Einleitung

Die Patentanmeldung E147 (WO 2016/146224 A1, Offenlegung 22.09.2016, Anmelder: IPGATE AG, Erfinder: Heinz Leiber, Dr. Thomas Leiber, Anton van Zanten) beschreibt eine Betätigungsvorrichtung für eine Fahrzeugbremsanlage mit einer neuartigen Sicherheits- und Regelarchitektur für Brake-by-Wire Systeme.

Die zentrale Innovation besteht darin, dass der Bremsdruck nicht direkt, sondern über eine Kombination aus Volumensteuerung (ΔV) und Zeitsteuerung (Δt) der Einlassventile geregelt wird. Bei der Zeitsteuerung wird insbesondere die Lehre der Patentanmeldung E102DE3 und E102DE4 eingesetzt, d.h. ein (teil)simultaner Druckaufbau kann realisiert werden und ein Ventil wird geschlossen, wenn gemäß der Vorhersage eines Druckmodells ein bestimmter Druck erreicht wird. Hier wird die Schließzeit des Ventils noch berücksichtigt.  Der Innenraum (Ankerraum) des Einlassventils ist dabei hydraulisch mit dem Bremskreis verbunden, während der Ventilsitzauslass zur Radbremse führt. Diese „umgekehrte“ Ventilverschaltung ermöglicht eine rein volumen- und zeitgesteuerte Druckregelung beim Druckaufbau. Zudem kann der Druck in der Radbremse gehalten werden, selbst wenn der Druck der Druckversorgung niedriger ist als der Radbremsdruck, ein Freiheitsgrad, der bei konventioneller Verschaltung mit Rückschlagventilen nicht gegeben ist.

In Systemen mit Rückschlagventilen parallel zum Einlassventil stellt sich in der Radbremse stets mindestens der von der Druckversorgung vorgegebene Druck ein: Sinkt der Vordruck, gleicht sich der Radbremsdruck über das Rückschlagventil automatisch nach unten an. Ein gezieltes Halten eines höheren Drucks in der Radbremse gegenüber dem Vordruck ist daher nicht möglich. Bei konventioneller Verschaltung funktioniert die Druckregelung nur in eine Richtung: Ist der Vordruck höher als die Radbremsdrücke, können die Radbremsdrücke auf unterschiedlichen Niveaus gehalten und über PWM-Steuerung bedarfsgerecht erhöht werden, wie es etwa bei der elektrischen Bremskraftverteilung (EBV), oder beim regenerativen Bremsen genutzt wird. Soll jedoch beim Druckabbau an mindestens einer Radbremse der Druck an den übrigen Radbremsen gehalten werden, ist dies mit Rückschlagventilen nicht realisierbar.

Die Möglichkeit des Druckhaltens bei gleichzeitigem Druckabbau ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein asymmetrischer Bremsdruck bei abnehmendem Gesamtdruckniveau eingestellt werden soll. Dies ist bei modernen Fahrdynamikfunktionen wie Torque-Vectoring, Bremsen mit gleichzeitigem Lenken über die Bremse oder regenerativem Bremsen mit radselektiver Drucksteuerung äußerst dienlich. Die E147-Verschaltung eröffnet damit einen wesentlichen neuen Freiheitsgrad in der Druckregelung. Jedoch entfällt der Freiheitsgrad der PWM-Druckregelung beim Druckaufbau, dafür kann beim Druckabbau PWM gegelet wreden.

Voraussetzung für diese technische Lösung sind idealerweise zuziehfeste druckausgeglichene Ventile, wie sie in späteren Innovationen weiterverfolgt werden. Es können aber auch Standardeinlassventile eingesetzt werden, sofern die Druckaufbaudynamik begrenzt wird, um ein unbeabsichtigtes hydraulisches Zuziehen der Ventile durch hochdynamische Durchströmung infolge fluiddynamischer Kräfte zu verhindern. Die Begrenzung kann auf zwei Wegen erfolgen: entweder durch passive Drosselelemente, welche den Volumenfluss physisch begrenzen, oder softwareseitig durch Volumenflusslimitierung, beispielsweise über eine Drehzahlbegrenzung des Antriebsmotors der Druckversorgung.

Der Entfall der PWM-Druckregelung beim Druckaufbau erfordert ein Umdenken in der Regelstrategie, stellt aber keine echte Einschränkung dar. Da der Druckaufbau rein über Volumensteuerung erfolgt, muss der Differenzdruck über den Plunger gesteuert werden: Soll der Druck feindosiert angehoben werden, fährt der Plunger auf ein niedrigeres Druckniveau zurück, während die Einlassventile der übrigen Radbremsen in der Druckaufbauphase zeitweise geschlossen werden. Dies ist möglich, weil die Ventile bei der E147-Verschaltung nicht automatisch durch Differenzdruck geöffnet werden. Soll in dieser Phase ein gehaltener Druck abgebaut werden, geschieht dies über PWM-oder Zeitsteuerung der Einlass- oder Auslassventile. Für diese Ventiltopologie können Druckregelverfahren wie MUX (→ Patentfamilie E87), HDS1 (→ Patentfamilie E102) oder HDS2 (→ Patentfamilien E141, E145, E146) eingesetzt werden.