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Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage.
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Aus der
DE 10 2013 223 859 A1 ist eine Bremsanlage mit hydraulisch betätigbaren Radbremsen und einer mittels eines Bremspedals betätigbaren Simulationseinrichtung, wobei keine mechanische und/oder hydraulische Wirkverbindung zwischen dem Bremspedal und den Radbremsen vorgesehen ist. Es ist eine einzige elektrisch steuerbare Druckquelle mit einem Stufenkolben und zwei Dichtelementen vorgesehen, um eine erhöhte Verfügbarkeit der Bremsanlage zu erreichen.
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Aus der
DE 10 2013 217 954 A1 ist eine Bremsanlage mit zwei elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung und einem Kreistrennventil bekannt, wobei für eine rein mechanisch/hydraulische Rückfallebene ein Bremspedal-betätigter Hauptbremszylinder vorhanden ist, welcher mit den Radbremsen verbunden ist. Eine Simulationseinrichtung ist mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbunden. Die Druckbereitstellungseinrichtungen sind beide als ein Linearaktuator ausgebildet, in welchem ein Bremsdruck durch Vor- und Zurückfahren eines Kolbens mittels eines Elektromotors mit nachgeschaltetem Rotations-Translations-Getriebe eingestellt wird. Sollte in dem Linearaktuator bzw. dessen Ansteuerung u.ä. ein systematischer Fehler bzw. Schwachstelle vorliegen, so besteht ein relativ hohes Risiko, dass beide Linearaktuatoren gleichzeitig ausfallen könnten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine für das hochautomatisierte Fahren geeignete Bremsanlage bereitzustellen, welche einfach aufgebaut und kostengünstig ist, aber welche die für das hochautomatisierte Fahren notwendige, möglichst hohe Verfügbarkeit bietet. Insbesondere soll auf einen Bremspedal-betätigten Hauptbremszylinder verzichtet werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsanlage gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15 gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug vorzusehen mit einer Simulationseinrichtung, einer ersten elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, die über ein Trennventil mit einer Bremsversorgungsleitung trennbar hydraulisch verbunden ist, an welche die Radbremsen über jeweils eines der Einlassventile angeschlossen sind, und einer zweiten elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, die mit der Bremsversorgungsleitung hydraulisch verbunden ist, wobei in der Bremsversorgungsleitung ein elektrisch betätigbares Kreistrennventil derart angeordnet ist, dass bei geschlossenem Kreistrennventil die Bremsversorgungsleitung in einen ersten Leitungsabschnitt und einen zweiten Leitungsabschnitt hydraulisch getrennt ist, wobei der erste Leitungsabschnitt mit zwei der Einlassventile hydraulisch verbunden ist und der zweite Leitungsabschnitt mit den übrigen Einlassventilen hydraulisch verbunden ist, und wobei die zweite Druckbereitstellungseinrichtung mit dem ersten Leitungsabschnitt hydraulisch verbunden ist und die erste Druckbereitstellungseinrichtung über das Trennventil mit dem zweiten Leitungsabschnitt hydraulisch verbunden ist, wobei die zweite Druckbereitstellungseinrichtung einen Sauganschluss und einen Druckanschluss umfasst und zur Einstellung oder Regelung des von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung bereitgestellten Druckes ein Überströmventil vorgesehen ist, über welches der Druckanschluss mit dem Sauganschluss hydraulisch verbunden ist. Das Überströmventil ist also sozusagen der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung parallel geschaltet.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass auch nach einem schwerwiegenden Fehler, wie einem Ausfall einer der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtungen, die wichtigsten Bremsfunktionen autonom bzw. durch eine Autopilotfunktion durchgeführt werden können, insbesondere Verzögerung aufzubauen, die Blockierreihenfolge der Fahrzeugachsen einzuhalten und ein Destabilisieren bei hohen Verzögerungen zu verhindern, sowie die Lenkbarkeit aufrechtzuerhalten. Hierzu sind radindividuelle und zumindest bremskreisindividuelle Drücke notwendig sowie das Einstellen von jeweiligen präzisen Bremsdruckverläufen inkl. Druckaufbau, Druckabbau und Druckhalten. Die Bremsanlage ist somit zur Realisierung von hochautomatsierten Fahrfunktionen besonders geeignet. Eine Rückfallebene mit einem fahrerbetätigten Hauptbremszylinder ist daher nicht notwendig.
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Bevorzugt ist der Druckanschluss der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung mit dem ersten Leitungsabschnitt verbunden.
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Bevorzugt umfasst die Bremsanlage einen, insbesondere unter Atmosphärendruck stehenden, Druckmittelvorratsbehälter. Besonders bevorzugt ist der Sauganschluss der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden.
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Bevorzugt ist das Überströmventil in einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckanschluss der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung bzw. dem ersten Leitungsabschnitt und dem Druckmittelvorratsbehälter angeordnet.
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Neben den radbremsindividuellen Einlassventilen umfasst die Bremsanlage bevorzugt ein elektrisch betätigbares Auslassventil je Radbremse. Mittels des Auslassventils ist die zugeordnete Radbremse mit dem, insbesondere unter Atmosphärendruck stehenden, Druckmittelvorratsbehälter verbunden, um einen radindividuellen Druckabbau an der Radbremse durch Öffnen des Auslassventils zu ermöglichen, insbesondere bei einer Druckbereitstellung durch die zweite Druckbereitstellungseinrichtung. Besonders bevorzugt sind die Auslassventile über eine gemeinsame hydraulische Verbindung mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden. Besonders bevorzugt werden die radindividuellen Bremsdrücke aus einem Bremsversorgungsdruck in der Bremsversorgungsleitung abgeleitet, wobei in einem nicht angesteuerten Zustand die Einlassventile den Bremsversorgungsdruck zu den Radbremsen weiterleiten und die Auslassventile ein Abströmen von Druckmittel aus den Radbremsen sperren.
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Das Überströmventil ist bevorzugt stromlos geschlossen ausgeführt, um ein Abfließen von Druckmittel über das Überströmventil in den Druckmittelvorratsbehälter, z.B. bei einem Druckaufbau mittels der ersten Druckbereitstellungseinrichtung, zu verhindern, ohne dass eine Ansteuerung / ein Schalten des Überströmventils notwendig ist. So kann auf ein weiteres Trennventil verzichtet werden, über welches die zweite Druckbereitstellungseinrichtung mit der Bremsversorgungsleitung bzw. dem ersten Leitungsabschnitt trennbar hydraulisch verbunden ist. Das Überströmventil ist besonders bevorzugt analog regelbar ausgeführt, um eine präzise Druckstellung mittels der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung, z.B. bei Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung, zu ermöglichen.
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Um Strömungswiderstände zu vermeiden, ist die zweite Druckbereitstellungseinrichtung bevorzugt direkt mit dem ersten Leitungsabschnitt hydraulisch verbunden. Dies bedeutet, dass kein elektrisch betätigbares Ventil hydraulisch zwischen der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung bzw. deren Druckanschluss und dem ersten Leitungsabschnitt angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist gar kein Ventil zwischen der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung bzw. deren Druckanschluss und dem ersten Leitungsabschnitt angeordnet.
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Die Bremsanlage umfasst eine Simulationseinrichtung zur Vermittlung eines Bremspedalgefühls an einen Fahrzeugführer. Bevorzugt wird die Simulationseinrichtung mittels eines Bremspedals betätigt und es ist keine mechanische und/oder hydraulische Wirkverbindung zwischen dem Bremspedal und den Radbremsen vorgesehen. Besonders bevorzugt umfasst die Simulationseinrichtung einen Kolben, welcher mechanisch, z.B. über eine Druckstange, mit dem Bremspedal verbunden und gekoppelt ist, d.h. welcher direkt mit dem Bremspedal verbunden ist.
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Die Simulationseinrichtung ist bevorzugt mit keiner der Radbremsen hydraulisch verbunden. Die Bremsanlage umfasst bevorzugt keinen bremspedalbetätigbaren Hauptbremszylinder, der mit einer der Radbremsen verbunden ist.
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Bevorzugt umfasst die Bremsanlage hydraulisch betätigbare Radbremse für vier Räder, die auf eine erste Fahrzeugachse und eine zweite Fahrzeugachse verteilt sind. Besonders bevorzugt sind die mit dem ersten Leitungsabschnitt verbundenen Radbremsen der ersten Fahrzeugachse, vorteilhafterweise der Vorderachse, und die mit dem zweiten Leitungsabschnitt verbundenen Radbremsen der zweiten Fahrzeugachse, vorteilhafterweise der Hinterachse, zugeordnet.
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Bevorzugt wird die zweite Druckbereitstellungseinrichtung durch eine Kolbenpumpe gebildet, besonders bevorzugt durch eine Radial-Kolbenpumpe. Diese langjährig in Kraftfahrzeugbremsanlagen erprobte und optimierte Pumpenart kann in der Bremsanlage eingesetzt werden, da mittels des Überströmventils eine Druckbegrenzung oder ein Druckabbau mit ausreichender Schnelligkeit und Präzision durchgeführt werden kann, um die oben genannten wichtigsten Bremsfunktionen bei einem Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung bereitstellen zu können. Kolbenpumpen sind kostengünstig herstellbar und basieren auf bekannten Technologien, so dass ihr Einsatz auch ein sehr geringes Entwicklungsrisiko für die Bremsanlage darstellt.
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Bevorzugt wird die zweite Druckbereitstellungseinrichtung durch eine Kolbenpumpe gebildet, während die erste Druckbereitstellungseinrichtung durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator betätigbar ist, wobei der Kolben zum Druckaufbau mittels des elektromechanischen Aktuators vorgefahren und zum Druckabbau mittels des elektromechanischen Aktuators zurückgefahren wird. Da erste und zweite Druckbereitstellungseinrichtung eine komplementäre Technologie verwenden, wird das Risiko eines gleichzeitigen Ausfalls beider Druckbereitstellungseinrichtungen auf Grund eines systematischen Fehlers verringert.
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Bevorzugt ist das Kreistrennventil stromlos offen ausgeführt. So können alle Radbremsen ohne Bestromen/Schalten des Kreistrennventils von der ersten oder der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung mit einem Druck beaufschlagt werden. Die Bremsanlage kann jedoch, z.B. im Falle einer Leckage, durch Schließen des Kreistrennventils in einen ersten hydraulischen Bremskreis und einen zweiten hydraulischen Bremskreis getrennt werden. Der erste hydraulische Bremskreis umfasst die zweite Druckbereitstellungseinrichtung mit dem Überströmventil, den ersten Leitungsabschnitt, sowie zwei der Radbremsen mit den zugehörigen zwei Einlassventilen. Der zweite hydraulische Bremskreis umfasst die erste Druckbereitstellungseinrichtung, das Trennventil, den zweiten Leitungsabschnitt sowie die anderen Radbremsen mit den zugehörigen Einlassventilen.
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Bevorzugt wird der Druckmittelstand des Druckmittelvorratsbehälters mittels einer Messvorrichtung erfasst, um eine Leckage erkennen zu können und ggf. eine Kreistrennung vorzunehmen.
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Das Trennventil ist bevorzugt stromlos offen ausgeführt. So können die Radbremsen ohne Bestromen/Schalten des Trennventils von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung mit einem Druck beaufschlagt werden. Im Falle eines Ausfalls der ersten Druckbereitstellungseinrichtung kann, insbesondere zur Verhinderung eines Druckmittelvolumenverlusts, die erste Druckbereitstellungseinrichtung durch Schließen des Trennventils hydraulisch von der Bremsversorgungsleitung getrennt werden.
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Die erste Druckbereitstellungseinrichtung wird bevorzugt durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator betätigbar ist, wobei der Druckraum in einem unbetätigten Zustand des Kolbens über zumindest ein Schnüffelloch und eine Leitung mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist, wobei diese Verbindung bei einer Betätigung des Kolbens getrennt wird. Eine solche Zylinder-Kolben-Anordnung kann einen Bremsdruckverlauf durch Vor- und Zurückfahren des Kolbens mittels des elektromechanischen Aktuators mit hoher Dynamik und Präzision zur Verfügung stellen. Besonders bevorzugt umfasst der elektromechanische Aktuator einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten Rotations-Translations-Getriebe.
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Besonders bevorzugt umfasst die erste Druckbereitstellungseinrichtung einen einzigen Druckraum, wobei der Druckraum über genau ein Trennventil, nämlich das Trennventil, mit der Bremsversorgungsleitung trennbar verbunden ist.
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Die Bremsanlage umfasst bevorzugt eine erste elektronische Vorrichtung, mittels welcher die erste Druckbereitstellungseinrichtung angesteuert wird, und eine zweite elektronische Vorrichtung, mittels welcher die zweite Druckbereitstellungseinrichtung angesteuert wird. Dabei ist die zweite elektronische Vorrichtung von der ersten elektronischen Vorrichtung elektrisch unabhängig, so dass ein elektrischer oder elektronischer Fehler in einer der elektronischen Vorrichtungen nicht zu einem Ausfall beider elektronischer Vorrichtungen führt.
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Die zwei elektronischen Vorrichtungen sind voneinander elektrisch unabhängig in dem Sinne, dass ein Ausfall der ersten elektronischen Vorrichtung keinen Ausfall der zweiten elektronischen Vorrichtung bewirkt und umgekehrt, d.h. die beiden elektronischen Vorrichtungen sind galvanisch getrennt.
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Bevorzugt wird die erste elektronische Vorrichtung von einer ersten elektrischen Energieversorgung versorgt oder umfasst eine erste elektrische Energieversorgung. Die zweite elektronische Vorrichtung wird von einer zweiten elektrischen Energieversorgung versorgt oder umfasst eine zweite elektrische Energieversorgung. Dabei ist die erste elektrische Energieversorgung von der zweiten elektrischen Energieversorgung unabhängig.
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Die beiden elektronischen Vorrichtungen können in einem gemeinsamen Gehäuse oder auf einer gemeinsamen Leiterplatte, z.B. in einer gemeinsamen elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU), angeordnet sein. Alternativ können die beiden elektronischen Vorrichtungen in zwei getrennten Gehäusen oder auf zwei getrennten Leiterplatten, z.B. in zwei elektronischen Steuer- und Regeleinheiten, angeordnet sein.
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Die erste elektronische Vorrichtung ist zur Betätigung bzw. Ansteuerung der ersten Druckbereitstellungseinrichtung ausgebildet. Bevorzugt wird die erste Druckbereitstellungseinrichtung auch von der ersten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt. Entsprechend wird mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung die zweite Druckbereitstellungseinrichtung betätigt bzw. angesteuert. Bevorzugt wird die zweite Druckbereitstellungseinrichtung auch von der zweiten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt.
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Das Überströmventil und das Trennventil werden bevorzugt mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. mit elektrischer Energie versorgt. So sind bei einem Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung oder der ersten elektronischen Vorrichtung oder der ersten Energieversorgung ein hydraulisches Abtrennen der ersten Druckbereitstellungseirichtung sowie eine Druckregelung des von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung für die Radbremsen bereitgestellten Bremsdruckes möglich, indem mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung das Trennventil geschlossen, die zweiten Druckbereitstellungseirichtung betätigt und das Überströmventil angesteuert werden. Das Überströmventil und das Trennventil werden besonders bevorzugt ausschließlich mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. betätigt, um auf kostenintensivere, doppelt ansteuerbare Ventile zu verzichten.
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Die Einlassventile, und falls vorhanden die Auslassventile, werden bevorzugt mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. mit elektrischer Energie versorgt. So können bei einem Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung oder der ersten elektronischen Vorrichtung oder der ersten Energieversorgung dennoch radindividuelle Bremsdruckverläufe mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung angestellt werden. Die Einlassventile, und falls vorhanden die Auslassventile, werden besonders bevorzugt ausschließlich mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. betätigt, um auf kostenintensivere, doppelt ansteuerbare Ventile zu verzichten.
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Die Bremsanlage umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Raddrehzahlsensor für jedes einer Radbremse zugeordnete Rad oder ist mit solchen verbunden. Dabei werden die Raddrehzahlsensoren bevorzugt mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt und/oder ausgewertet. So stehen bei einem Ausfall der ersten elektronischen Vorrichtung die zur radindividuellen Bremsdruckregelung notwendigen Raddrehzahlen der zweiten elektronischen Vorrichtung zur Verfügung. Besonders bevorzugt werden die Raddrehzahlsensoren ausschließlich mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt und/oder ausgewertet. So werden redundante Raddrehzahlsensoren und die zugehörigen Signalverbindungen zur ersten elektronischen Vorrichtung eingespart.
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Das Kreistrennventil wird bevorzugt mittels der ersten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. mit elektrischer Energie versorgt. So können bei einem Ausfall der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung oder der zweiten elektronischen Vorrichtung oder der zweiten Energieversorgung dennoch bremskreisindividuelle (d.h. bremskreisweise unterschiedliche) Bremsdruckverläufe angestellt werden, indem mittels der ersten elektronischen Vorrichtung die erste Druckbereitstellungseirichtung und das Kreistrennventil betätigt werden. Die bremskreisweise unterschiedlichen Bremsdrücke werden nach einem Bremskreis-Multiplex-Verfahren eingestellt. Bei entsprechender Zuordnung der Radbremsen zu den Achsen des Kraftfahrzeugs sind mittels des Kreistrennventils achsindividuelle Bremsdruckverläufe und ein achsweises Blenden möglich.
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Das Kreistrennventil wird besonders bevorzugt ausschließlich mittels der ersten elektronischen Vorrichtung angesteuert bzw. betätigt bzw. mit elektrischer Energie versorgt, um auf ein kostenintensiveres, doppelt ansteuerbares Ventil zu verzichten.
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Die Bremsanlage umfasst gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Fahrdynamik-Sensorik oder mit einer solchen verbunden. Die Fahrdynamik-Sensorik umfasst besonders bevorzugt zumindest eine Messeinrichtung zur Erfassung einer oder mehrerer der folgenden Größen: Längsbeschleunigung, insbesondere Fahrzeuglängsbeschleunigung; Querschleunigung, insbesondere Fahrzeugquerbeschleunigung; Gierrate; Lenkwinkel. Dabei wird die Fahrdynamik-Sensorik bevorzugt mittels der ersten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt und/oder ausgewertet. So stehen bei einem Ausfall der zweiten elektronischen Vorrichtung die zur bremskreisindividuellen Bremsdruckregelung und Aufrechterhaltung der Stabilität notwendigen fahrdynamischen Größen der ersten elektronischen Vorrichtung zur Verfügung. Die Fahrdynamik-Sensorik wird besonders bevorzugt ausschließlich mittels der ersten elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie versorgt und/oder ausgewertet. So werden redundante Sensoren/Messeinrichtungen und die zugehörigen Signalverbindungen zur zweiten elektronischen Vorrichtung eingespart.
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Die erfindungsgemäße Bremsanlage ist vom Typ „Brake-by-wire“. Bevorzugt umfasst die Simulationseinrichtung zur Fahrerwunscherfassung einen ersten, vorzugsweise redundant ausgeführten, Sensor zur Erfassung einer ersten physikalischen Größe, welche den Bremswunsch des Fahrzeugführers charakterisiert, und einen zweiten, vorzugsweise redundant ausgeführten, Sensor zur Erfassung einer anderen, zweiten physikalischen Größe, welche den Bremswunsch des Fahrzeugführers charakterisiert. Die erste Größe kann ein Weg und die zweite Größe ein Druck oder eine Kraft sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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Bevorzugt werden bei einem Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung oder der ersten elektronischen Vorrichtung oder der ersten Energieversorgung das Trennventil geschlossen, mittels der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung ein Druckaufbau durchgeführt und mittels der Einlassventile (6a-6d), und falls vorhanden der Auslassventile, und des Überströmventils radindividuelle Bremsdrücke an den Radbremsen eingestellt. Dies wird besonders bevorzugt mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung durchgeführt, welche die zweite Druckbereitstellungseinrichtung sowie die Einlassventile, das Trennventil und das Überströmventil, und falls vorhanden die Auslassventile, ansteuert bzw. betätigt.
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Bevorzugt werden bei einem Ausfall der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung oder der zweiten elektronischen Vorrichtung oder der zweiten Energieversorgung mittels der erste Druckbereitstellungseinrichtung ein Druckaufbau durchgeführt und mittels des Kreistrennventils für den ersten und den zweiten Leitungsabschnitt individuelle, d.h. bremskreisindividuelle, Bremsdrücke an den Radbremsen eingestellt. Dies wird besonders bevorzugt mittels der ersten elektronischen Vorrichtung durchgeführt, welche die erste Druckbereitstellungseinrichtung sowie das Kreistrennventil ansteuert bzw. betätigt.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Figur.
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Es zeigt schematisch
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug mit vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen 8a-8d schematisch dargestellt. Beispielsgemäß ist die Radbremse 8a dem linken Vorderrad (FL), die Radbremse 8b dem rechten Vorderrad (FR), die Radbremse 8c dem linken Hinterrad (RL) und die Radbremse 8d dem rechten Hinterrad (RR) zugeordnet. Die Radbremsen 8a, 8b sind also der Vorderachse VA und die Radbremsen 8c, 8d der Hinterachse HA zugeordnet. Andere Zuordnungen der Radbremsen 8a-8d zu den Rädern (FL, FR, RL, RR) sind denkbar.
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Die Bremsanlage umfasst eine mittels eines Bremspedals 1 betätigbare Simulationseinrichtung 3, eine erste elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, eine zweite elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 2, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, und radindividuelle Bremsdruckmodulationsventile, welche beispielsgemäß als ein Einlassventile 6a-6d und ein Auslassventile 7a-7d je Radbremse 8a-8d ausgeführt sind. Weiterhin ist beispielsgemäß eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 vorgesehen zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten der Bremsanlage, zur Energieversorgung von elektrischen Komponenten der Bremsanlage und/oder zur Auswertung von Signalen von Sensoren der Bremsanlage oder von Umgebungssensoren.
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Simulationseinrichtung 3 weist in einem Gehäuse einen Simulatorkolben 31 auf, welcher sich durch ein in einer Simulatorrückkammer 30 angeordnetes elastisches Element 33 (z.B. Simulatorfeder) am Gehäuse abstützt. Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des Simulatorkolbens 31, dessen Betätigungsweg von einem vorzugsweise redundant ausgeführten Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch eines Fahrzeugführers. Zur Fahrerwunscherfassung ist ein weiterer Sensor 20 vorgesehen, der eine von dem Kolbenweg des Simulatorkolbens 31 unabhängige physikalische Größe, welche den Bremswunsch des Fahrzeugführers charakterisiert, erfasst. Dies kann z.B. ein Kraftsensor oder ein Drucksensor sein.
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Die erste elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung (bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator (Linearaktuator)) ausgebildet, deren Kolben 36 von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes 39 betätigt wird, insbesondere vor- und zurückgefahren werden kann, um einen Druck in einem Druckraum 37 auf- und abzubauen. Der Kolben 36 begrenzt den Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5. Zur Ansteuerung des Elektromotors ist ein die Rotorlage des Elektromotors 35 erfassender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor 44 vorgesehen.
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An den Druckraum 37 der ersten elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist ein Systemdruckleitungsabschnitt 38 angeschlossen. Leitungsabschnitt 38 ist über ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, Trennventil 26 mit einer Bremsversorgungsleitung 13 verbunden, über welche die Eingangsanschlüsse aller Einlassventile 6a-6d mit dem Druckraum 37 der ersten elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbunden sind. Durch das Trennventil 26 kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 37 bzw. der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 5 und der Bremsversorgungsleitung 13 (und damit den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a-6d) gesteuert geöffnet und abgesperrt werden.
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Beispielsgemäß ist Druckraum 37 in einem unbetätigten Zustand des Kolbens 36 über ein oder mehrere Schnüffellöcher und eine Leitung 42 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Diese Verbindung zwischen Druckraum 37 und Leitung 42 bzw. Druckmittelvorratsbehälter 4 wird bei einer (ausreichenden) Betätigung des Kolbens 36 in Druckaufbaurichtung (nach rechts in 1) getrennt.
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Die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist ein high-Performance Drucksteller, der in der fehlerfreien Bremsanlage die Normalbremsfunktion mit höchstem Komfort und höchster Dynamik realisiert.
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Die zweite elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 2 ist vorteilhafterweise als eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe, ausgeführt. Sie besitzt einen Sauganschluss 23, welcher über eine hydraulische Verbindung 41 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung steht, und einen Druckanschluss 27. Der Druckanschluss 27 der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 ist mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden, so dass die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a-6d mit dem Druckanschluss 27 der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 verbunden sind. Zwischen dem Druckanschluss 27 und der Bremsversorgungsleitung 13 ist beispielsgemäß kein Ventil (z.B. weiteres elektrisch betätigbares Trennventil) angeordnet.
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Der Radialkolbenpumpe 2 ist ein Überströmventil 32 zugeordnet, dessen Ansteuerung eine Druckbegrenzung und Druckabbau realisieren kann. Hierzu ist der Druckanschluss 27 der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 über das Überströmventil 32 mit dem Sauganschluss 23 und damit mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Das Überströmventil 32 ist beispielsgemäß stromlos geschlossen und analog regelbar ausgeführt. Mittels des Überströmventils 32 kann der von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 für die Radbremsen bereitgestellte Druck begrenzt oder abgebaut werden.
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Die Bremsanlage umfasst, wie bereits erwähnt, je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8a-8d ein Einlassventil 6a-6d und ein Auslassventil 7a-7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremse 8a-8d angeschlossen sind. Den Einlassventilen 6a-6d ist jeweils ein zu der Bremsversorgungsleitung 13 hin öffnendes, nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil parallel geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a-7d sind über eine gemeinsame Rücklaufleitung 14 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Die Eingangsanschlüsse aller Einlassventile 6a-6d können mittels der Bremsversorgungsleitung 13 mit einem Druck versorgt werden, der von der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 5 oder, z.B. bei Ausfall der der ersten Druckbereitstellungseinrichtung, von der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 bereitgestellt wird.
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In der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein elektrisch betätigbares, vorteilhafterweise stromlos offenes Kreistrennventil 40 angeordnet, durch welches die Bremsversorgungsleitung 13 in einen ersten Leitungsabschnitt 13a, welcher mit der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 verbunden ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 13b, welcher (über das Trennventil 26) mit der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbunden ist, getrennt werden kann. Dabei ist der erste Leitungsabschnitt 13a mit zwei der Einlassventile, nämlich den Einlassventilen 6a und 6b, hydraulisch verbunden und der zweite Leitungsabschnitt 13b ist mit den übrigen Einlassventilen, nämlich den Einlassventilen 6c und 6d, hydraulisch verbunden. Durch Schließen des Kreistrennventils 40 wird die Bremsanlage somit hydraulisch in zwei (Teil)Bremskreise I und II aufgetrennt oder aufgeteilt. Dabei ist im ersten Bremskreis I die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 2 mit nur noch den Radbremsen 8a und 8b verbunden, und im zweiten Bremskreis II die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 mit nur noch den Radbremsen 8c und 8d verbunden.
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Die Bremsanlage umfasst je Bremskreis I bzw. II einen Drucksensor 19. Dieser ist bevorzugt vor einer der Radbremsen, beispielsgemäß den Radbremsen 8a und 8d, angeordnet.
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Beispielsgemäß umfasst die Bremsanlage zur Leckageüberwachung eine Pegelmesseinrichtung 50 zur Bestimmung eines Druckmittel-Pegels in dem Druckmittelvorratsbehälter 4.
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Jedem Rad ist außerdem beispielsgemäß ein Raddrehzahlsensor 10a-10d zugeordnet, welche z.B. für Antiblockierregelfunktionen (ABS) benötigt werden.
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Die Bremsanlage ist weiterhin mit einer Fahrdynamik-Sensorik 60 verbunden oder umfasst eine solche. Die Fahrdynamik-Sensorik 60 umfasst zumindest eine Messeinrichtung zur Erfassung einer oder mehrerer der folgenden Größen:
- • Längsbeschleunigung, insbesondere Fahrzeuglängsbeschleunigung
- • Querschleunigung, insbesondere Fahrzeugquerbeschleunigung
- • Gierrate
- • Lenkwinkel
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Der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist zu deren Ansteuerung eine erste Elektronik oder erste elektronische Vorrichtung B zugeordnet. Die elektronische Vorrichtung B ist beispielsgemäß Teil der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 12, sie kann aber auch als eine separate Einheit oder elektronische Steuer- und Regeleinheit ausgeführt sein.
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Der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 ist zu deren Ansteuerung eine zweite Elektronik oder zweite elektronische Vorrichtung A zugeordnet. Die elektronische Vorrichtung A ist beispielsgemäß Teil der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 12, sie kann aber auch als eine separate Einheit oder elektronische Steuer- und Regeleinheit ausgeführt sein.
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Dabei ist die zweite elektronische Vorrichtung A von der ersten elektronischen Vorrichtung B elektrisch unabhängig.
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Die erste elektronische Vorrichtung B wird von einer ersten elektrischen Energiequelle bzw. Energieversorgung versorgt oder umfasst diese. Die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 wird ebenfalls von der ersten elektrischen Energiequelle bzw. Energieversorgung mit Energie versorgt. Der Einfachheit wegen wird beispielsgemäß die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 über die erste elektronische Vorrichtung B mit Energie (von der ersten elektrischen Energiequelle) versorgt. Die erste elektrische Energiequelle ist z.B. ein erstes Bordnetz.
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Die zweite elektronische Vorrichtung A wird von einer zweiten elektrischen Energiequelle bzw. Energieversorgung versorgt oder umfasst diese. Die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 2 wird ebenfalls von der zweiten elektrischen Energiequelle bzw. Energieversorgung versorgt. Der Einfachheit wegen wird beispielsgemäß die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 2 über die zweite elektronische Vorrichtung A mit Energie (von der zweiten elektrischen Energiequelle) versorgt. Die zweite elektrische Energiequelle ist z.B. ein zweites Bordnetz.
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Die zweite elektrische Energiequelle bzw. Energieversorgung ist von der ersten Energiequelle bzw. Energieversorgung unabhängig.
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Übrige Komponenten der Bremsanlage sind in vorteilhafterweise entweder der ersten elektronische Vorrichtung B (welche die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 ansteuert bzw. betätigt) oder der zweiten elektronische Vorrichtung A (welche die zweite Druckbereitstellungseinrichtung 2 ansteuert bzw. betätigt) zugeordnet. D.h. sie werden durch diese Vorrichtung angesteuert bzw. betätigt und/oder mit elektrischer Energie versorgt und/oder sind Signalseitig mit dieser Vorrichtung verbunden und/oder werden durch diese Vorrichtung ausgewertet. In 1 sind diejenigen Komponenten, welche der ersten elektronischen Vorrichtung B zugeordnet sind (d.h. der sogenannten Partition B zugeordnet sind), durch einen Pfeil mit B gekennzeichnet, während diejenigen Komponenten, welche der zweiten elektronischen Vorrichtung A zugeordnet sind (d.h. der sogenannten Partition A zugeordnet sind), durch einen Pfeil mit A gekennzeichnet sind. Um weitere Redundanzen zu vermeiden, ist vorteilhafterweise eine Komponente lediglich bzw. ausschließlich von einer der beiden elektronischen Vorrichtungen, nicht aber von der anderen elektronischen Vorrichtung, ansteuerbar bzw. betätigbar oder mit elektrischer Energie versorgbar oder signalseitig verbunden oder auswertbar.
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Das Überströmventil 3 und das Trennventil 26 sind der zweiten elektronischen Vorrichtung A zugeordnet und werden folglich mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung A angesteuert und/oder mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Einlass- und Auslassventile sind ebenso der Partition A zugeordnet und werden mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung A angesteuert und/oder mit elektrischer Energie versorgt.
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Jedoch ist das Kreistrennventil 40 der Partition B zugeordnet und wird mittels der ersten elektronischen Vorrichtung B angesteuert und/oder mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Raddrehzahlsensoren 10a-10d sind der Partition A zugeordnet und werden mittels der zweiten elektronischen Vorrichtung A mit elektrischer Energie versorgt und/oder von der zweiten elektronischen Vorrichtung A ausgewertet.
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Die Fahrdynamik-Sensorik 60 ist der Partition B zugeordnet und wird mittels der ersten elektronischen Vorrichtung B mit elektrischer Energie versorgt und/oder ausgewertet.
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Die zweite Partition A (zweite elektronischen Vorrichtung A und/oder zweite Energieversorgung) und die erste Partition B (erste elektronischen Vorrichtung B und/oder erste Energieversorgung) sind elektrisch unabhängig.
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Beispielsgemäß sind die hydraulischen Komponenten, insbesondere die Komponenten 2, 3, 5, 6a-6d, 7a-7d, 32, 40 und 26, in einem gemeinsamen Modul, d.h. in einer einzigen hydraulischen Steuer- und Regeleinheit (HCU), angeordnet. Der hydraulischen Steuer- und Regeleinheit ist die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) 12 zugeordnet. HCU und ECU sind vorteilhafterweise in bekannterweise als eine Einheit (HECU) ausgeführt. Es können auch zwei oder mehr elektronische Steuer- und Regeleinheiten vorgesehen sein.
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Eine Anordnung in zwei oder mehr Modulen bzw. hydraulischen Steuer- und Regeleinheiten (HCU) ist auch denkbar. Auch kann jeder hydraulischen Steuer- und Regeleinheiten (HCU) eine eigene elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) zugeordnet sein. So kann z.B. die Simulationseinrichtung 3 vorteilhafterweise in einem getrennten Modul ausgeführt sein. Andere Aufteilungen und weitere Module sind denkbar.
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Im Folgenden werden verschiedene Betriebsverfahren der Bremsanlage beschrieben.
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Fällt eine der beiden Druckbereitstellungseinrichtungen 2 bzw. 5 fehlerbedingt aus (beispielsweise aufgrund eines Ausfalls einer der elektrischen Energiequellen), so wird die jeweils andere Druckbereitstellungseinrichtung 5 bzw. 2 über die Bremsversorgungsleitung 13 (mit stromlos offenem Kreistrennventil 40) alle Radbremsen 8a-8d betätigen.
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Fällt die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 fehlerbedingt aus, wird mittels der der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 zugeordneten zweiten elektronischen Vorrichtung A das Trennventil 26 geschlossen, um einen Druckmittelvolumenverlust durch das Schnüffelloch der ausgefallen Druckbereitstellungseinrichtung 5 zu vermeiden. Dazu ist der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 zu deren Ansteuerung, insbesondere des Elektromotors der Radialkolbenpumpe, die zweite elektronischen Vorrichtung A zugeordnet, wobei diese auch das Trennventil 26 ansteuert bzw. dessen Ventilspule mit elektrischer Energie versorgt.
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Regelstrategie für Rest-Bremsfunktion nach einem Fehler:
- a) Ausfall der ersten Druckbereitstellungseinrichtung 5 Der zweiten elektronischen Vorrichtung A / zweiten Energieversorgung der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 (Partition A) sind neben dem Trennventil 26 auch die Radregelventile 6a-6d, 7a-7d zugeordnet, d.h. die Radregelventile 6a-6d, 7a-7d werden durch die zweite elektronische Vorrichtung A (zweite Partition A) angesteuert bzw. mit elektrischer Energie versorgt. Ebenso sind die Raddrehzahlsensoren 10a-10d der zweiten elektronische Vorrichtung A (zweiten Partition A) zugeordnet, d.h. deren Signale werden der zweite elektronische Vorrichtung A zugeführt und vorteilhafterweise durch die zweite elektronische Vorrichtung A ausgewertet.
Die zweite elektronische Vorrichtung A bzw. Partition A führt nun quasi unverändert, wie grundsätzlich bekannt, Antiblockierregelungen und andere radindividuelle Bremsdruckregelfunktionen aus und realisiert zusammen mit der Möglichkeit, Bremsdruck aufzubauen, alle Rest-Bremsfunktionen.
- b) Ausfall der zweiten Druckbereitstellungseinrichtung 2 Der ersten elektronischen Vorrichtung B / ersten Energieversorgung (Partition B) sind die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5, das Kreistrennventil 40 sowie z.B. die Fahrdynamik-Sensorik 60 zugeordnet. Die Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist der high-Performance Drucksteller, der im fehlerfreien System die Normalbremsfunktion in höchstem Komfort und Dynamik realisiert. Die Partition B bzw. die erste Druckbereitstellungseinrichtung 5 regelt den Druck auch bei Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung 2 noch immer mit sehr hoher Dynamik und Genauigkeit zentral. Die Ansteuerbarkeit des Kreistrennventils 40 durch die erste elektronische Vorrichtung B ermöglicht es sogar, dass achsweise unterschiedliche Drücke eingestellt werden können. Dies erfolgt nach einem Achs-Multiplex-Verfahren. Die Leistungsfähigkeit dieser Regelstrategie ist in Bezug auf Bremsleistung zwar nicht auf dem Niveau des fehlerfreien Systems. Es ist jedoch für den beschriebenen Fehlerfall ausreichend zur Sicherstellung der Rest-Bremsfunktionen.
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Die beispielsgemäße Bremsanlage bietet die zur Realisierung von hochautomatisierten Fahrfunktionen notwendige Redundanz, um autonome Bremsanforderungen umzusetzen. Auch nach einem schwerwiegenden Fehler, wie beispielsweise einem Ausfall der ersten Energieversorgung der Partition B bzw. der ersten Druckbereitstellungseinrichtung, ist die Bremsanlage in der Lage, gewisse Rest-Bremsfunktionen weiterhin autonom bzw. durch einen Autopiloten gesteuert zu realisieren. Die wichtigsten Rest-Bremsfunktionen der Bremsanlage sind:
- - Verzögerung aufbauen;
- - Blockierreihenfolge der Achsen einhalten und ein ungewolltes Destabilisieren bei höheren Verzögerungen vermeiden;
- - Lenkbarkeit aufrechterhalten, um dem (Auto-)Pilot auch gebremste Ausweichmanöver zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013223859 A1 [0002]
- DE 102013217954 A1 [0003]
