur für Bremssysteme, sondern für alle Hydrauliksysteme geeignet, die eine Druckquelle benötigen z. B. Getriebe- und Kupplungssteuerungen. Für all diese Sys- teme muss eine Dichtheitsdiagnose und der Strömungswiderstand im System laufend durchgeführt werden.

Die DE 102011081240 AI zeigt ein Brake-by-wire-Bremssystem, welches ein Verfahren zur Überwachung (Diagnose) des Bremssystems beschreibt. Bei der Diagnose einer Leckage wird der Druck bei gleichbleibender Kolbenposition mehrfach gemessen. Die gemessenen Messwerte- Paare (Druck- Kolbenposition) werden dabei mit einem Kennfeld verglichen. Fällt das Messwerte-Paar aus dem zulässigen Bereich, so wird dies als Leckage erkannt. Mit den Messwerten wird eine so genannte Systemsteifigkeit ermittelt. Diese ist gut geeignet, die Entlüftung von Hydraulikkreisen zu ermitteln. Aus DE

102011081240 AI ist jedoch nicht bekannt, die eigentliche Leckage, d .h. die zeitliche Veränderung des Druckes oder Verstellung des Kolbens zu messen. Mit einer dritten Messgröße wird der Druck des Hauptzylinders und mit der vierten Messgröße der Pedalweg gemessen und mit einem weiteren Kennfeld verglichen. Dies ist bei Brake-by-wire-Systemen üblich, da hier bei einer Un- plausibilität eine Fehlermeldung wegen z. B. Gefahr des Pedaldurchfalls oder Undichtheit des Wegsimulators erfolgt und auf die Rückfallebene mit Abschaltung der Druckbereitstellungsanordnung (BKV) geschaltet wird. Ein Verfahren für die Gesamtdiagnose, z. B. der Ventile und der Bremskreise ist aus DE 102011081240 AI ebenfalls nicht bekannt.

DE 102012201535 AI beschreibt ein Bremssystem, welches hydraulische Prüfungen ermöglicht, z. B. Abströmen von Druckmittel aus einer Betätigungsein- heit (Dichtheit oder Leckage). Hierbei kann nur ein Teil des gesamten Bremssystems geprüft werden, und es sind zur Prüfung zusätzlich steuerbare Mittel in Form von Ventilen notwendig. Die Prüfung auf Leckage erfolgt durch

Druckmittelvolumenabgabe der steuerbaren Druckquelle.

Demnächst kommen Systeme für autonomes Fahren zur Anwendung, deren Sicherheitsanforderungen besonders hoch sind, da ein auftretender Fehler fatale Folgen haben könnte. Besonders kritisch sind hier die sogenannten schlafenden Fehler. Schlafende Fehler sind beispielsweise : Leckfluss von Dichtungen, die bei niedrigem Druck schlecht erkannt werden oder Schmutzpartikel in Ventilen, die, wenn nicht erkannt, bei der nächsten Bremsung zu kritischen Fehlfunktionen wie Ausfall eines Bremskreises führen können. Bei anderen Systemen, z. B. Kupplungsbetätigungen, ist eine Störung der Betätigungsgeschwindigkeit des Stelleingriffes kritisch, die über die Strömungsgeschwindigkeit der Druckversorgung gemessen werden kann.

Hier muss auch der Batteriezustand geprüft werden, da bei der Bremsung der Bremskraftaktuator nicht ausfallen darf. Bekannt ist für die Batteriediagnose ein kurzer Belastungstest mit höherer Stromstärke.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Diagnoseverfahren für mindestens eine Kom- ponente eines Fahrzeuges bereitzustellen.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch Diagnoseverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Diagnoseverfahrens nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren das gesamte Hydrauliksystem inklusive Batteriezustand zur Versorgung der elektrischen Druckquelle überwacht werden. Hierbei können alle wesentlichen Komponenten, wie z. B. Ventile, Dichtungen, auf die Undichtheit und Fehlfunktion geprüft werden.

Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass mit wenigen Sensoren auskommt. Bei der Diagnose über die Mes- sung der Kolbenposition erfolgt eine genaue Messung des Volumens an ungewollt ausfließendem Hydraulikmedium. Hierbei kann auf eine Druckmessung im Hydraulikkreis verzichtet werden, welche meist durch auftretende Druckschwankungen zu falschen Ergebnissen kommt. Auch kann vorteilhaft die Fließgeschwindigkeit die auch als Leckagerate bezeichnet wird, ermittelt wer- den, wodurch die Diagnose für verschiedenste Komponenten des Fahrzeugs einsetzbar ist.

Mittels der Steuereinheit kann somit während des Diagnoseverfahrens entweder die Größe der Kolbenbewegung und/oder die zeitliche Änderung der Kolbenposition des Kolbens gemessen werden, wobei die Größe der Kolbenbewe- gung und/oder die zeitliche Änderung der Kolbenposition bei der Beurteilung der Veränderung und/oder Funktionstüchtigkeit der Komponente berücksichtigt wird .

Es ist jedoch vorteilhaft auch möglich, dass die Steuereinheit den Kolben um eine vorbestimmte Wegstrecke verstellt und dabei gleichzeitig den von der Druckversorgungseinheit erzeugten Druck und/oder den durch den elektromotorischen Antrieb fließenden Strom misst um den Strömungswiderstand in der Komponente oder eines Teils davon zu ermitteln .

Auch kann das Diagnoseverfahren vorteilhaft die zeitliche Veränderung des Druckes bei für eine vorbestimmte Zeit feststehendem Kolben messen wobei die gemessene zeitliche Veränderung des Druckes bei der Beurteilung der Veränderung und/oder Funktionstüchtigkeit der Komponente berücksichtigt wird oder direkt die Leckagerate ermittelt wird . Unter der Leckagerate wird im Sinne der Erfindung die Volumenänderung pro Zeit (dV/dt) oder die Druckänderung pro Zeit (dp/dt) verstanden. Für jede Fahrzeugkomponente können unterschiedlich große Leckageraten erlaubt sein. Wie bereits ausgeführt kann mit dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren die Leckagerate dv/dt bzw. dp/dt ermittelt werden und anhand der ermittelten Leckagerate ein entsprechendes Ausgangssignal oder Nachricht generiert werden. Hierdurch kann z. B. vor dem Ausfall eines Systems eine entsprechende Fehlerbehebung vorgenommen werden. So kann z.B. die Steuereinheit die Funktionstüchtigkeit bzw. Dichtheit der Komponente feststellen, sobald die Kolbenbewegung einen Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert kann z.B. abhängig von dem eingestellten bzw. eingeregelten Motorstrom oder Druck im Hydraulikkreis sein.

Vorteilhaft kann die Steuereinheit das Diagnoseverfahren für mehrere Kompo- nenten des Fahrzeuges zeitlich versetzt durchführen, wobei jeder Komponente eine eigene maximal zulässige Leckagerate zugeordnet ist.

Eine mögliche Komponente des Fahrzeugs kann die Bremsanlage oder ein Teil der Bremsanlage, insbesondere ein Ventil oder die Kolben-Zylinder-Einheit selbst oder deren elektromotorischer Antrieb, eine hydraulisch arbeitende Kupplung oder die Fahrzeugbatterie sein.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Diagnoseverfahren misst die Steuereinheit während des Diagnoseverfahrens die Größe der Verstellung des Kolbens bei konstantem durch den Antrieb fließenden Motorstroms und ermittelt dann anhand der gemessenen Verstellung des Kolbens, insbesondere unter Auswertung der Druck-Volumen-Kennlinie der Komponente, die Dichtheit und/oder Funktionstüchtigkeit, insbesondere die Leckagerate, der Komponente oder eines ihrer Teile.

Durch die Messung des Motorstroms (Phasenstrom oder Batteriestrom), kann vorteilhaft auf eine Druckmessung und somit den dafür sonst notwendigen Drucksensor verzichtet werden. Die evtl . Ungenauigkeit bei der Ableitung der Kolbenkraft bzw. des mittels erzeugten Druckes vom Motorstrom kann über die Nutzung eines Kennfeldes verbessert werden. Das Kennfeld kann dazu vorteilhaft folgende Beziehungen und Parameter berücksichtigten : Motorstrom, Reibung im Antrieb, Verstellgeschwindigkeit des Kolbens, Kolbenbeschleunigung bzw. Drehbeschleunigung des Rotors. Das Kennfeld kann auch für alle Drucksteuerungen und Regelungen verwendet werden, wie z.B. beim Druckaufbau und Druckabbau sowie ABS-Funktionen.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Diagnoseverfahren regelt die Steuereinheit während des Diagnoseverfahrens einen konstanten Druck in der Komponente mittels der Druckversorgungseinheit und einer Druckmessung in der Komponente ein und ermittelt dabei die Größe der Verstellung des Kolbens, um dann anhand der Verstellung des Kolbens, insbesondere unter Auswertung der Druck-Volumen-Kennlinie der Komponente, die Dichtheit und/oder Funktionstüchtigkeit, insbesondere die Leckagerate, der Komponente oder eines ihrer Teile zu ermitteln . Sofern mittels des Diagnoseverfahrens das Bremssystem überprüft wird, so kann die Steuereinheit bei der Diagnose die Druck-Volumen-Kennlinie des Bremskreises und/oder Radkreises mit berücksichtigen.

Sofern das Bremssystem des Fahrzeugs überprüft werden soll, so wird das Diagnoseverfahren vorteilhaft gegen Bremsende, nach Bremsende oder bei Fahrzeugstillstand durchgeführt. Sofern das Diagnoseverfahren während der Fahrt des Fahrzeuges durchführt werden soll, so kann dies nur in einem Zeitfenster geschehen, in dem eine Bremsung nicht oder mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht erfolgen wird. Die Steuereinheit muss daher vor Einleiten des Diagnoseverfahrens den Fahrzustand und den Fahrzeugzustand des Fahrzeugs überprüfen. Für das Diagnoseverfahren kann vorteilhaft der bereits in der Komponente, insbesondere im Bremskreis, eingestellte bzw. eingeregelte Druck verwendet werden.

Bei der Diagnose soll eine starke Beeinträchtigung der Lebensdauer der Komponenten möglichst vermieden werden, dementsprechend ist die oben ge- nannte Diagnose auf die jeweilige Komponente abzustimmen. Hier bietet sich besonders an, den Arbeitsdruck, z. B. den vorhandenen Bremsdruck, zu ver- wenden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der bei Fahrzeugstillstand vorhandene Bremsdruck zur Diagnose genutzt wird .

Sofern die Druckversorgungseinrichtung mittels der vorhandenen Ventils von den übrigen Komponenten des Fahrzeugs getrennt worden ist, kann der An- triebsmotor des Kolbens Motor in einem speziellen Testzyklus belastet werden, wobei auch kurzzeitig die Batterie mit einem höherem Strom belastet und damit geprüft werden kann. Bekanntlich ist hierbei ein zu großer Spannungsabfall ein Indiz für einen Batteriedefekt. Bedeutend ist zusätzlich, dass die Diagnose der Dichtheit in kurzer Zeit erfolgen und genau sein muss, da die zur Verfügung stehende Zeit beim Fahrzeugstillstand klein ist, wie z. B. bei Stop- and-Go.

Bekanntlich ist die Ausfallwahrscheinlichkeit (AW)in der Regel auf ein Jahr bezogen, meistens mit ppm ( 10 ^{~ 6} ) definiert. Ein Fahrzeug ist zurzeit mit 200 x 10 ³ Bremsungen/Jahr definiert. Ein Dichtungsausfall wird mit 1 ppm ange- nommen. Erfolgt nun bei jeder Bremsung eine Diagnose, so ergäbe sich eine Ausfallwahrscheinlichkeit von AW = 5 x 10 ^{~ 6} =— -— von 1 ppm = 5 x 10 ^"6 x

10 ^"6 = 5 x 10 ^"12 , während einer Bremsung. Das Ausfallrisiko wäre somit minimal. Die Bedeutung der aktiven Diagnose in kurzen Zeitabständen liegt, also : · In der erheblich geringeren Ausfallwahrscheinlichkeit und damit Früherkennung auch von beginnenden Ausfällen, s. oben genanntes Beispiel anstelle 1 ppm = 10 ^"6 mit Diagnose 6 x 10 ^"12 nahezu Faktor 1 Mio. Daraus kann abgeleitet werden, dass es ausreichend ist, wenn Test z. B. nach nur jeder fünfzigsten Bremsung, z.B. bei Fahrzeugstillstand, durchgeführt wird . · Der Erkennung von kritischen z. B. schlafenden Fehlern bereits vor der nächsten Bremsung.

• Der Variabilität z. B. von Diagnosezyklus in dem Prüfumfang und Anwendung z. B. während der Funktion, gegen Ende der Funktion, Fahrzeugstillstand, teilweise nur im Serviceintervall.

Messgröße für Dichtheit ist die zeitliche Druckänderung eines abgesperrten Volumens mit einem hochauflösenden Druckgeber oder alternativ die zeitliche Volumenänderung über Kolbenwegmessung bei konstantem Druck oder Strom des Elektromotors der Druckquelle. Hierbei muss Druck oder Strom nur im Testzyklus annähernd konstant sein, da beide gemessenen Einflussfaktoren in der Volumenänderung eingerechnet werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen die Dichtheit eines Systems in mehreren Diagnosezyklen zu erfassen, z. B. 1. Hydraulikkreise, 2. Ventile, 3. Druckräume, 4. Dichtungen, 5. Druck- Versorgung. Weiterhin soll als Messgröße die Volumenänderung durch eine Kolbenwegänderung bei konstantem Druck oder Strom verwendet werden. Die Messung der Volumenänderung ist wesentlich genauer und erfordert keinen hochauflösenden Druckgeber dessen Messung durch Druckschwingungen im System beeinflusst ist. Die zeitliche Volumenmessung kann auch zur Bestim- mung des Strömungswiderstandes verwendet werden. Schließlich kann in manchen der oben genannten Testzyklen die Volumen- auch mit der Druckmessung kombiniert werden. Um mit einer kurzzeitigen höheren Strombelastung den Spannungsabfall an der Batterie und damit die Batterie selbst zu diagnostizieren, werden allen Ventile zum Haupt- und den Radzylindern ge- schlössen.

Die Vorteile der Erfindung werden an zwei Systemen mit einfachen Plunger und Doppelhubkolben gezeigt, welche beide durch einen Spindel- oder Kugelgewindeantrieb betätigt sind . Alternativ können aber auch andere Antriebe eingesetzt werden.

Bei Ersterem betätigt der Kolben über Trennventile verschiedene Stellzylinder (Plunger), die einen Stelleingriff z. B. Kupplungsbetätigung bewirken. Hierbei erfasst die Diagnose die Dichtheit der Hydraulikkreise, Ventile, Dichtungen, zeitliche Volumenförderung der Druckversorgung und den Strömungswiderstand inklusive den Zustand der Batterie.

Das zweite, komplexere System entspricht einem Bremssystem welches z. B. aus DE 10 2014 109 384 vorbekannt ist. Dieses weist einen Doppelhubkolben und Tandemhauptzylinder mit fünf verschiedenen Druckräumen, vielen Ventilen und Dichtungen auf. Dieses System ist durch redundante Bremskreise, entsprechenden Ventilschaltungen und redundante Wicklung (2 x 3-phasig) für autonomes Fahren geeignet.

Zusammenfassend sind folgende Schwerpunkte enthalten : Diagnose der Dichtheit, Strömungswiderstand und Batterie im gesamten Bremssystem durch Messung der zeitlichen Veränderung von Druck, Kolbenweg, Batteriespannung.

Verschiedene Diagnosezyklen für einzelne Bereiche und Komponenten eines Hydrauliksystems.

Dichtheitstest während jeder Bremsung durch Vergleich mit der Druck- Volumen-Kennlinie.

Fiaurenbeschreibuna

Es zeigen :

Fig.l: ein einfaches System mit einkreisigem Druckversorger und einen

Kolben mit zwei Hydraulikkreisen HK a und HK b.

Fig.la: den zeitlichen Verlauf von verschiedenen Messgrößen mit einem ein- fachen Testzyklus nach T _T .

Fig.2: ein komplexes Bremssystem mit zweikreisigem Druckversorger und mehreren Hydraulikkreisen und Tandemhauptzylinder.

Fig.3: einen zeitlichen Ablauf der Diagnose mit verschiedenen Diagnosezyklen. Fig.l zeigt einen einkreisigen Druckversorger mit Motor 9, welcher über einen Spindelantrieb 10 einen Kolben 18 mit Dichtung D6 linear antreibt. Der Druck entsteht im Druckraum D, und wird über den Druckgeber 15 gemessen. Der Kolbenhub S _K wird beispielsweise über den Motorsensor 8a, welcher insbesondere den Drehwinkel des Motors erfasst, gemessen. Das hydraulikvolumen wird entsprechend der Sollwerte entweder über das Trennventil TVl oder über TV2 in die Hydraulikkreise HLa und HLb gefördert. Fig . 1 entspricht z.B. einer Getriebesteuerung mit den Hydraulikreisen HLa und HLb, Stellzylindern 16a und 16b, welche einen Stelleingriff 17, z. B. Kupplungsbetätigung, bewirken. Zum Entkuppeln bewegt sich Kolben 18 zurück. In diesem Beispiel sind HLa und HLb geschlossene Hydraulikkreise. Durch zusätzliche (nicht gezeichnete) Ablassventile mit Verbindung zum Vorratsbehälter VB, kann unabhängig vom P _aU f in einem Hydraulikkreis der Druck reduziert werden (P _a b) -

In dem Fall, bei dem über ein Auslassventil Hydraulikmedium in den Vorratsbehälter VB abgelassen wird, fehlt bei der Rückbewegung des Kolbens 18 ent- sprechendes Volumen im Druckraum D. Dieses kann über das Saugventil SV wieder ergänzt werden. Der Motor ist über einen Shunt zur Spannungsmessung V mit der Batterie verbunden. Mit dem Sensor 8b wird der Phasenstrom im Motor gemessen. Der Batteriestrom kann über einen zusätzlichen Widerstand gemessen werden. Zusätzlich kann mit Sensor 8c die Temperatur des Motors oder im Druckraum gemessen werden. Anstelle des Batteriestroms kann auch der Phasenstrom im Motor gemessen werden.

Fig.la zeigt den zeitlichen Verlauf der wesentlichen Messgrößen Druck P, Durchflussmenge Q, Kolbenhub S _K und Strom I. Zum Zeitpunkt T _T erfolgt das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren, wobei die Ventile TVl und TV2 ge- schlössen werden und der Kolbenhub nicht weiter erhöht wird . Auch wird der Motorstrom I nicht weiter erhöht, so dass der Druck bei dem eingestellten Wert verbleiben sollte. Bewegt sich nun bei konstantem Druck oder Strom der Kolben, so ist dies ein Indiz, dass im Druckraum D und/oder in den Hydraulikleitungen oder den Ventilen TVl und TV2 eine Undichtheit besteht. Der Leck- fluss, auch wenn er klein ist, kann einfach über die Kolbenwegänderung bestimmt werden. Sollte zwischen T ₀ und T _T bereits eine Leckage vorliegen, so kann das geförderte Volumen und der Druck mit der Druck-Volumen-Kennlinie des vom Kolbenvolumen aktivierten Hydraulikkreises HLa oder HLb verglichen und ausgewertet werden. Zugleich kann der Strömungswiderstand im System gemessen werden. Ist z. B. im Schaltventil TVl oder einer Hydraulikleitung ein Schmutzteilchen, oder liegt eine erhöhte Kolbenreibung oder eine Störung im Stellantrieb vor, so macht sich dies in einem erhöhten Druck verglichen mit der Druck-Volumen-Kennlinie bemerkbar.

Zum Zeitpunkt Tb werden die Ventile TVl und TV2 kurzzeitig geschlossen, wodurch sich der Druck erhöht, was eine Stromerhöhung im Motor mit entsprechender Ansteuerung bewirkt. Ist aufgrund der Stromerhöhung der Spannungsabfall an der Batterie zu hoch, so ist die Batterie defekt und kann dann im Service detaillierter untersucht werden. Zum Zeitpunkt Te ist die Stellgröße am Anschlag.

Fig.2 zeigt ein komplexes zweikreisiges Bremssystem mit zweikreisiger Druckversorgung mit Doppelhubkolben. Dieses System ist in DE

102014117726 AI detailliert beschrieben. Die folgende Beschreibung umfasst mehr die Fehlerschwerpunkte und die Basis für die Diagnose. Dieses System kann für autonomes Fahren (AF) eingesetzt werden. Das System besteht aus drei Schwerpunkt-Komponenten, dem Tandemhauptzylinder THZ mit drei Druckräumen A, B, C und zwei Kolben 5 und Hilfskolben mit Stößel 4, einer Druckversorgung mit Doppelhubkolben und zwei Druckräumen D u. E., dem Motor 9 und Stator mit redundanter Statorwicklung (2 x 3-phasig) und Sensoren 8a- 8c, die bei der o.g . Redundanz der Wicklung ebenfalls redundant sind, sowie dem Temperatursensor 3. Das Bremssystem weist ferner eine Ventilschaltung für die Druckregelung von ABS, Auslassventile AVI, AV3, Schaltven- tile SV1 - SV4, die Steuerung der Druckversorgung mit Trennventil TV 1/2, das Bypassventil ShV und das Auslassventil PD3, Saugventile SV 1/2 und außerdem Steuerung THZ mit Wegsimulator über Einspeiseventil ESV und Weg- simulatorabschaltventil WA auf. Alle Ventile werden zur sogenannten Hydraulikeinheit HCU in einem Ventilblock zusammengefasst, wobei diese Ausgänge zur Verbindung mit den Radbremsen RB1- RB4 aufweist. Die Kolben werden mit Dichtungen Dl- D7 abgedichtet. Die Druckräume A und C sind mit dem Vorratsbehälter über Drosseln DR mit Rückschlagventilen RV und durchflussabhängigem Schaltventil verbunden. Alle Ventile und Dichtungen sind fehlerbehaftet und bedeuten bei Fehlfunktion einen Ausfall der Funktion oder des Bremskreises. Kritisch ist z. B. beim autonomen Fahren ein Ausfall des Bremskreises und der Druckversorgung, was gleichzeitig nicht zulässig ist. Bei Dichtungen unterscheidet man zwischen kleinen Undichtheiten oder auch Totalausfall, insbesondere bei höheren Drücken, mit großem Leckfluss.

Bei den verwendeten Ventilen besteht die Gefahr, dass trotz Filter im Ein- und Ausgang, sich Schmutz bei Durchfluss im Ventilsitz festsetzen kann, welcher die Ventilfunktion ausfallen lässt. Kritisch ist der Fall z. B. bei einem Auslassventil AV 1/2, bei dem ein Durchfluss aufgrund von Schmutzpartikeln stattfinden kann. Wird dieser nicht durch eine Diagnose zum Ende der Bremsung er- kannt, so kann bei der nächsten Bremsung der Bremskreis ausfallen. Dies ist ein Beispiel für einen schlafenden Fehler. Der Kolben kann aufgrund von Verschmutzungen oder Abnutzung oder Verkantungen Klemmen oder schwergängiger werden, was als durch das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren er- kannt wird.

All diese Fehler sollten in einer Diagnose erfasst werden. Die Wirksamkeit der Diagnose zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit AW wurde bereits erklärt.

Nachfolgend werden einige typische Fehler mit ihren Auswirkung erläutert: Ausfall Dl : Hilfskolben, Dichtungsausfall Dl hat Leckage in Fußraum zur Folge, daher nicht sicherheitskritisch, da der Niveaugeber im Vorats- behälter VB anspricht.

Diagnose D o.k. (soll bedeuten : es wird beim Diagnosezyklus voll geprüft.

Ausfall D2 : bewirkt Pedalstößeldurchfall; wird durch Pedalwegsensoren erkannt, Diagnose Dichtheit nicht möglich, nur im Service. Nicht relevant für autonomes Fahren. Nun ist hier mit RV/DR und VD/DR eine Lösung eingebaut, welche den Pedaldurchfall bei Ausfall der Dichtung D2 durch den Einbau der Drossel DR den Leckfluss stark reduziert. Die Drossel hat im Normalfall nur die Aufgabe des Druckausgleiches bei Temperaturwechsel. Daher kann diese auf kleine Durchflussmengen, z.B. 0,3 cm ³ /s ausgelegt werden. Die Drossel (Dr) ist für den Fall der Rückfallebene dimensioniert für Ausfall der Druckversorgung, z. B. Motor. Durch die Drossel kann z.B. ein Volumenverlust im THZ bei einer Abbremsung aus 100 km/h und 60 bar = 0,6 g von ca 20% auftreten, was noch die hohe Abbremsung ermöglicht und damit fehlerunkritisch ist. Dieses Leckvolumen kann bei der Diagnose auch gut erkannt werden. Ein höheres Leckvolumen entspricht dann einem Dichtungsausfall.

Eine spezielle Ausführung der Drossel ist das durchflussabhängige Schaltventil. Dieses stellt ein Rückschlagventil dar, welches bei größeren Durchflussmengen schließt, z. B. bei der Diagnose. Diese Lösung mit unterschiedlichen Durchflussmengen ist nicht vorteilhaft bei einem Fehler z. B. Ausfall der Druckversorgung während der Bremsung, z. B. Bordnetzausfall. Hier muss dann das Volumen ohne große zeitliche Verzögerung aus den Bremskreisen über das RV abfließen, wenn sich das Pedal und der Hilfskolben in der Ausgangsstellung befinden. Beim durchflussabhängigen Schaltventil erfolgt dies durch den größeren Querschnitt erheblich schneller als mit der Drossel.

Ausfall D3 bewirkt, dass bei normaler Bremsung Volumen V von Druckraum B in V einströmt, da entsprechender Druckunterschied vorliegt und das Wegsi- mulatorabschaltventil WA offen. Ein Ausfall wird durch zusätzliche Volumenförderung der Druckversorgung in der Diagnose während des Betriebes über die Druck-Volumen-Kennlinie (p-V-Kennlinie) erkannt. Außerdem im speziellen Diagnosezyklus, s. Fig. 3.

Ausfall D4 von SK- Kolben 5 Ausfall wird verhindert durch Drossel 1 wie beim Hilfskolben. Diagnose o.k., wenn in der Dichtung D4 Leckfluss > Leckfluss von Drossel.

Bei Dichtungen 4 und 5 im Normalbetrieb und beim autonomen Fahren ist ein Leckfluss ohne Auswirkung, da dieser weniger als 1% vom Druckversorg ungs- fördervolumen ausmacht. Anstelle von Drossel DR1 kann auch ein Magnetven- til MV eingesetzt werden, was jedoch mit einem erheblichen Mehraufwand verbunden wäre. Die DR/RV ist eine einfache Möglichkeit, die Auswirkung des Ausfalls der Dichtung zu reduzieren. Die Dichtungen D6 (zweimal) und D7 sind für eine zweikreisige, also redundante Druckversorgung ausgelegt. Mit D6 sind zwei Dichtungen mit dazwischen liegendem Leckkanal bezeichnet. Bei Ausfall eines Druckraumes D oder E ist die Redundanz durch den DHK gegeben. Bei Ausfall D oder dem entsprechenden Bremskreis ist nur noch ein reduziertes Fördervolumen durch die kleinere Kolbenfläche vorhanden, was aber immer noch ausreichend ist. Auch bei Ausfall des Bremskreises ist immer der zweite Kreis verfügbar.

Die Undichtigkeit des Doppelhubkolbens DHK oder Leckage einer der Dichtungen D6, D7 hat einen Verlust in der Volumenförderung zur Folge, der durch den Vergleich mit der Druck-Volumen-Kennlinie erkannt wird . Ebenso wird eine Erhöhung des Durchflusswiderstandes erkannt.

Der Ausfall des Druckgebers wird durch Plausibilität über den gemessenen Mo- torstrom erkannt. Der Ventilausfall des Trennventils (Undichtheit) TV1/2 mit Bypassventil ShV wird während der normalen Funktion über die Druck-Volumen-Kennlinie der Druckversorgung erfasst. Eine zusätzliche spezielle Diagnose kann im Testzyklus erfolgen. Die Fehlfunktion eines der Schaltventile SV1-4 inklusive der Auslassventile AVI, AV3 wird bei ABS oder ESP-Betrieb oder während eines Diag- nosezyklus erkannt. Der ESV-Ausfall wirkt wie D3, ebenso der Ausfall des Wegsimulatorabschaltventils.

Ein Bremskreisausfall kann innerhalb der Hydraulikeinheit durch undichte Ventile oder Druckgeber oder nicht gezeichnete Dichtungen zum THZ auftreten. Diese Ausfälle sind selten und haben eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit. Ergänzend sind die Undichtigkeiten außerhalb der Hydraulikeinheit erheblich höher. Hier sind die hydraulischen Anschlüsse von den Radzylindern zur HCU und Zwischenstücken von Leitung zur Bremsschlauch und auch Radzylinder mit entsprechenden Dichtungen betroffen. Diese Elemente haben eine wesentlich höhere Ausfallwahrscheinlichkeit. Deren Ausfall kann durch die Druck- Volumen-Kennlinie der Druckversorgung und anschließendem Schließen der SV erkannt werden. Nach Öffnung des Ventils SV kann wiederum über die Druck-Volumen-Kennlinie der Ausfall der Radleitung erkannt werden. Bei Ausfall einer Radleitung kann gegebenenfalls über ein Bremssystem mit Teilausfall BK und drei Radzylinder besser gebremst werden als mit zwei entsprechend einem vollen Bremskraftausfall. Die Diagnose mit logischer Erkennung des leckagebehafteten Radkreises erfolgt während der Bremsung und bedingt eine Verzugszeit für den P _auf der intakten Radzylinderleitungen.

Zusammenfassung :

Alle fehlerbehafteten Komponenten werden teilweise während der aktiven Be- tätigung der Bremse beim Druckaufbau P _aUf (Test I) durch Funktionsdiagnose, Vergleich mit p-V-Kennfeld oder auch durch Schalten der Ventile überwacht oder im speziellen Diagnosezyklus getestet, z. B. bei Fahrzeugstillstand . Damit wird die Dichtheit, der Strömungswiderstand und Schalten auf/zu der Ventile in relativ kurzem Zeitabstand erkannt. Von Bedeutung ist, dass die zweikreisi- ge Druckversorgung mit redundanter Statorwicklung und entsprechender An- Steuerung einen gleichzeitigen Ausfall von Bremskreis und Druckversorgung vermeidet.

Auch können die aufgeführten schlafenden Fehler vorteilhaft vermieden werden.

Fig.3 Zeigt vereinfacht den zeitlichen Ablauf von möglichen Diagnosezyklen. Hier setzen die Diagnosezyklen nach dem Druckabbau P _a b auf ca. 10-20 bar bei Zyklus I, T ₀ i - Ti ein.

In dieser Phase T ₀ bis T ₀ i wird im Wesentlichen die Volumenaufnahme mit zugehörigem Druck in einer Plausibilitätsprüfung auf Basis der Druck-Volumen- Kennlinie (P-V) oder auch Kennfeld ausgewertet. Das Ergebnis zeigt die Entlüf- tung aller Hydraulikkreise, bei zeitlicher Veränderung der P-V-Kennlinie auch Undichtheiten mit größeren Leckagen. Vorteil eines Brake-by-wire-Systems ist, dass kleinere Leckagen von der Druckquelle ausgeglichen werden. Die kleineren Leckagen werden in den folgenden Testzyklen erfasst. Diese sind relevant für die Rückfallebene, wenn die Druckquelle ausfällt, da dies bei ei- nem undichten Bremskreis verkehrsgefährdend wäre.

Der Diagnosezyklus I erfasst nach Tl die Dichtheit im Druckraum A und B und der Dichtungen in den beiden Bremskreisen. Dabei ist das Einspeiseventil ESV geschlossen, sodass der Hilfskolbenkreis abgetrennt ist. Der Druck im HiKo geht daher entsprechend der Pedalbewegung gegen 0. Die Dichtheit wird nun über den Druckabfall oder vorzugsweise über die Kolbenbewegung SK gemessen. Hierbei wird vorzugsweise der Strom um 10-20% erhöht, um die Reibung am Kolben und des Kugelgewindetriebes KGT auszugleichen. Die Stromregelung mit Strommessung kann weiter verbessert werden, indem die Steuerung des Stromes aus einem Kennfeld entnommen wird, indem beispielsweise die Zusammenhänge der Parameter Motorstrom, Reibung, Kolbenverstellgeschwindigkeit und/oder Kolbenbeschleunigung bzw. Drehbeschleunigung des Ankers, erfasst sind . Die zeitliche Kolbenbewegung bei konstantem Strom oder konstantem Druck, ist ein Maß für die Dichtheit oder Leckfluss Ql .

Der Diagnosezyklus II erfolgt nach T ₂ . Dabei ist es wichtig, dass der entsprechende Radkreis über das entsprechende SV-Ventil abgetrennt ist. Dies ist zur Vermeidung von schlafenden Fehlern notwendig . Hier wird der Druck über die Druckversorgung geringfügig, um ca. 5 bar erhöht, so dass eine Druckdifferenz zu den Raddrücken entsteht. Die Messung der Dichtheit der Schaltventile SV erfolgt wie bei Diagnosezyklus Ia über Messung der Druckänderung oder der Kolbenposition SK. Der Diagnosezyklus III beginnt bei T ₃ und erfasst die Dichtheit des Hilfskolbens HiKo im Kreis C. Hierzu wird das Einspeiseventil geöffnet, wodurch sich der Druck im Druckraum A und B durch die kleine Volumenaufnahme im

Druckraum C reduziert. Hier erfolgt eine kleine nicht dargestellte Volumenänderung durch den Leckfluss QD, durch die Drossel DR2, da in der Ausgangs- Stellung des Hilfskolbens das Schnüffelloch offen ist und somit eine Verbindung zum Vorratsbehälter VB besteht. Dasselbe gilt auch für den Diagnosezyklus I. Eine größere Undichtheit als QD wird erkannt. Soll anstelle des Drl/ RV das durchflussabhängige Schaltventil eingesetzt werden, so muss über die Druckversorgung kurzzeitig eine entsprechende Fördermenge zum Schließen von VD geliefert werden. (Nicht gezeichnet in der vereinfachten Darstellung).

Der Diagnosezyklus IV beginnt bei T ₄ , und erfasst die Dichtheit edes Trennventils TV1 und des Bypassventils ShV. Hierzu wird der Doppelhubkolben langsam bewegt, wobei gleichzeitig das Ventil P03 offen ist, so dass im Druckraum E Unterdruck entsteht. Bei Undichtheit erfolgt eine Druckänderung in den Druckräumen A-C.

Diese Diagnosezyklen können mit speziellen Zyklen zur Prüfung von spezifischen Komponenten erweitert werden. Auch können die Zyklen geordnet werden in Fahrzeugstopp CSC, Parkstopp PSC oder Service, abhängig vom Risiko und Fehlersicherheit. 1 Pedalstößel

2 Kolbenplatte

3 a/b Pedalwegsensoren

4 Stößel

5 SK- Kolben

6 Kolbenrückstellfeder

7 THZ- Gehäuse

8a Motorsensor

8b Motorstromsensor

8c Temperatursensor

9 Motor

10 Spindel

11 Gehäuse

12 SK- Anschlag

13 Kugel von Rückschlagventil

14 Rückstellfeder

15 Druckgeber

16 Stellzylinder

16a Stellzylinder

17 Stelleingriff

18 Plungerkolben

19 Stator mit 2 x 3-phasiger Wicklung

20 Leckkanal

A,B,C Druckräume

AV 1/3 Auslassventile

AF autonomes Fahren

B Batterie

BK I-II Bremskreise

D1-D8 Dichtungen

DHK Doppelhubkolben

DR1 Drossel 1

DR2 Drossel 2 DV Druckversorgung

ESV Einspeiseventil

HCU Hydraulikeinheit

HiKo Hilfskolben

HL 1/2 Hydraulikleitung Bremskreis 1 und 2

HL 11/12 Hydraulikleitung der Druckversorgung

P _auf Druckaufbau

P _ab Druckabbau

PD3 Auslassventil

RB 1-4 Radbremse

RF Rückstellfeder

ShV Bypassventil

Sik Sicherheitskritisch

SK Kolbenbewegung

SV 1-4 Schaltventil

SV Saugventil

TV 1/2 Trennventil

V Spannung

VB Vorratsbehälter

VD durchflussabhängiges Schaltventil

WA Wegsimulatorabschaltventil