DE102007035326A1

DE102007035326A1 - Sensorkonzept für eine elektrisch betätigte Bremse

Info

Publication number: DE102007035326A1
Application number: DE102007035326A
Authority: DE
Inventors: Peter Blessing; Werner Harter; Stefan Strengert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: FR2919250A1; GB0813423D0; JP2009029416A; GB2451559B; GB2451559A; FR2919250B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere eine elektrisch betätigte Kfz-Bremse mit einem Bremspedalsensor (6a, 6b) zum Aufnehmen eines Bremswunsches, ein mit dem Bremspedalsensor (6a, 6b) verbundenes Steuergerät (4a, 4b) und wenigstens einem Bremsaktuator (5a-5d), der vom Steuergerät (4a, 4b) entsprechend dem Bremswunsch angesteuert wird. Die Ausfallsicherheit der Bremse kann wesentlich verbessert werden, wenn wenigstens zwei Bremspedalsensoren (6a, 6b) vorgesehen sind, die jeweils einem Steuergerät (4a, 4b) zugeordnet sind, wobei die Steuergeräte (4) über eine Datenverbindung (8) miteinander verbunden sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kfz-Bremse, insbesondere eine elektrisch betätigte Bremse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Fahrzeugen mit einer herkömmlichen hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlage besteht ein mechanischer Durchgriff zwischen dem Bremspedal und den einzelnen Radbremsen. Im Gegensatz dazu wird bei elektrisch betätigten Bremsanlagen der Bremswunsch des Fahrers sensorisch erfasst und von einem Steuergerät ausgewertet, das die Bremsaktuatoren, wie z. B. am Bremssattel angeordnete Elektromotoren (Motor an Caliper), entsprechend dem Fahrerwunsch ansteuert. Aus Sicherheitsgründen ist es vorgeschrieben, die Sensorik redundant auszuführen. Aber selbst bei redundanter Sensorik kann die Bremsanlage ausfallen, da das Steuergerät nur eingeschränkt zwischen falschen und richtigen Messwerten unterscheiden kann. Darüber hinaus kann im schlimmsten Fall auch das Steuergerät selbst fehlerhaft sein und ausfallen. Bekannte Bremsanlagen sind derzeit nicht in der Lage, solche Störungen ohne Probleme zu meistern.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Störsicherheit einer elektrisch betätigten Kfz-Bremsanlage weiter zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, mehrere Bremspedalsensoren vorzusehen, die jeweils den Bremswunsch aufnehmen, und die Bremspedalsensoren unterschiedlichen Steuergeräten zuzuordnen, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind. Somit können Informationen betreffend den Bremswunsch oder die Funktionsfähigkeit der Sensoren untereinander ausgetauscht werden. Nach Ausfall eines der Sensoren stehen dem zugehörigen Steuergerät somit immer noch die Informationen eines anderen, an einem anderen Steuergerät angeschlossenen Sensors zur Verfügung. Bei Ausfall eines der Steuergeräte ist darüber hinaus nicht die gesamte Bremsanlage betroffen. Die Zuverlässigkeit des Bremssystems kann somit wesentlich verbessert werden.
Die Datenverbindung zwischen den einzelnen Steuergeräten ist vorzugsweise als ein Datenbus realisiert.
Jedes der Steuergeräte ist vorzugsweise einem Bremskreis mit einem oder mehreren Bremsaktuatoren zugeordnet.
Die erfindungsgemäßen Bremspedalsensoren messen vorzugsweise unterschiedliche physikalische Größen, wie z. B. Pedalkraft und Pedalweg. D. h. der an einem ersten Steuergerät angeschlossene Sensor misst z. B. die Kraft und der an einem anderen Steuergerät angeschlossene Sensor z. B. den Weg. Alternativ könnte auch ein Winkel oder eine andere physikalische Größe gemessen werden, die für die Betätigung des Bremspedals charakteristisch ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an wenigstens einem der Steuergeräte ein zusätzlicher Bremspedal-Zustandssensor vorgesehen, der zumindest zwei unterschiedliche Bremszustände, wie z. B. „Bremse betätigt" und „Bremse nicht betätigt" erkennen kann. Im einfachsten Fall ist der Zustandssensor ein Schalter, wie z. B. der Bremslichtschalter. Vorzugsweise ist an sämtlichen Steuergeräten ein zusätzlicher Bremspedal-Zustandssensor angeschlossen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind die einem Steuergerät zugeordneten Bremspedalsensoren redundant ausgeführt, wobei an einem Steuergerät in diesem Fall wenigstens zwei Bremspedalsensoren angeschlossen sind. Dadurch kann die Zuverlässigkeit des Systems nochmals verbessert werden. Die redundanten Sensoren können ebenfalls unterschiedliche physikalische Größen messen.
Die Bremspedalsensoren sind vorzugsweise als Hall-Sensoren realisiert. Diese Ausführung ist besonders einfach und kostengünstig.
Die einzelnen Steuergeräte führen vorzugsweise eine Plausibilitätsprüfung der einzelnen Sensorsignale durch. Dabei kann in bekannter Weise eine Absolutwert- oder Gradientenüberprüfung durchgeführt werden. Die Sensorsignale der an einem einzigen Steuergerät angeschlossenen Sensoren werden vorzugsweise auch untereinander verglichen. D. h. das Signal des Bremspedalsensors wird z. B. mit dem Signal des Bremspedal-Zustandssensors verglichen. Bei Feststellen eines Fehlers kann der entsprechende Messwert von einem der anderen Steuergeräte über die Datenverbindung eingelesen werden. Somit ist es möglich, die Bremsfunktion weiter aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus ist es auch möglich, den defekten Sensor in den meisten Fällen genau zu lokalisieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn nur ein einzelner Sensor defekt ist.
Im Versorgungspfad der Bremspedalsensoren ist vorzugsweise ein Schalter vorgesehen, mittels dessen die Sensoren im Stillstand des Fahrzeugs stromlos geschaltet werden können. Dadurch kann die Ruhelast erheblich reduziert werden.
Das Signal der Bremspedal-Zustandssensoren wird vorzugsweise als Wecksignal zum Aktivieren des zugehörigen Steuergeräts verwendet. Wenn nicht bereits andere Wecksignale, wie z. B. das einer Funkfernbedienung, des Türkontakts oder der Zündung das Steuergerät geweckt haben, erfolgt das Wecken bei der ersten Betätigung der Bremse durch den Bremspedal-Zustandssensor. Falls gerade dieser Bremspedal-Zustandssensor defekt ist und der Fehler erkannt wurde, wird das zugehörige Steuergerät vorzugsweise über ein anderes Steuergerät geweckt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung einer elektrisch betätigten Bremsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Blockdarstellung einer elektrisch betätigten Bremsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Blockdarstellung einer elektrisch betätigten Bremsanlage mit zwei Bremskreisen in einer detaillierteren Ansicht, und
4 eine schematische Blockdarstellung einer elektrisch betätigten Bremsanlage mit drei Bremskreisen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine elektrisch betätigte Kfz-Bremsanlage mit zwei Bremskreisen 9a, 9b. Die dargestellte Bremsanlage umfasst ein Fuß-Bremspedal 1 und zwei Sensoreinrichtungen 2a, 2b, mit denen die Pedalbetätigung aufgenommen wird. Jede Sensoreinrichtung 2a, 2b kann dabei einen oder mehrere Sensoren umfassen. Jeder Sensoreinrichtung 2a, 2b ist ein eigenes Steuergerät 4a, 4b zugeordnet, an das die Sensorsignale weitergeleitet werden.
Die Bremsanlage umfasst ferner mehrere Bremsaktuatoren 5a, 5b bzw. 5c, 5d, die von den Steuergeräten 4a, 4b entsprechend dem Bremswunsch des Fahrers angesteuert bzw. geregelt werden. Je zwei Aktuatoren 5a, 5b bzw. 5c, 5d gehören zu einem Bremskreis 9a bzw. 9b. Die beiden Bremskreise 9a, 9b können beispielsweise in X-Aufteilung angeordnet sein.
Die Sensoren 2a, 2b und die zugehörigen Steuergeräte 4a bzw. 4b werden von unterschiedlichen Bordnetzen 3a, 3b mit elektrischer Leistung versorgt. Jedes der Bordnetze 3a, 3b umfasst vorzugsweise einen eigenen Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie, der auch im Notfall eine ausreichende Energieversorgung sicherstellt.
Die beiden Steuergeräte 4a, 4b sind über einen Datenbus 8 miteinander verbunden, über den insbesondere die Sensorsignale bzw. entsprechende Informationen ausgetauscht werden können. Darüber hinaus können z. B. auch Informationen über die Funktionsfähigkeit der Sensoren 2a, 2b übertragen werden.
Bei einem Sensorfehler eines Sensors (z. B. 2a) stehen dem betreffenden Steuergerät 4a somit die Sensorsignale der anderen Sensoren 2b zur Verfügung. Der vom Fehler betroffene Bremskreis (9a) fällt somit nicht aus und kann weiter betrieben werden. Darüber hinaus ist es mittels der zusätzlichen, über den Datenbus 8 empfangenen Sensorinformation in den meisten Fällen möglich, den fehlerhaften Sensor (2a) zu lokalisieren.
2 zeigt die Bremsanlage von 1 mit weiteren Details. Die Bremsanlage umfasst wiederum zwei Bremskreise 9a, 9b, wobei jedem der Bremskreise 9a, 9b ein Bremspedalsensor 6a, 6b, sowie ein zusätzlicher Bremspedal-Zustandssensor 7a, 7b zugeordnet ist. Die Bremspedalsensoren 6a, 6b messen eine physikalische Größe, die das Ausmaß der Pedalbetätigung charakterisiert (quantitative Messung). Dabei kann es sich beispielsweise um den Weg, einen Winkel, eine Kraft oder eine andere geeignete physikalische Größe handeln. Es hat sich gezeigt, dass die Zuverlässigkeit der Sensorik weiter verbessert werden kann, wenn die Sensoren 6a, 6b unterschiedliche Größen, wie z. B. Kraft und Winkel, messen.
Bei den Bremspedal-Zustandssensoren 7a, 7b handelt es sich um Sensoren, die zumindest zwei unterschiedliche Bremszustände, wie z. B. „Bremsen" und "nicht Bremsen" unterscheiden können. Im einfachsten Fall sind diese Sensoren 7a, 7b daher als Schalter realisiert.
Im Betrieb führen die Steuergeräte 4a, 4b regelmäßig eine Plausibilitätsüberwachung der Sensorsignale durch. Dabei kann in bekannter Weise z. B. der Absolutwert der Signale überprüft oder eine Gradientenüberwachung der einzelnen Signale durchgeführt werden. Die jeweils einem Steuergerät 4a bzw. 4b zugeordneten Sensoren 6a, 7a bzw. 6b, 7b werden vorzugsweise auch untereinander (d. h. das Signal des Sensors 6a mit demjenigen des Sensors 7a) verglichen. Dadurch können weitere Sensorfehler erkannt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Signale der an einem Steuergerät 4a bzw. 4b angeschlossenen Sensoren 6a, 7a bzw. 6b, 7b mit denjenigen der am anderen Steuergerät (z. B. 4b angeschlossenen Sensoren 6b, 7b) zu vergleichen. Dadurch können weitere Sensorfehler oder Signaldriften erkannt werden. Darüber hinaus stehen dem vom Fehler betroffenen Bremskreis 9a bzw. 9b noch die Sensorsignale des anderen Bremskreises (z. B. 9b) zur Verfügung, so dass derjenige Bremskreis nicht ausfällt.
Durch einen Mehrheitsentscheidung, d. h. es werden jeweils die Sensorsignale dreier Sensoren (z. B. 7a, 6b, 7b) mit demjenigen eines vierten Sensors (z. B. 6a) verglichen, kann darüber hinaus der defekte Sensor relativ gut lokalisiert werden. Entsprechendes gilt natürlich auch für Bremsanlagen mit drei oder mehr als vier Sensoren.
Bei Feststellen eines Fehlers wird vorzugsweise ein Warnsignal generiert und der Fahrer mittels einer geeigneten Anzeigeeinrichtung, wie z. B. einem Kontrolllämpchen, über den Fehler informiert. Der Fehler kann somit in einer Werkstatt schnell behoben werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Bremspedal-Zustandssensoren 7a und 7b gleichzeitig eine Weckfunktion, mittels derer das zugehörige Steuergerät 4a aus einem Bereitschaftszustand in den normalen Betriebszustand überführt werden kann. Bei heutigen Fahrzeugen werden viele elektronische Komponenten bei Stillstand des Fahrzeugs in einen Ruhe- bzw. Bereitschaftszustand überführt. Durch einen bestimmten Aktivierungsvorgang, wie z. B. das Betätigen der Funk-Fernbedienung der Zentralverriegelung, das Öffnen der Tür, das Anlassen des Motors, etc. werden diese Komponenten wieder in den normalen Betriebszustand überführt. Das „Wake-up-Signal" für das Steuergerät 4a wird hier durch Betätigung des Fuß-Bremspedals generiert, wenn der Sensor 7a seinen Signalzustand ändert. Wenn der Zustandssensor 7a defekt ist, kann das Steuergerät 4a auch mittels eines über den Datenbus 8 übertragenen Signals geweckt werden.
3 zeigt die Bremsanlage der 1 und 2 mit weiteren Details. Wie zu erkennen ist, umfasst jeder Bremskreis zwei redundant ausgeführte Bremspedalsensoren 6a, 6a' bzw. 6b, 6b'. Die Sensoren 6a, 6a' sind Hall-Sensoren, die im vorliegenden Beispiel einen Winkel messen. Der zugehörige Geber, ein Permanentmagnet 12, ist am Bremspedal 1 befestigt. Die Sensoren 6b, 6b' sind als Kraft-Sensoren realisiert und messen die Bremskraft, die über ein Feder-Dämpfer-System mit Federn 13 und Dämpfern 14 auf die Sensoren 6b, 6b' übertragen wird. Jeder der Bremskreise umfasst ferner einen Schalter 7a, 7b, die ihren Zustand bei Betätigung des Bremspedals 1 ändern. Im Versorgungspfad der Bremspedalsensoren 6 ist jeweils ein Schalter 10 vorgesehen, der dazu dient, die Sensoren im Stillstand des Fahrzeugs auszuschalten und somit den Ruhestrom zu reduzieren. Die Schalter 10 können z. B. von den zugehörigen Steuergeräten 4a, 4b angesteuert werden. Im Signalausgang 15 der Sensoren ist ferner ein Verstärker 11 vorgesehen, mittels dessen das jeweilige Sensorsignal verstärkt wird.
4 zeigt eine andere Bremsanlage, die in drei Bremskreise 9a–9c aufgeteilt ist. Jeder Bremskreis 9a–9c umfasst wiederum ein Steuergerät 4a–4c und einen oder mehrere Bremsaktuatoren (nicht gezeigt). Am Steuergerät 4a ist ein Bremspedalsensor 6a, am Steuergerät 4b ein Bremspedalsensor 6b und am Steuergerät 4c ein Bremspedal-Zustandssensor 7a angeschlossen. Jedes der Steuergeräte 4a–4c ist mit jedem anderen Steuergerät über einen eigenen Datenbus 8a–8c verbunden. Dadurch ist es wiederum möglich, die Signale untereinander zu vergleichen und somit Sensorfehler zu erkennen. Bei Bestehen eines Fehlers können darüber hinaus die Signale der funktionsfähigen Sensoren genutzt werden.

Claims

Bremsvorrichtung, insbesondere eine elektrisch betätigte Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Bremspedalsensor (6a, 6b) zum Aufnehmen eines an einem Bremspedal (1) ausgeübten Bremswunsches und ein mit dem Bremspedalsensor (6a, 6b) verbundenes Steuergerät (4a, 4b), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Bremspedalsensoren (6a, 6b) vorgesehen sind, die jeweils einem Steuergerät (4a, 4b) zugeordnet sind, und dass die Steuergeräte (4a, 4b) über eine Datenverbindung (8) miteinander verbunden sind.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (4a, 4b) dazu ausgelegt sind, Informationen betreffend den Bremswunsch oder die Funktionsfähigkeit der Sensoren (6, 7) über die Datenverbindung (8) auszutauschen.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung (8) ein Datenbus ist.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem der Steuergeräte (4a, 4b) ein zusätzlicher Bremspedal-Zustandssensor (7a, 7b) vorgesehen ist, der zumindest zwei unterschiedliche Bremszustände erkennen kann.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bremspedal-Zustandssensoren (7a, 7b) vorgesehen sind, die jeweils einem Steuergerät (4a, 4b) zugeordnet sind.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bremspedal-Zustandssensor (7a, 7b) als Bremslichtschalter realisiert ist.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (4a, 4b) jeweils einem Bremskreis zugeordnet sind.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalsensoren (6a, 6b) als Hall-Sensoren realisiert sind.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalsensoren (6a, 6b) wenigstens eines Steuergerätes (4a, 4b) redundant ausgeführt sind.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalsensoren (6a, 6b) unterschiedliche physikalische Größen messen.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (4a, 4b) eine Plausibilitätsprüfung der Sensorsignale der Bremspedalsensoren (6a, 6b) und/oder der Bremspedal-Zustandssensoren (7a, 7b) durchführen.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich mit dem Sensorsignal eines anderen, am anderen Steuergerät (4a, 4b) angeschlossenen Sensors (6, 7) durchgeführt wird.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellen eines Fehlers der entsprechende Messwert von einem anderen Steuergerät (4a, 4b) über die Datenverbindung (8) gelesen wird.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Plausibilitätsprüfung das Messsignal eines Sensors (6,7) mit dem Signal eines anderen, am selben Steuergerät (4a, 4b) angeschlossenen Sensors (6,7) verglichen wird.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (4a, 4b) von verschiedenen Netzen (3a, 3b) mit elektrischer Leistung versorgt werden.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Netze (3a, 3b) jeweils einen separaten Energiespeicher aufweisen.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bremsaktuator (5a–5d) enthalten ist, der vom Steuergerät (4a, 4b) entsprechend dem Bremswunsch angesteuert wird.