21.04.2015

SMBS – Selbstüberwachendes Bremssystem mit automatischer Leckage- und Ventildiagnose

Einführung – SMBS Patentfamilie E142

Die Patentfamilie E142 (DE 10 2015 106 089 A1, Priorität 21.04.2015, IPGATE AG, Erfinder: Heinz Leiber, Dr. van Zanten) beschreibt das SMBS – Self-Monitoring Brake System, ein Diagnoseverfahren, das elektrohydraulische Bremssysteme zu selbstüberwachenden Systemen macht. Die Kernidee: Nach jedem Bremsvorgang wird automatisch die Dichtheit von Dichtungen und die Funktion von Magnetventilen geprüft, rein softwareseitig, ohne zusätzliche Hardware, bei niedrigen Drücken von typischerweise 5 bis 25 bar.

Fachöffentliche Validierung: Die SMBS-Diagnosekonzepte wurden am 25. Oktober 2017 auf dem VDI Wissensforum im Rahmen des Fachvortrags „X-Boost und IBS-Gen3 – Diagnosekonzepte für Fail-Operational Bremssysteme“ (Thomas Leiber, Christian Köglsperger, Carsten Hecker) erstmals einem internationalen Fachpublikum vorgestellt. Der Vortrag erzeugte ausgesprochen hohe positive Resonanz unter Branchenexperten und wurde als richtungsweisend für die Diagnosearchitektur moderner Bremssysteme bewertet.

Industrielle Umsetzung: Die in der E142-Patentfamilie geschützten Grundlehren sind heute integraler und bedeutender Bestandteil moderner 1-Box-Bremssysteme, wie Lizenznehmer von IPGATE bestätigt haben. Insbesondere hat ein führender europäischer Tier-1 mit signifikantem Marktanteil im Bereich integrierter Bremssysteme die Nutzung der SMBS-Grundlehren in Lizenzgesprächen akzeptiert, ein starker Beleg für die technische Relevanz und wirtschaftliche Bedeutung des Patentportfolios. Die Diagnosekonzepte adressieren ein fundamentales Sicherheitsbedürfnis, das mit zunehmender Verbreitung von Fail-Operational-Bremssystemen für autonomes Fahren (SAE Stufe 3 bis 5) immer kritischer wird.

Abbildung 1: Warum Fail Operational? – Evolutionsstufen der Fehlersicherheit

Problemstellung: Die auffälligste Schwachstelle elektrohydraulischer Bremssysteme sind schlafende Fehler (Sleeping Faults), insbesondere Undichtigkeiten an Dichtungen und Magnetventilen, die durch Verschleiß oder eingeschwemmte Schmutzpartikel entstehen. Ein konventioneller Pre-Drive Check (PDC) erkennt solche Fehler zwar prinzipiell, belastet jedoch die Komponenten mit zusätzlichen Druckzyklen und verdoppelt im Extremfall die Belastungszyklen der Dichtungen. Bei einem Bremssystem mit ca. 200.000 Betätigungen pro Jahr und bis zu 15 Ventilen pro System ist dies ein erheblicher Nachteil für die Lebensdauer. Für Fail-Operational-Bremssysteme, wie sie ab SAE Stufe 3 (HAD) zwingend erforderlich sind, ist die lückenlose Diagnose aller sicherheitsrelevanten Komponenten ohne zusätzliche Belastung daher von entscheidender Bedeutung.

Abbildung 2: Schlafende Fehler – Das Kernproblem bei ca. 15 Ventilen pro System

Lösung – Drei Diagnosemodi: Das SMBS führt die Diagnose zeitlich gestaffelt in drei Modi durch, die sich in Testfrequenz, Druckniveau und Testumfang unterscheiden:

Die BED (Brake End Diagnosis) wird am Ende jedes Bremsvorgangs noch während der Fahrt (v > 0) durchgeführt. Kurz vor Ende der Pedalbetätigung wird ein niedriger Bremsdruck von ca. 5 bar über eine Zeitdauer von ca. 0,2 Sekunden festgehalten und die Dichtheit der Bremskreise geprüft. Durch die sehr hohe Testfrequenz, nämlich Test bei jedem Bremsvorgang, wird die Ausfallwahrscheinlichkeit um mehrere Größenordnungen reduziert.

Die CSD (Complete Stop Diagnosis) erfolgt bei Fahrzeugstillstand, statistisch ca. 10 mal pro Stunde Bremsbetrieb. Der nach dem Abbremsen auf Null verbleibende Restdruck (10–20 bar) wird für eine erweiterte Testsequenz genutzt, die neben den Bremskreisen (Test A) auch den Hilfskolbenkreis (Test B), die Doppelhubkolben-Dichtungen (Test D) sowie alle geschlossenen Ventile (MV/RV1, VF, AVᴺₕₖ) auf Dichtheit prüft.

Die PSD (Parking Stop Diagnosis) findet beim Parkieren statt, statistisch ca. einmal pro Stunde Fahrzeit. Ohne Zeitbegrenzung können hier erweiterte Tests bei höheren Drücken (bis 100 bar) durchgeführt werden, um auch die Rückschlagventil-Drossel-Kombinationen und die zweite Hilfskolbendichtung zu prüfen, die bei CSD nicht erfasst werden. Damit ergibt sich eine lückenlose Dichtheitsprüfung aller Ventile und Dichtungen des Bremssystems.

Abbildung 3: Drei Diagnoseebenen D1–D2–D3 – Smarte Diagnose D3 als Kerninnovation E142

Vier Testtypen werden innerhalb der Diagnosemodi eingesetzt: Test A prüft die Bremskreise BK1 und BK2 auf Undichtigkeit über Druckverlaufsauswertung; Test B prüft den Hilfskolbenkreis durch gezielte Magnetventilansteuerung (ESV öffnen, WA schließen); Test C nutzt eine wegmessungsbasierte Diagnose über den Pedalwegsensor Slave bei drucklosen Bremskreisen; Test D überwacht die Doppelhubkolben-Dichtheit über die Kolbenpositionsüberwachung.

Sicherheitsbedeutung und Portfoliostruktur: Durch die Kombination der drei Diagnosemodi erreicht das SMBS eine Reduktion der Ausfallwahrscheinlichkeit auf 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr – ein Wert, der für Fail-Operational-Bremssysteme im autonomen Fahren (SAE Level 3–5) essentiell ist. Die qualitative Herleitung basiert auf der kaskadierenden Testfrequenz: Bei ca. 200.000 Bremsvorgängen pro Jahr wird die BED nach jeder Bremsung durchgeführt, was einer mittleren Fehleraufdeckungszeit von unter einer Minute entspricht. Ergänzend prüft die CSD statistisch ca. 10-mal pro Stunde Bremsbetrieb auch die Hilfskolben- und Ventilkreise. Die PSD vervollständigt die Diagnose bei Parkierung mit Hochdrucktests aller verbleibenden Komponenten. Die Kombination dieser drei Stufen mit unterschiedlicher Testtiefe und Testfrequenz (BED: höchste Frequenz/geringste Tiefe → PSD: niedrigste Frequenz/größte Tiefe) erzeugt eine mehrstufige Fehlererkennungskaskade, bei der die Wahrscheinlichkeit, dass ein sicherheitsrelevanter Fehler alle drei Diagnosestufen unerkannt passiert, auf die genannten 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr sinkt. Die Patentfamilie umfasst 6 Patente bzw. Anmeldungen (E142US, E142CN, E142CN1, E142DE, E142DE1, E142DE2) mit 7 unabhängigen Ansprüchen. Die Hauptanmeldungen decken das breite SMBS-Framework ab, während die Teilanmeldungen auf spezifische Aspekte fokussieren: CN1 auf die On-Drive BED-Diagnose bei v > 0, DE1 auf die Hilfskolben-Dichtungsarchitektur mit Leckflusskanal, und DE2 auf die BED-Spezifikation sowie ein systematisches Selbstüberwachungsprogramm mit Testsequenz T1–T4.

Zusammenfassung: SMBS-Patentportfolio

Die Patentfamilie E142 schützt ein dreistufiges Diagnosesystem (BED/CSD/PSD) mit vier Testtypen (A–D), das elektrohydraulische Bremssysteme zu selbstüberwachenden Systemen macht. Die 7 unabhängigen Ansprüche in 6 Schutzrechten decken ab: das SMBS-Basisverfahren (US, CN, DE), die schwellenwertbasierte On-Drive-Diagnose bei Fahrt (CN1), die Hilfskolben-Dichtungsarchitektur mit Leckflusskanal (DE1), die BED-Haltedruck-Spezifikation (DE2-A1) sowie das übergeordnete Selbstüberwachungsprogramm mit Testsequenz T1–T4 (DE2-A6). Die Kombination erreicht eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr – Voraussetzung für Fail-Operational-Bremssysteme im autonomen Fahren (SAE Level 3–5).

Gesamt-Keyword DE:

SMBS – Selbstüberwachendes Bremssystem mit automatischer Leckage- und Ventildiagnose

Gesamt-Keyword EN:

SMBS – Self-Monitoring Brake System with automatic leak and valve diagnosis

1. SMBS-Diagnosekategorien – BED / CSD / PSD

Die SMBS-Familie wird nach Diagnosemodus in drei sich ergänzende Kategorien differenziert:

2. Erfindungsübersicht – Diagnosemodi und Kernideen

Übersicht aller 7 unabhängigen Erfindungen mit Diagnosemodus-Zuordnung, Kurzbeschreibung und Keyword-Kurzbezeichnung.

2a. Familienübersicht – Jurisdictions und Status

Übersicht aller Familienmitglieder der Patentfamilie E142 (Stand: Februar 2026):