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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Bremssystem gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen Patentanspruchs.
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Ein
elektrisches Bremssystem ist beispielsweise aus der WO-A 95/13946
bekannt. Das dort beschriebene elektrische Bremssystem besteht aus
einem Zentralmodul und Bremskreisen oder Radgruppen zugeordnete
Bremsmodule, die über
ein Kommunikationssystem Daten miteinander austauschen. Durch Einzelmaßnahmen
wird die Verfügbarkeit
des Bremssystems bei Ausfall einzelner Komponenten sichergestellt.
Die dabei berücksichtigten
Fehlerarten betreffen den Ausfall eines Radmoduls, den Ausfall des
Kommunikationssystems, den Ausfall des Zentralmoduls und den Ausfall
der Pedalsensoreinheit.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein dezentrales elektrisches Bremssystem,
insbesondere für
eine Bremsanlage mit elektromotorischer Zuspannung, mit Blick auf
Verfügbarkeit
und Fehlertoleranz weiter zu optimieren.
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Diese
wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs
erreicht.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Bremssystem
stellt die Verfügbarkeit
und Fehlertoleranz einer Bremsanlage auf hohem Niveau sicher. Besonders
vorteilhaft ist dabei der Einsatz dieses Bremssystems bei einer Bremsanlage
mit elektromotorischer Zuspannung, bei der erhebliche Vorteile bezüglich Verfügbarkeit und
Fehlertoleranz erreicht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß zwei
voneinander unabhängige
elektrische Bordnetze eingesetzt werden, so daß die Bremsanlage auch bei
Ausfall eines Bordnetzes zumindest teilweise betriebsfähig bleibt.
Dabei weisen beide Bordnetze vorzugsweise den gleichen Spannungswert
(z. B. 12V, 24V oder 48V) auf.
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Ferner
ist vorteilhaft, daß wenigstens
zwei unabhängige
Informationspfade zwischen den einzelnen Steuerelementen vorgesehen
sind, so daß die
Bremsanlage auch bei Ausfall eines Informationspfades zumindest
teilweise betriebsbereit bleibt.
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Besonders
vorteilhaft ist ferner, daß zur
Bestimmung des Fahrerbremswunsches eine fehlertolerante Pedaleinheit
vorgesehen ist, die zur Bestimmung von achsspezifischen Werten für die Bremskräfte bzw.
Bremsmomente und zur Einleitung von Rückfallstrategien im Fehlerfall,
z. B. bei Ausfall eines Stellelements durch Reduktion der Bremskraft des
diagonal angeordneten Rades, dient.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß modulare, übergeordnete
Funktionen der Bremsensteuerung Bestandteil des Bremssystems sind.
Bei Ausfall dieser übergeordneten
Funktionen bleibt ein geregelter Bremsbetrieb zumindest mit achsspezifischen
Führungsgrößen erhalten.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß das
elektronisches Bremssystem anpassungsfähig an verschiedene Fahrzeugtypen
und Bremsanlagentypen ist, wobei die vorgesehenen Radpaareinheiten
den Rädern
einer Diagonale oder einer Achse zugeordnet werden können.
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Durch
die dezentrale Aufteilung des Bremssystems wird in vorteilhafter
Weise auch bei Auftreten von statischen und dynamischen Fehlern
die Bremsfunktionalität
in hohem Maße
aufrechterhalten, die Betriebssicherheit der Bremsanlage sichergestellt
und Fehlerzustände
für Servicezwecke
abgespeichert und ggf. signalisiert.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Das
erfindungsgemäße elektronische
Bremssystem wird in vier Ausführungsbeispielen
dargestellt, die sich im wesentlichen durch unterschiedliche Integration
der Teilfunktionen und damit auch durch unterschiedliche Rückfallebenen
und Fehlermodi, die zu einer Rückfallebene
führen,
unterscheiden. Dabei wird in den 1 bis 5 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung in zwei Varianten dargestellt. In den 6 bis 8 wird
ein zweites Ausführungsbeispiel
mit zwei Varianten beschrieben. 9 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel,
während in
den 10 bis 12 ein
viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Bremssystems
dargestellt ist.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
das elektronische Bremssystem im Rahmen eines ersten Ausführungsbeispiels
als Übersichtsschaltbild.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist durch eine dezentrale Struktur charakterisiert, die sich aus
den Einheiten Pedaleinheit 10, Radpaareinheit A, Radpaareinheit
B und Verarbeitungseinheit 18 ergibt. Die elektrischen
Aktoren 20, 22, 24 und 26 wirken
im bevorzugten Ausführungsbeispiel über geeignete
Getriebestufen auf die Zuspannwege von Scheiben- bzw. Trommelbremsen
ohne eine hydraulische Zwischenstufe. Das gezeigte Bremssystem regelt
die radindividuellen Bremskräfte
oder Bremsmomente. Seine elektrische Energieversorgung erfolgt über die beiden
unabhängigen
Bordnetze E1 und E2, die vorzugsweise den gleichen Spannungswert
(z. B. 12V, 24V oder 48V) liefern. Der Datenaustausch zwischen den
einzelnen Einheiten wird durch zwei unabhängige Kommunikationseinrichtungen
K1 und K2 bewerkstelligt. Diese sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als serielle Bussysteme (z.B. CAN) realisiert. Die Kommunikationssysteme
werden von unterschiedlichen Bordnetzen gespeist, K1 von E1, K2
von E2. Das Kommunikationssystem K1 verbindet dabei Pedaleinheit 10,
Verarbeitungseinheit 18 und eine der Radpaareinheiten,
während
das Kommunikationssystem K2 Pedaleinheit, Verarbeitungseinheit und
die andere Radpaareinheit miteinander verbindet. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird die Verarbeitungseinheit 18 vom Bordnetz E1 versorgt,
so daß das
Kommunikationssystem K2 gegenüber
dieser Einheit potentialgetrennt ist.
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Neben
den Kommunikationssystemen K1 und K2 werden der Pedaleinheit 10 über Eingangsleitungen 36, 38 und 40 von
entsprechenden Meßeinrichtungen
Meßgrößen b1,
b2 und b3 zugeführt,
die das Ausmaß der
Betätigung
des Bremspedals repräsentieren.
Diese Meßeinrichtungen
sind dabei Wegsensoren, Kraftsensoren, Drucksensoren, etc. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind wenigstens zwei dieser Meßeinrichtungen
von unterschiedlichem Typ. Ferner ist an die Pedaleinheit eine Ausgangsleitung 42 angeschlossen, über die
die Pedaleinheit mit einer Warnlampe 44 und/oder einem nicht
dargestellten Fehlerspeicher verbunden ist und ein Fehlersignal
d absetzt. Über
das Kommunikationssystem K1 setzt die Pe daleinheit 10 Führungsgrößen für Teilbremskräfte FV (bzw.
Teilbremsmomente) für
die Räder
der Vorderachse und FH für
die Hinterachse ab. Über
das Kommunikationssystem K1 empfängt
die Pedaleinheit 10 Fehlersignale dB, dA und dV der Radpaareinheiten
A und B sowie der Verarbeitungseinheit 18. Die entsprechenden
Signale sendet und empfängt
die Pedaleinheit 10 über
das Kommunikationssystem K2. Da die Pedaleinheit 10 fehlertolerant
aufgebaut ist, ist sie an beide Bordnetze E1 und E2 angeschlossen.
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Die
Radpaareinheit A ist an das erste Bordnetz E1 angeschlossen. Ihr
werden über
Eingangsleitungen 44, 46, 48 und 50 Meßgrößen bzgl.
der Radgeschwindigkeiten n1 und n2 der zugeordneten Räder sowie
Meßgrößen bzgl.
des Istwertes F1i und F2i der Radbremskraft bzw. des jeweiligen
Radbremsmoments zugeführt.
Diese Istwerte werden entweder über
entsprechend Sensoren erfaßt
oder auf der Basis von anderen Betriebsgrößen (z.B. der Ansteuersignalgröße) errechnet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
(vgl. strichlierte Darstellung in 1) empfängt die
Radpaareinheit A ferner über eine
Eingangsleitung 52 von der Verarbeitungseinheit Signalgrößen sA1
und sA2 zur Steuerung der Energieversorgung. Über Ausgangsleitungen 54 und 56 gibt
die Radpaareinheit A Ansteuergrößen i1 und i2
für die
elektrischen Aktoren 20 und 22 ab. Diese Ansteuergrößen sind
beispielsweise pulsweitenmodulierte Spannungssignale, die ein Maß für das von den
Aktoren einzustellende Bremsmoment oder die einzustellende Bremskraft
repräsentieren.
Die Radpaareinheit A ist ferner an das Kommunikationssystem K1 angeschlossen. Über das
Kommunikationssystem sendet die Radpaareinheit A die ggf. aufbereiteten
Meßgrößen bzgl.
der Radgeschwindigkeiten n1 und n2 und ein Fehlersignal dA. In einem
weiteren Ausführungsbeispiel übermittelt
die Radpaareinheit A über
das Kommunikationssystem K1 ferner die Istwerte F1i und F2i für die Radbremskräfte oder
Radbremsmomente. Über
das Kommunikationssystem K1 empfängt
die Radpaareinheit A die Führungsgrößen FV und
FH für
die Vorder- und Hinterachse sowie von der Verarbeitungseinheit Führungsgrößen F1 und
F2 für
die radindividuelle Bremskraft oder das radindividuelle Bremsmoment.
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Vergleichbar
aufgebaut ist die Radpaareinheit B. Diese ist an das Kommunikationssystem
K2 angeschlossen und empfängt
von Pedaleinheit bzw. Verarbeitungseinheit die Führungsgrößen FV und FH für die Teilbremskraft
bzw. Teilbremsmoment der Hinterachse und Vorderachse sowie die Führungsgrößen F3 und
F4 für
die radindividuelle Bremskräfte oder
Radbremsmomente. Über
das Kommunikationssystem gibt die Radpaareinheit B Radgeschwindigkeitssignale
der zugeordneten Räder
n3 und n4 sowie ein Fehlersignal dB ab. Ferner wird in einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel über das
Kommunikationssystem K2 die Istgrößen F3i und F4i für die eingestellten
Bremskräfte
bzw. Bremsmomente an den zugeordneten Rädern gesendet. Die Radpaareinheit
B ist an das zweite Bordnetz E2 angeschlossen. Über Eingangsleitungen 58, 60, 62 und 64 empfängt sie
von Meßeinrichtungen
Radgeschwindigkeitswerte n3 und n4 und Istwerte F3i und F4i für die eingestellten
Bremskräfte
bzw. Bremsmomente an den zugeordneten Rädern. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird über
eine Eingangsleitung 66 die Steuersignale sB1 und sB2 für die Energieversorgung
aus der Verarbeitungseinheit zugeführt. Über Ausgangsleitungen 71 und 71a gibt
die Radpaareinheit B Stellgrößen i3 und
i4 an die elektrischen Aktuatoren 24 und 26 ab.
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Die
Verarbeitungseinheit 18 ist an das Bordnetz E1 sowie an
beide Kommunikationssysteme K1 und K2 angeschlossen. Über beide
Kommunikationssysteme werden der Verarbeitungseinheit 18 von
der Pedaleinheit die Führungsgrößen FV und
FH bzgl. der Vorder- und Hinterachse zugeführt. Über das Kommunikationssystem
K1 werden von der Radpaareinheit A das Fehlersignal dA, die Radgeschwindigkeiten
n1 und n2 sowie in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Istwerte
F1i und F2i zugeführt. Über das
Kommunikationssystem K2 werden der Verarbeitungseinheit 18 von
der Radpaareinheit B die Geschwindigkeitssignale n3 und n4, das
Fehlersignal dB sowie in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Istwerte
F3i und F4i zugeführt. Über das
Kommunikationssystem K1 sendet die Verarbeitungseinheit 18. Entsprechend
sendet sie über
das Kommunikationssystem K2 an die Pedaleinheit 10 das
Fehlersignal dA der Radpaareinheit A und ihr eigenes Fehlersignal
dV, an die Radpaareinheit B die radindividuelle Sollwerte F3 und
F4. Ferner werden der Verarbeitungseinheit 18 über Leitungen 68 bis 70 von
Meßeinrichtungen 72 bis 74 die
zur Durchführung
einer Fahrdynamikregelung erforderlichen Betriebsgrößen wie
Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Giergeschwindigkeit, etc. zugeführt. In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
weist die Verarbeitungseinheit 18 ferner die Ausgangsleitungen 52 und 66 auf.
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In
den 2 bis 5 sind Pedaleinheit, Radpaareinheiten
und Verarbeitungseinheit detaillierter dargestellt. Anhand dieser
Figuren wird auch die Funktionsweise des Bremssystems dargestellt.
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2 zeigt
ein Übersichtsschaltbild
der Pedaleinheit 10. Diese besteht im wesentlichen aus zwei
Mikrocomputern P1 und P2, die über
ein Kommunikationssystem 100 miteinander verbunden sind. Dabei
ist das Kommunikationssystem 100 gegenüber einem der Mikrocomputer
potentialgetrennt(in 2 P2), da die beiden Mikrocomputern
von unterschiedlichen Bordnetzen versorgt werden (P1 von E1, P2
von E2). Der Mikrocomputer P1 ist an das Kommunikationssystem K1
angeschlossen und weist die Ausgangsleitung 42 auf. Ferner
werden ihm die Eingangsleitungen 36, 38 und 40 und
somit die Signale b1, b2 und b3, die den Fahrerbremswunsch repräsentieren,
zugeführt.
Die Sensoren S1, S2 und S3, die die den Fahrerbremswunsch repräsentierende
Signale erfassen, sind im bevorzugten Ausführungsbeispielen an verschiedene
Bordnetze angeschlossen. So ist beispielsweise S1 an das Bordnetz E1,
S3 an das Bordnetz E2 und S2 an die Bordnetze E1 und/oder E2 angeschlossen.
Der Mikrocomputer P2 ist an das Kommunikationssystem K2 sowie an das
Bordnetz E2 angeschlossen. Auch ihm werden alle Fahrerwunschsignale
b1, b2 und b3 über
Leitungen 102, 104 und 106 zugeführt. Über die
Kommunikationssysteme K1 und K2 senden und empfangen die beiden
Mikrocomputer die jeweils in 1 dargestellten
Größen.
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Die
Pedaleinheit 10 dient zur Erfassung des Bremswunsches des
Fahrers. Die Bremspedalbetätigung
wird durch die unabhängigen
S1, S2 und S3 erfaßt,
die wie oben erwähnt
vorzugsweise in einer diversitären
Realisierung den Bremspedalwinkel bzw. die auf das Bremspedal ausgeübte Kraft
ermitteln. Zur Verbesserung der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit
des Systems werden die Sensoren durch unterschiedliche Energieversorgungen
gespeist. Die Pedaleinheit 10 selbst ist fehlertolerant
aufgebaut durch eine Realisierung mittels eines redundanten Mikrocomputersystems,
wobei die zwei Mikrocomputer an verschiedene Bordnetze angeschlossen
sind. Die Mikrocomputer enthalten ferner die erforderlichen Peripherie-,
Speicher- und Watchdogbaugruppen, die in 2 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt
sind. In das Mikrocomputersystem sind wenigstens drei unabhängige Programme
Prog1, Prog2 und Prog3 eingebunden, die durch Majoritätsauswahl,
z. B. durch eine zwei aus drei Entscheidung, aus den erfaßten Meßgrößen über eine
abgespeicherte Pedalcharakteristik die Sollgröße für die von Fahrer über die
Pedalbetätigung
gewünschte Gesamtbremskraft
(bzw. Gesamtbremsmoment) FRES berechnen. Dazu werden von jedem der
Programme die drei Meßgrößen parallel
eingelesen, aus diesen drei Meßgrößen anhand
einer Pedalkennlinie die gewünschte
(Einzel)Bremskraft (bzw. -moment) ermittelt. Die ermittelten Bremskräfte werden
in jedem Programm miteinander verglichen, um festzustellen, ob eine
fehlerhafte Berechnung vorliegt. Dann wird aus den korrekten Meßgrößen von
jedem Programm eine resultierende Gesamtbremskraft ermittelt, beispielsweise
durch Maximalauswahl oder Mittelwertbildung. Die berechnete Gesamtbremskraft wird über das
Kommunikationssystem 100 jeweils den anderen Programmen
zur Verfügung
gestellt, die im Rahmen einer zwei aus drei Auswahl die korrekte Gesamtbremskraft
bestimmen. In einer alternativen Ausführung wird auch das gewünschte Gesamtbremsmoment
anstelle der Gesamtbremskraft berechnet. Die Gesamtbremskraft wird
dann im Sinne einer vorgegebenen geeigneten Bremskraftaufteilung
auf die Achsen des Fahrzeugs in die gewünschten Bremskräfte bzw.
Bremsmomente für
die Räder der
Vorderachse FV und die Räder
der Hinterachse(n) (FH) in jedem Mikrocomputer umgesetzt. Diese Werte
werden über
die Kommunikationssystem K1 und K2 an die weiteren Einheiten des
Bremssystems abgegeben. Dabei wird vom Mikrocomputer P1 die ermittelten
Größen eines
der Programme (Maximalwertauswahl) oder ein Mittelwert der Größen aus
beiden Programmen ausgegeben.
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Die
Pedaleinheit 10 ist fehlertolerant aufgebaut. Bei Ausfall
eines Mikrocomputers, eines Kommunikationssystems, eines Sensors,
eines Bordnetzes, etc. wird von den noch funktionsfähigen Teilen der
Fahrerbremswunsch ermittelt und dem Bremssystem, zumindest Teilen
davon, zur Verfügung
gestellt.
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In
der Pedaleinheit werden ferner die internen Fehlerzustände und
Fehlersignalbotschaften dA, dB und dV der angeschlossenen Einheiten
erfaßt, abgespeichert
und ausgewertet. Bei eingelesenen Fehlerzuständen, auf jeden Fall bei sicherheitsrelevanten
Fehlern, erfolgt eine Signalisierung für den Fahrer mittels des Fehlersignals
d. Aus den Fehlersignalbotschaften dA, dB und dV wird der Gesamtzustand
des Bremssystems analysiert und, sofern die sichere Funktion beeinträchtigt ist,
der Übergang
in eine Rückfallebene
mit reduzierter Funktionalität
initiiert. Dazu werden gegebenenfalls von der Pedaleinheit über die
Kommunikationssysteme K1 und K2 an alle angeschlossenen Einheiten
(in den Bildern nicht dargestellte) Rückfallbotschaften ausgesandt,
die an diesen Einheiten einen Übergang
zu anderen Software-Modulen mit reduzierter Funktion auslösen.
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3 zeigt
die Struktur der Verarbeitungseinheit 18. Auch diese besteht
aus zwei Mikrocomputern RV1 und RV2, die über einen Kommunikationsbus 200 miteinander
verbunden sind. Die beiden Mikrocomputer sind dabei an das Bordnetz
E1 angeschlossen. Der Mikrocomputer RV1 ist potentialgetrennt am
Kommunikationssystem K2 des Bremssystems, der Mikrocomputer RV2
am Kommunikationssystem K1 angeschlossen. Die Mikrocomputer RV1 und
RV2 lesen parallel über
die Eingangsleitungen 68 bis 70 bzw. 202 bis 204 Meßsignale
von Meßgrößen ein,
die die Fahrdynamik des Fahrzeugs betreffen. Derartige Meßgrößen sind
beispielsweise Lenkwinkel, Drehrate, Querbeschleunigung, Achslasten, etc.
Die Mikrocomputer empfangen und senden über die Kommunikationssysteme
K1 und K2 die anhand von 1 beschriebenen Größen. Dabei
werden die Fehlersignale dA und dB der Radpaareinheiten vom empfangenden
Mikrocomputer über
das Kommunikationssystem 200 zum aussendenden Mikrocomputer
geführt.
Dies dient in erster Linie dazu, daß beide Mikrocomputer über Fehlerzustände in einer
Radpaareinheit informiert sind. Die in Klammern angegebenen Istwerte
F1i, F2i, F3i und F4i für
die Bremskräfte
bzw. Bremsmomente werden in einem alternativen Ausführungsbeispiel
von der Verarbeitungseinheit 18 ergänzend eingelesen. In diesem
Ausführungsbeispiel
verfügen
die Mikrocomputer RV1 bzw. RV2 über
die Ausgangsleitungen 206 und 208 bzw. 210 und 212, über die
sie im Fehlerfall auf die Energieversorgung der Radpaareinheit B
bzw. A eingreifen.
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In
der Verarbeitungseinheit 18 werden die übergeordneten Funktionen des
Bremssystems berechnet, insbesondere die radindividuellen Führungsgrößen. In
bekannter Weise werden bei diesen Berechnungen das radspezifische
Drehzahlverhalten im Sinne eines Antiblockierreglers und/oder eines Antriebschlupfreglers
und/oder ferner zur Vermeidung von Schleuderzuständen unter Einbeziehung weiterer
Größen wie
Lenkradwinkel, Querbeschleunigung und Drehrate im Sinne eines Fahrdynamikreglers
einbezogen. Im Teilbremsungsbereich wird bei der Umsetzung der achsspezifischen
Führungsgrößen FV und
FH der radindividuelle Bremsbelagverschleiß mit dem Ziel eines gleichmäßigen Bremsbelagverschleißes bei
der Bildung der radspezifischen Führungsgrößen F1, F2, F3 und F4 berücksichtigt.
Ferner wird von der Verarbeitungseinheit 18 eine sog. Hillholder-Funktion
realisiert. Ebenso wird zur Erzielung einer optimalen Bremskraftaufteilung auf
Vorder- und Hinterachse der Beladungszustands des Fahrzeugs berücksichtigt.
Darüber
hinaus ergreift die Verarbeitungseinheit auch Maßnahmen bei Ausfall eines Bremskanals
(einer Radpaareinheit oder Teile davon). Bei Vorliegen eines entsprechenden
Fehlersignals dA oder dB modifiziert wenigstens einer der Mikrocomputer
die Führungsgrößen für die einzelnen
Bremskräfte
derart, daß der
Ausfall der einen Radbremse berücksichtigt
ist. Beispielsweise wird in diesem Fall die Führungsgröße für die andere Radbremse derselben
Achse aus Stabilitätsgründen auf
Null reduziert.
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Die
zur Durchführung
dieser Funktionen notwendigen Berechnungen werden auch im Fehlerfall einer
Radpaareinheit unabhängig
voneinander in beiden Mikrocomputern durchgeführt, die Ergebnisse über das
Kommunikationssystem miteinander verglichen. Bei inkonsistenten
Ergebnissen wird die Verarbeitungseinheit abgeschaltet. Vom Mikrocomputer RV1
wird dann über
das Kommunikationssystem K2 ein Fehlersignal dV abgesandt. Die übergeordneten Funktionen
werden daher bei einem Fehlerfall der Verarbeitungseinheit nicht
mehr durchgeführt.
Ein Bremsbetrieb ist dennoch sichergestellt, da die Pedaleinheit
direkt den Radpaareinheiten die achsspezifischen Führungsgrößen zuführt. Die
in einem alternativen Ausführungsbeispiel
zugeführten
Istgrößen dienen
zur Realisierung einer analytischen Redundanz der Radpaareinheiten
in der Verarbeitungseinheit 18 wie nachfolgend beschrieben.
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Die
Struktur einer Radpaareinheit für
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
ist gemäß 4 dargestellt.
Die Darstellung der Struktur der Radpaareinheit wird am Beispiel
der Radpaareinheit A vorgenommen. Die Radpaareinheit B ist entsprechend
aufgebaut, wobei anstelle der mit der Radpaareinheit A im Zusammenhang
stehenden Größen die
aus 1 be kannten Größen in bezug
auf die Radpaareinheit entsprechend einzusetzen sind.
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Die
Radpaareinheit A ist an das Kommunikationssystem K1 angeschlossen. Über dieses
empfängt
und sendet sie die in 1 beschriebenen Größen. Die
Radpaareinheit umfaßt
im wesentlichen zwei Mikrocomputer RA1 und RA2, die an das Bordnetz
E1 angeschlossen sind und über
ein Kommunikationssystem 300 Daten austauschen. Von den
zugeordneten Rädern
werden beiden Mikrorechner parallel zueinander über entsprechende Eingangsleitungen
(44, 46, 48 und 50) Meßsignale
bzgl. der Radgeschwindigkeiten n1 und n2 und der Istgrößen für die Bremskraft
bzw. das Bremsmoment F1i und F2i zugeführt. Vom Mikrocomputer RA1
führt eine
Leitung 302, über
die eine Stellgröße i1s übermittelt wird,
auf eine Leistungselektronik LE1. Die Ausgangsleitung der Leistungselektronik
ist die Ausgangsleitung 54, die auf den ersten Aktor 20 zur
Betätigung
der Radbremse führt.
Von der Leitung 54 kann eine Leitung 306 zum Mikrocomputer
RA1 zurückgeführt werden.
Entsprechend weist der Mikrocomputer RA2 eine Ausgangsleitung 308 auf, über die
eine Stellgröße i2s zur
zweiten Leistungselektronik LE2 führt. Ausgangsleitung dieser
Leistungselektronik ist die Leitung 56, die auf den zweiten
Aktor 22 führt.
Auch von der Leitung 56 kann eine Leitung 312 zum
Mikrocomputer RA2 zurückgeführt werden.
Die Leistungselektroniken 304 und 310 werden von Bordnetz
E1 über
die Versorgungsleitungen 314 und 316 mit Strom
versorgt. In diese Versorgungsleitungen sind Schaltelemente 318 und 320 eingefügt, die von
den Mikrocomputern RA1 und RA2 mittels der Signale sA1 und sA2 über entsprechende
Leitungen 322 und 324 betätigbar sind.
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Innerhalb
der Radpaareinheiten werden die Regelungen der radindividuellen
Bremskräfte
bzw. Bremsmomente realisiert. Über
die Kommunikationssysteme werden dazu die Führungsgrößen bereitgestellt. Befindet
sich die Verarbeitungseinheit im Normalbetrieb, so werden den Radpaareinheiten
die radin dividuellen Führungsgrößen F1 bis
F4 zugeführt. Bei
Ausfall der Verarbeitungseinheit stehen von der Pedaleinheit die
Ersatzwerte, die achsindividuellen Führungsgrößen FV und FH zur Verfügung. Die
Mikrocomputer der Radpaareinheiten, die je einer Radbremse zugeordnet
sind, bilden die Strom- bzw. Spannungsstellgrößen für die Leistungselektroniken der
elektrischen Aktoren auf der Basis der gemessenen Istgrößen für die Bremskraft
bzw. das Bremsmoment an jeder Radbremse und den entsprechenden Führungsgrößen. Vorzugsweise
erfolgt die Berechnung der Stellgrößen im Rahmen von entsprechenden
Regelkreisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können auch
die Istwerte der Strom- bzw. Spannungsstellgrößen berücksichtigt werden, d. h. die über die
Leitungen 306 und 312 zurückgeführten, durch die Aktoren fließenden Stromwerte.
In diesem Fall kann dem Bremskraft- bzw. Bremsmomentenregelkreis
ein Stromregelkreis unterlagert sein. Neben den Stromwerten können als
Istwerte alternativ oder zusätzlich
zur Verbesserung des Regelverhaltens bzw. zur Überwachung der Ansteuerung
Drehwinkel oder Hub des elektrischen Aktors erfaßt und den Mikrocomputern zur
Verfügung
gestellt werden.
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Die
Radpaareinheiten A und B werden von verschiedenen Energiequellen
gespeist. Zudem sind sie mit verschiedenen Kommunikationsverbindungen mit
Verarbeitungseinheit und Pedaleinheit verbunden. Die den Radpaareinheiten
zugeordneten Rädern
können
je nach Fahrzeugtyp einer Achse oder einer Fahrzeugdiagonale zugeordnet
sein. Zur Fehlererkennung tauschen die beiden Mikrocomputer über die
Kommunikationsverbindung 300 die Ergebnisse der Stellgrößenberechnung
aus. Sie vergleichen diese Ergebnisse und steuern die Leistungselektroniken
an, wenn die Berechnungsergebnisse innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs übereinstimmen.
Als Beispiel für
ein Ansteuersignal sei ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal
genannt. Führt
ein Fehler in einer Leistungselektronik zur Ansteuerung eines Aktors,
so kann dies durch Vergleich der Stell- und Regelgröße erkannt
werden. Bei einem unzulässigen
Zusammenhang zwischen Stell- und Regelgröße in einem Rad bremskanal schaltet
der entsprechende Mikrocomputer über
die Steuersignal SA1 bzw. SA2 bzw. SB1 und SB2 über die Schalter 318 und 320 die
Leistungselektronik ab. Im Fehlerfall wird eine Fehlerbotschaft
dA bzw. dB an die Verarbeitung- bzw. Pedaleinheit abgesetzt, die vorzugsweise
auch eine Information über
die Art des Fehlers bzw. das Ausmaß der Abschaltmaßnahmen enthält, so daß dies von
der Verarbeitungseinheit bei der Bestimmung der Sollwerte berücksichtigt
werden kann.
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Eine
zweite vorteilhafte Ausführungsform
der Radpaareinheiten ist in 5 dargestellt.
Im Unterschied zur Ausführungsvariante
nach 4 ist dabei jede der Einheit einkanalig realisiert,
d. h. die Stellgröße jedes
Aktors wird von einem zugeordneten Mikrocomputer berechnet. Im Gegensatz
zur Ausführungsvariante
nach 4 wird auf die gegenseitige Übermittlung der Berechnungsergebnisse
sowie aus der parallelen Berechnung der Stellgrößen in beiden Mikrocomputern
mit anschließenden
Vergleich zur Fehlererkennung verzichtet. Daher werden die Drehzahl-
und Istwertgrößen jedes
Rades auch nur dem zugehörigen
Mikrocomputer zugeführt.
Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit und der Verfügbarkeit dieses
Systems wird die Fehlerüberprüfung durch
jeden Mikrocomputer selbst und zusätzlich von der Verarbeitungseinheit
durchgeführt.
Der Mikrocomputer selbst führt
die Fehlerüberwachung
anhand von Plausibilitätsvergleichen
zwischen Stell- und
Regelgrößen (Bremskräfte, Bremsmomente,
Ströme,
etc.) durch. Stellt der Mikrocomputer fehlerhafte Zustände in seiner
Leistungselektronik oder im Verbindungssystem fest, übermittelt
er entsprechende Fehlerbotschaften an die Verarbeitungseinheit.
Da in diesem Ausführungsbeispiel
der Verarbeitungseinheit die erfaßten Istgrößen für die Bremskraft bzw. des Bremsmoment
zur Verfügung
gestellt werden, wird ein Fehlverhalten innerhalb des Mikrocomputers,
das zu einer unzuässigen
Stellgröße bzw.
Regelgröße führt, innerhalb
der Verarbeitungseinheit durch die analytischen Redundanz der Funktion
der Radpaareinheit erkannt. Dies erfolgt beispielsweise durch Plausibilitätsvergleich
der radindividuellen Führungsgrößen und
der Regelgrößen (Bremskraft,
Bremsmoment) unter Einbeziehung eines dynamischen Modells der Regelstrecke,
der Drehzahlen der anderen Räder und
des aktuellen Betriebszustandes der übergeordneten Funktionen (z.
B. Rad im ABS/ASR-Betrieb). Im Fehlerfall wird durch Betätigen des
entsprechenden Steuersignals (sA1 bis sB2) von der Verarbeitungseinheit
die Stromversorgung zur entsprechenden Leistungselektronik über die
Schalter 318 oder 320 unterbrochen.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
ergibt sich durch die Zusammenfassung der Funktionen der Mikrocomputer
RA1 und RA2 in einer Rechnereinheit, die dann in Abhängigkeit
vom Fahrzeugtyp die Funktionen für
eine Fahrzeugdiagonale bzw. -achse übernimmt.
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Zusammenfassend
zeigt das in den 1 bis 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel
neben einer fehlertoleranten Pedaleinheit eine Verarbeitungseinheit,
die die Bearbeitung der übergeordneten Bremsfunktionen übernimmt.
Im Fehlerfall wird diese Verarbeitungseinheit abgeschaltet (fail-stop-Verhalten). In der
zweiten Ausführungsvariante
besitzt diese Verarbeitungseinheit eine analytische Redundanz zur Überüfung der
Funktion der Radpaareinheiten bzw. jedes Mikrocomputers der Radpaareinheiten. Im
Fehlerfall wird in dieser Ausführungsvariante
ein getrennter Abschaltpfad zu einer Leistungselektronik wirksam,
so daß die
Radpaareinheiten einkanalig realisiert werden können. Bei der erstgenannten
Ausführungsvariante
sind die Radpaareinheiten unabhängige
Systemkomponenten, die im Fehlerfall abgeschaltet werden. Sie verfügen über jeweils
zwei voneinander unabhängige
Abschaltpfade (über
die Stellgröße und über die
Energieversorgung) der Aktorsteuerung.
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Eine
zweite Ausführungsform
des elektronischen Bremssystems ist in den 6 bis 8 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 auf die Verarbeitungseinheit verzichtet worden
und nur ein Kommunikationssystem K2 vorhanden. Die anhand des Ausführungsbeispiels
der 1 bis 5 beschriebenen Funktionen der
Verarbeitungseinheit sind innerhalb der Pedaleinheit realisiert.
Die Kommunikation zwischen der Pedaleinheit und den beiden Radpaareinheiten
erfolgt im fehlerfreien Betrieb ausschließlich über das Kommunikationssystem
K2. Bei Ausfall des Kommunikationssystems oder bei Fehlern innerhalb
der Mikrocomputersysteme der Radpaareinheiten wird über die
Ersatzgrößen i1r,
i2r, i3r und/oder i4r ein gesteuerter Betrieb durch direkten Zugriff
von der Pedaleinheit aus auf die Leitungselektronik der gestörten Einheit
aufrechterhalten.
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Wie
in 6 dargestellt werden der Pedaleinheit neben den
aus 1 bekannten Größen (z.B.
b1, b2 und b3) Eingangsleitungen 400 bis 402 von
den Meßeinrichtungen
zur Erfassung von Betriebsgrößen hinsichtlich
der Fahrdynamik zugeführt. Ferner
werden der Pedaleinheit über
das Kommunikationssystem K2 die Fehlergrößen der Radpaareinheiten dA
und dB, die Radgeschwindigkeiten n1 bis n4 der Räder sowie in einem alternativen
Ausführungsbeispiel
die Istwerte F1i bis F4i (vgl. Klammerausdrücke in 6) der Bremskräfte bzw.
Bremsmomente zugeführt. Über die
vom Kommunikationssystem K2 unabhängigen Leitungen 404, 406, 408 und 410 übermittelt
die Pedaleinheit an die Radpaareinheiten A und B im Fehlerfall Ersatzwerte
zur Ansteuerung der Aktoren im Fehlerfall (i1r, i2r, i3r bzw. i4r). Im
alternativen Ausführungsbeispiel
sind ferner die ebenfalls vom Kommunikationssystem K2 unabhängigen Leitungen 412, 414, 416 und 418 vorgesehen, über die
die Pedaleinheit an die Radpaareinheiten Steuersignale sA1, sA2,
sB1 und sB2 zur Steuerung der Energieversorgung der Leistungselektronik
der Radpaareinheiten übermitteln
kann. Die Radpaareinheiten selbst entsprechen im wesentlichen den
aus dem erstem Ausführungsbeispiel
gemäß 1.
Sie sind an das Kommunikationssystem K2 angebunden, eine der Radpaareinheiten
vorzugsweise potentialgetrennt. Sie empfangen von der Pedaleinheit
die Führungsgrößen sowohl
achs- als auch radindividuell (FH, FV, F1 bis F4) und übermitteln
auf dem Kommunikationssystem an die Pedaleinheit Radgeschwindigkeiten
n1 bis n4, Fehlersignale dA und dB, sowie im alternativen Ausführungsbeispiel
die Istwerte der Bremskräfte
bzw. Bremsmomente F1i bis F4i. Die Radpaareinheiten sind an unterschiedliche
Bordnetze angeschlossen und erfassen wie im Ausführungsbeispiel nach 1 die
Radgeschwindigkeiten der zugeordneten Räder sowie die Istwerte der Bremskräfte. Ferner
wird den Radpaareinheiten die Ersatzsteuergrößen von der Pedaleinheit sowie
im alternativen Ausführungsbeispiel
die Steuersignale für
die Energieversorgung zugeführt. Über die
bereits aus 1 bekannten Leitungen steuern
die Radpaareinheiten die Aktoren der zugeordneten Radbremsen an.
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Die
Struktur der gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 modifizierten Pedaleinheit 10 ist in 7 dargestellt.
Im Gegensatz zu der Darstellung nach 2 werden
beiden Mikrocomputern P1 und P2 jeweils zusätzlich die zur Durchführung der
in der Verarbeitungseinheit nach 1 durchgeführten übergeordneten
Funktionen notwendigen Meßgrößen zugeführt. Diese übergeordneten
Funktionen, die vorstehend anhand der Verarbeitungseinheit beschrieben
sind, werden redundant in beiden Mikrocomputern der Pedaleinheit
berechnet. Die Ergebnisse werden von den Mikrocomputern ausgetauscht
und verglichen, um Fehler festzustellen. Bei Nichtkonsistenz der
Ergebnisse bzw. der Teilergebnisse werden die achsbezogenen Führungsgrößen FV bzw.
FH den Radareinheiten zur Verarbeitung zugeführt. Im gegenteiligen Fall
bei konsistenten Ergebnissen werden die radindividuellen Führungsgrößen F1 bis F4 über
das Kommunikationssystem K2 den Radpaareinheiten A und B zur Verfügung gestellt.
Das Kommunikationssystem K2 ist nur an einen Mikrocomputer angebunden
(z.B. an P2). Dies hat den Vorteil, daß bei Ausfall dieses Kommunikationssystems
die Pedaleinheit über
den anderen Mikrocomputer auf den redundanten Kommunikationswegen
die Bremsensteuerung aufrechterhalten kann. Bei Ausfall des Kom munikationssystems
K2 werden von beiden Mikrocomputern Ersatzgrößen i1r bis i4r berechnet,
die im Fehlerfall als Ersatzführungsgrößen für die Bremskraft-
bzw. Bremsmomentenregelung dienen. Diese werden unabhängig vom
Kommunikationssystem von den Mikrocomputern jeweils einer Radpaareinheit
zugeführt.
Sie werden gebildet auf der Basis des Fahrerbremswunsches und stehen in
direktem Zusammenhang zu den Teilbremskräften für die Vorder- bzw. Hinterachse.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
stellen diese Signale die Stellgrößen für die Leistungselektronik der
Radmodule dar und sind als pulsweitenmoduliertes Spannungssignal
gestaltet. Sind die beiden Aktoren der Radpaareinheiten zu einer
Fahrzeugsachse zugeordnet, sind die Ersatzgrößen für die Radpaareinheit identisch und
können
in einem Signalpfad zusammengefaßt werden. Bei Fehlern innerhalb
der Mikrocomputer einer Radpaareinheit oder bei Ausfall einer Radpaareinheit
sind die Ersatzgrößen Ersatzstellgrößen für die Leistungselektronik
der durch die Fehlfunktion betroffenen Aktoren. Im Fehlerfall des
Kommunikationssystems bzw. einer Radpaareinheit wird somit von der
Pedaleinheit ausgehend im Rahmen einer Notsteuerung die Betriebsfähigkeit
der Bremsanlage aufrecht erhalten. Wie vorstehend beschrieben werden
die in der Pedaleinheit implementierten Funktionen parallel in den
unabhängigen
Programmen Prog1 bis Prog3 der Mikrocomputer P1 und P2 berechnet
und die Ergebnisse zur Fehlererkennung und zur Auswahl des korrekten
Ergebnissen in den beiden Mikrocomputern miteinander verglichen.
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Im
Rahmen einer alternativen Ausführung wird
die analytische Redundanz zur Prüfung
der Korrektheit der Stellgrößenberechnung
der Radpaareinheiten in der Pedaleinheit realisiert, analog zum
entsprechenden Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
bei dem die analytische Redundanz in der Verarbeitungseinheit hergestellt
wurde. Zu diesen Zweck werden der Pedaleinheit über K2 die Istgrößen F1i
bis F4i von den Radpaareinheiten A und B zugeführt. In Fehlerfall werden die
Schaltsignale für
die Energieversorgung von der Pedaleinheit erzeugt und über die
Leitungen 412 bis 418 an die betroffene Radpaareinheit übertragen.
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Die
Struktur der Radpaareinheiten in diesem Ausführungsbeispiel ist in 8 skizziert.
Die Radpaareinheiten A und B sind dabei nahezu identisch aufgebaut.
Da die Radpaareinheit B von einem anderen Bordnetz versorgt wird,
und das Kommunikationssystem ebenfalls von diesem Bordnetz versorgt wird,
enthält
die Radpaareinheit A gemäß 8 Potentialtrennungen
zum Kommunikationssystem K2 hin. Die Struktur der Radpaareinheiten
entspricht dabei im wesentlichen der in 4 beschriebenen.
Neu dabei ist, daß in
die Leitung 302 bzw. 308 ein Schaltelement 500 bzw. 502 eingefügt ist.
Dieses Schaltelement trennt durch Ansteuerung vom zugeordneten Mikrocomputer über die
Leitung 504 bzw. 506 die Verbindung vom Mikrocomputer
zur Leistungselektronik jeweils auf und verbindet die Leistungselektronik
mit der Leitung 404 bzw. 406. Ferner wird die
Ersatzsteuergröße auf der
Leitung 404 bzw. 406 über die Leitung 508 bzw. 510 von
den Mikrocomputern eingelesen. Die Radpaareinheiten enthalten somit redundante
Mikrocomputersysteme sowie eine redundante Ankopplung des Kommunikationssystems und
der peripheren Eingangsbaugruppen (Radgeschwindigkeiten, Istgrößen). Die
Korrektheit der berechneten Stellgrößen wird auch hier durch Vergleich der
Ergebnisse in beiden Rechnersystemen wie anhand 4 beschrieben
sichergestellt. Bei Inkonsistenz der Ergebnisse einer Regelfunktion
wie auch bei Ausbleiben des Triggersignals einer Watchdogeinheit
wird durch das dem betroffenen Mikrocomputer zugeordnete Steuersignal
(rA1 bis rB2) auf die Ersatzgröße der betroffenen
Einheit umgeschaltet. Alle Ersatzgrößen werden im fehlerfreien
Betrieb durch die Mikrocomputereinheiten periodisch erfaßt. Ihre Korrektheit
wird dann wegen des proportionalen Zusammenhangs zu den Führungsgrößen FV bzw.
FH durch Vergleichsoperationen überprüft. Wird
wegen eines Fehlers in einer Leistungselektronik ein Aktor angesteuert,
wird dies wie oben dargestellt durch Plausibilitätsprüfung des Zusammenhangs zwischen Stell-
und Regelgröße erkannt.
Bei einem unzulässigen
Zusammenhang wird die Energieversorgung der betroffenen Leistungselektronik über eines
der Steuersignale sA1 bis sB2 unterbrochen. Dies erfolgt im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
von den Mikrocomputern der Radpaareinheiten selbst.
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In
einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform sind Kommunikationssystem
und Eingangsbaugruppen einkanalig an einem Mikrocomputersystem wie
gemäß 5 oder
mit geeigneter Verteilung auf beide Mikrocomputersysteme aufgeschaltet.
Der Signaltausch zwischen den Mikrocomputersystemen wird dann über eine
Rechnerschnittstelle realisiert. In diesem Fall stammen die Energieschaltsignale
von der Pedaleinheit, zu der zur Herstellung der analytischen Redundanz
die Istgrößen übertragen
werden.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, daß in dem
anhand der Figuren nach 6 bis 8 beschriebenen
Ausführungsbeispiel übergeordnete Bremsfunktionen
in der Pedaleinheit ausgeführt
werden und dadurch nahezu gleichartige Realisierungen der Radpaareinheiten
möglich
sind. Rechnersystem und Peripheriebaugruppen sind darin redundant
realisiert. Im Fehlerfall ist nur noch ein gesteuerter Betrieb über die
Ersatzgröße möglich. In
einem alternativen Ausführungsbeispiel
sind beide Radpaareinheiten einkanalig realisiert und eine analytische
Redundanz zusätzlich
in der Pedaleinheit implementiert. Auch hier ist im Fehlerfall ein
gesteuerter Betrieb über
die Ersatzgröße möglich. Eine
reduzierte Ausführung,
in der die Ersatzgrößen nur
auf die Aktoren der Vorderachse wirken, ist vorteilhaft. Ebenso
können
die Funktionen der beiden Mikrocomputern einer Radpaareinheit in
einem Computersystem zusammengefaßt werden.
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Eine
dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bremssystems
ist anhand der 9 dargestellt, die die Struktur
des Gesamtsystems zeigt. Wesentlicher Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 6 ist,
daß das
zusätzliche
Kom munikationssystem K1 von der Pedaleinheit zur Radpaareinheit
A führt,
während
das Kommunikationssystem K2 nur die Verbindung zwischen Pedaleinheit
und Radpaareinheit B herstellt. Dadurch ergeben sich in den Einheiten Änderungen,
die darin bestehen, daß der Mikrocomputer
P1 der Pedaleinheit zusätzlich
an das Kommunikationssystem K1 angeschlossen ist, und in den Radpaareinheiten
durch Einführen
des Kommunikationssystems K1, das durch die Energiequelle E1 gespeist
wird, die Potentialtrennung in einer der Radpaareinheiten entfällt. Die
Funktionsweise ergibt sich aus dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Auch
hier werden die übergeordneten Bremsfunktionen
in der Pedaleinheit ausgeführt.
Da zudem die Kommunikationssysteme symmetrisch realisiert sind,
ist eine gleichartige Realisierung der Radpaareinheiten möglich. Rechnersystem
und Peripheriebaugruppen in beiden Radpaareinheiten sind redundant
realisiert. Im Fehlerfall ist wie im zweiten Ausführungsbeispiel
nach 6 nur noch ein gesteuerter Betrieb über die
Ersatzgröße möglich. Wird eine
einkanalige Realisierung der Radpaareinheiten gewählt, so
ist eine analytische Redundanz in der Pedaleinheit zu realisieren.
Auch hier ist das Bremssystem bzgl. der Radpaareinheiten symmetrisch
aufgebaut. Jede Radpaareinheit besitzt dann zwei unabhängige Rechner,
die jeweils völlig
getrennt einen Aktor ansteuern.
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Eine
vierte Ausführungsform
ist in den 10 bis 12 beschrieben.
Dabei wird als wesentlicher Unterschied zur Struktur des Bremssystems
nach 1 die Funktionen der Verarbeitungseinheit in die
Radpaareinheit A eingebunden.
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Die
Pedaleinheit 10 weist neben den Eingängen zur Stromversorgung und
den zur Fahrerwunscherfassung einen Anschluß an das Kommunikationssystem
K2 auf, über
den es die Fehlersignale dA und dB der Radpaareinheiten empfängt und
abhängig
vom Fahrerwunsch gebildeten Führungsgrößen bzgl.
der Fahrzeugachsen FV und FH aussendet. Ferner weist die Pedalein heit
in einer Ergänzung
die Ausgangsleitungen 600 und 602 auf, über die
Ersatzgrößen i1r
und i2r an die Radpaareinheit A, die die Funktionen der Verarbeitungseinheit
durchführt, übermittelt
werden. In einer zweiten Ergänzung
weist die Pedaleinheit Ausgangsleitungen 604 und 606 auf, über die
Ersatzsteuergrößen i3r
und i4r an die Radpaareinheit B übermittelt
werden. Die Radpaareinheit A ist potentialgetrennt an das Kommunikationssystem
K2 angebunden, da sie ist im Gegensatz zum Kommunikationssystem
K2 an das Bordnetz E1 angeschlossen ist. Sie empfängt die
achsspezifischen Führungsgrößen von
der Pedaleinheit sowie die Geschwindigkeitssignale n3 und n4 und
gemäß einem
alternativen Ausführung
die Istwerte F3i und F4i von der Radpaareinheit B. Die Radpaareinheit
A sendet über
das Kommunikationssystem ihr Fehlersignal dA sowie die radindividuellen
Führungsgrößen F3 und
F4 für
die Radpaareinheit B. Ferner liest die Radpaareinheit A die für die übergeordneten
Funktionen notwendigen Größen sowie
die Meßgrößen der zugeordneten
Räder ein.
Sie steuert in oben geschilderter Weise die Aktoren 1 und 2 der
zugeordneten Radbremsen an. Die Radpaareinheit B ist an das Bordnetz
E2 angeschlossen ist. Sie empfängt über das
Kommunikationssystem achsspezifische und radindividuelle Führungsgrößen (FV,
FH, F3, F4) und sendet über
das Kommunikationssystem ihr Fehlersignal dB, die Geschwindigkeitssignale
n3 und n4 der zugeordneten Räder,
und ggf. Istwerte F3i und F4i bzgl. der eingestellten Bremskräfte bzw.
Bremsmomente. In einem alternativen Ausführungsbeispiel verbinden ergänzend Leitungen 608 und 610 die Radpaareinheit
A mit der Radpaareinheit B. Über
diese Leitungen sendet die Radpaareinheit A ggf. Steuersignale sB1
und sB2 zur Unterbrechung der Energieversorgung der Radpaareinheit
B. Ferner erfaßt die
Radpaareinheit B die relevanten Größen der zugeordneten Räder und
Radbremsen und steuert die Aktoren der zugeordneten Radbremsen entsprechend
der vorstehenden Beschreibung.
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In 11 ist
die Pedaleinheit dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Pedaleinheit
gemäß 2 dadurch,
daß an
den Mikrocomputer P1 kein Kommunikationssystem, sondern die Ein-
bzw. Zweidrahtverindung 600 und 602 zur Übermittlung der
Ersatzgrößen angeschlossen
ist. In einer Ergänzung
sind an den Mikrorechner P2 die Leitungen 604 und 606 angeschlossen,
die die Ersatzgrößen an die Radpaareinheit
B übermitteln.
Neben den anhand 2 dargestellten Funktionen zur
Berechnung der Führungsgrößen FV und
FH werden abhängig
vom Bremswunsch Ersatzgrößen i1r
und i2r berechnet, die im Fehlerfall wirken. Bei Ausfall des Kommunikationssystems
dienen diese Signale als Ersatzführungsgrößen für die Bremskraft-
bzw. Bremsmomentenregelung. Bei Fehlern innerhalb der Mikrocomputer
der Radpaareinheit A sind i1r und i2r Ersatzstellgrößen für die Leistungselektronik
der durch die Fehlfunktion betroffenen Aktoren. Die Signale i1r
und i2r werden nach der anhand 7 beschriebenen
Vorgehensweise gebildet. Bei der Ergänzung bildet die Pedaleinheit
auch entsprechende Ersatzgrößen i3r und
i4r für
die Radpaareinheit B, die ihr im Fehlerfall zugeführt werden.
Diese Ersatzgrößen werden
in analoger Weise gebildet. Auch im Ausführungsbeispiel nach 11 diesen
unabhängige
Programme der Mikrocomputer wie anhand 2 beschrieben zur
Bestimmung der Sollgrößen bzw.
Ersatzgrößen sowie
der Fehlererkennung.
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12 zeigt
die Struktur der Radpaareinheit A, in der die Funktionen der Verarbeitungseinheit
integriert ist. Die Mikrocomputer RA1 und RA2 sind mit dem Bordnetz
E1 verbunden, so daß zu
dem vom Bordnetz E2 versorgten Kommunikationssystem K2 Potentialtrennung
notwendig ist. Ferner lesen die Mikrocomputer redundant die zugeordneten
Rad- bzw. Bremsmeßgrößen sowie
weitere Meßgrößen (Leitungen 68 bis 70)
ein. Ausgangsseitig ist die Gestaltung der Radpaareinheit A entsprechend 8.
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Die
Radpaareinheit übernimmt
zusätzlich
die Funktionen der Verarbeitungseinheit. Sie wird durch die Energiequelle
E1 versorgt und ist durch ein redundantes Mikrocomputersystem realisiert.
Die radindividuellen Drehzahlen n1 und n2, die Bremskräfte bzw.
Bremsmomente sowie die zur Durchführung der übergeordneten Funktionen notwendigen
Meßgrößen werden
ebenfalls redundant aufgeschaltet. In einer vereinfachten Ausführungsform
werden sowohl das Kommunikationssystem K2 als auch die Meßgrößen entsprechend
der Ausführung
nach 5 nur einkanalig erfaßt. Die Berechnungen für die übergeordneten
Funktionen wie auch für
die Bremskraft- bzw. Bremsmomentenregelungen werden in beiden Mikrocomputern
durchgeführt.
Die Ergebnisse werden über
den Kommunikationskanal ausgetauscht und bei Nichtübereinstimmung
eine Fehlerbotschaft abgesetzt. Bei Inkonsistenz der Ergebnisse
einer Regelfunktion wie auch Ausbleiben des Triggersignals einer
Watchdog-Einheit
wird durch die Signale ra1 bzw. ra2 auf die Ersatzgröße der betroffenen
Einheit i1r bzw. i2r umgeschaltet. Beide Ersatzgrößen werden
im fehlerfreien Betrieb durch die Mikrocomputer RA1 bzw. RA2 periodisch
erfaßt.
während
ihres proportionalen Zusammenhangs mit den achsspezifischen Führungsgrößen wird
die Korrektheit durch Vergleich mit diesen Führungsgrößen überprüft. Führt ein Fehler in einer Leistungselektronik
zu einer ungewollten Ansteuerung eines Aktors, so kann dies mittels
einer Plausibilitätsprüfung zwischen
Stell- und Regelgröße erkannt
werden. In diesem Fall wird die Energieversorgung der Leistungselektronik
vom entsprechenden Mikrocomputer über eines der Steuersignale
sA1 bzw. sA2 unterbrochen. Zusätzlich
dazu übernimmt
die Radpaareinheit A die analytische Redundanz für die Funktionen der Radpaareinheit
B, falls diese einkanalig ausgeführt
ist (vgl. 5). Dazu werden zusätzlich die
Istmeßgrößen der Bremskräfte bzw.
Bremsmomente verarbeitet. Bei nicht konsistenten Ergebnissen erfolgt
eine Abschaltung der Energieversorgung innerhalb der Radpaareinheit
B vom Mikrorechner RA2 über
die Signale sB1 bzw. sB2 aus.
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Die
Radpaareinheit B ist in zweikanaliger Ausführung entsprechend 4 gestaltet.
In einkanaliger Ausführung
entspricht die Struktur der Radpaareinheit B der 5.
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Ferner
ist eine Ausführungsform
vorteilhaft, in der der Radpaareinheit B von der Pedaleinheit ebenfalls
Ersatzsteuergrößen zugeführt wird.
Entsprechend wird im Fehlerfall mittels der von der Radpaareinheit
A gebildeten Steuersignale sB1 bzw. sB2 nicht die Energieversorgung
der Leistungselektronik abgeschaltet, sondern auf die Ersatzgrößensteuerung
umgeschaltet. Die Radpaareinheit weist dann ausgangsseitig die in 8 dargestellte
Ausführung auf.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
werden die übergeordneten
Bremsfunktionen die Radpaareinheit A integriert, die im Fehlerfall
abgeschaltet wird. Der Informationsfluß von der Pedaleinheit zu den
weiteren Systemkomponenten erfolgt im Normalbetrieb über ein
Kommunikationssystem. Beide Radpaareinheiten verfügen über je zwei
unabhängige
Abschaltpfade zur Aktoransteuerung (Energieversorgung und Ersatzgröße). Bei
Ausfall des Kommunikationssystems ist weiterhin durch Verwendung
von Ersatzgrößen ein
geregelter Betrieb in der Radpaareinheit A möglich. Bei Fehlverhalten in
der Radpaareinheit A kann ein gesteuerter Bremsbetrieb durch die
gleichen Ersatzgrößen aufrecht
erhalten werden. Die Radpaareinheit B besitzt durch einen redundanten
Aufbau ein entsprechendes Fehlerverhalten. Bei einkanaliger Realisierung
der Radpaareinheit B wird das Fehlerverhalten durch eine analytische
Redundanz in der Radpaareinheit A sichergestellt. Ferner kann diese
Ausführungsform
dahingehend erweitert werden, daß im Fehlerfall auch bzgl.
der Radpaareinheit B ein gesteuerter Bremseneingriff über die
Ersatzgröße möglich ist.
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Neben
der Anwendung des erfindungsgemäßen elektronischen
Bremssystems bei elektromotorischen Bremsen kann das Brems system
auch bei elektrisch gesteuerten hydraulischen oder pneumatischen
Bremsanlagen eingesetzt werden.
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Die
geschilderten Einheiten sind in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
als einzelne Steuergeräte
realisiert, die in der Nähe
der entsprechenden Komponenten (Radbremsen, Bremspedal, etc.) angeordnet
sind. In anderen Ausführungsbeispielen können die
Einheiten auch in beliebiger Zusammensetzung in einem oder mehreren
Steuergeräten
zusammengefaßt
werden.