IP Portfolio B2
IBS 2. Generation – Hochdynamische Drucksteuerung (HDS 2.0)
Im Jahr 2015 entwickelte IPGATE innerhalb von nur zwölf Monaten 36 unabhängige Erfindungen in fünf Patentfamilien (E141–E146). Aufbauend auf den Grundlagen aus Portfolio A, insbesondere dem MUX-Multiplexverfahren (E87) und der hochdynamischen Drucksteuerung der ersten Generation (HDS 1, E102), markieren diese Erfindungen den evolutionären Sprung zur zweiten Generation des 1-Box-elektrohydraulischen Bremssystems (IBS2). Vier Innovationssäulen definieren diesen Sprung: die hochdynamische Drucksteuerung HDS 2, das selbstüberwachende Bremssystem SMBS, eine radikale Ventilreduktion durch bidirektionale Einlassventile sowie ECU-integrierte Sensorlösungen.
Übersicht der Patente – 2015
Säule 1: HDS 2: Hochdynamische Drucksteuerung der 2. Generation
IPGATE führte mit HDS 2 (E141, 12 Erfindungen) die zweite Generation der hochdynamischen Drucksteuerung ein, eine Erweiterung des in E102 definierten HDS-Verfahrens (Portfolio A) auf volle Freiheitsgrade. Während HDS 1 (E102) den Fokus auf eine feindosierte Druckeinstellung mittels einer kaskadierten Regler Struktur mit Kolbenweg- und Kolbengeschwindigkeitsregelung über Einlassventile (sequentiell, simultan oder teilsimultan) legte, erweitert HDS 2 das Regelkonzept um eine zusätzliche Zeitsteuerung oder PWM-Steuerung der Auslassventile. Dieser zweite Freiheitsgrad ermöglicht erstmals die gleichzeitige Druckerhöhung und -absenkung in verschiedenen Radbremsen. Die Regelarchitektur wurde ferner auf drei Fördereinrichtungstypen erweitert: Plunger (HDS 2.1), Doppelhubkolben (HDS 2.2) und Rotationspumpe (HDS 2.3).
E145 und E146 überführen die Regelung in vollständige Bremssysteme: E145 als Schwimmkolben-BBW mit integrierter HDS 2, E146 als Doppelhubkolben-System mit bidirektionaler Druckregelung über Vor- und Rückhub, modellbasierter pV-Steuerung und Hochdruck-Entlastung ≥100 bar. Zusammen bilden diese drei Familien das Fundament einer softwaredefinierten Druckarchitektur für Torque Vectoring und autonomes Fahren. Ca. 22 der 36 Erfindungen entfallen auf diese Säule.
Säule 2: Ventilreduktion: Kostenoptimierte Systemarchitektur
Die erweiterten HDS-Freiheitsgrade ermöglichen eine radikale Reduktion der Ventilanzahl. Zur Anwendung von HDS 2 auf den Doppelhubkolben (DHK) konfigurierte IPGATE das DHK-Konzept neu: Magnetventile geben den Druck durch präzise Volumensteuerung aus einer oder zwei Arbeitskammern an den Vorratsbehälter ab. E146 beansprucht bidirektionale Einlassventile mit nur einem Auslassventil pro Bremskreis, eine 50%-Reduktion der Auslassventile. Druckauf- und -abbau erfolgen weiterhin präferiert über Einlassventile im geschlossenen Bremskreis, können aber für Sonderfälle oder spezielle neue Funktionen (ABS auf high-m, Bremsen mit Lenkungseingriffen) auch in bestimmten Fällen über Auslassventile erfolgen, entweder zeitgesteuert oder feindosiert über PWM. E145 stellt auch eine Lösung da, wo über nur ein Auslassventil für zwei Radbremsen eines Bremskreises (Vorderachse) abgebaut wird, der Druckabbau erfolgt dann mit minimalem Aufwand von zwei Radbremsen (z.B. der Vorderachse) über nur ein Auslassventil. Ca. 3 Erfindungen.
Säule 3: SBS: Selbstüberwachendes Bremssystem
Ein zentraler Schwerpunkt lag auf fortschrittlicher Systemdiagnose während des Fahrbetriebs. Anstelle von Pre-Drive-Checks überprüft das SMBS (E142, 5 Erfindungen) die Ventil- und Dichtungsintegrität nach jedem Bremsvorgang in drei Modi: BED (~5 bar, nach jeder Bremsung), CSD (10–20 bar, Stillstand) und PSD (bis 100 bar, Parkzustand). Rein softwarebasiert, ohne zusätzliche Hardware, senkt dies die Ausfallwahrscheinlichkeit auf 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr. E145 und E146 erweitern die Diagnose um THZ-Schwimmkolben-Prüfungen im Fahrbetrieb und Parkzustand, erstmals wird damit auch die mechanische Rückfallebene vollständig überwacht. Ca. 8 Erfindungen.
Säule 4: Sensorik: ECU-integrierte Sensorlösungen
E144 (3 Erfindungen) entwickelt die Sensorik-Grundlagen aus IP Portfolio A weiter. Die modulare 1-Box-Architektur mit Queranordnung von Hauptbremszylinder und Druckversorgung wurde zum Standardprinzip heutiger Brake-by-Wire-Systeme. Die ECU-integrierten Pedalweg- und Kolbenpositionssensoren sitzen direkt auf der Steuergeräteplatine: Zahnstangen-Zahnrad-System mit Mikrometer-Auflösung sowie berührungslose Flussleitstück-Variante. Separate Messpfade für Pedal und Kolben schaffen die Redundanz für SAE L4/L5.
Strategische Bedeutung
IPGATE hat die Zukunft erneut früh vorweggenommen. Viele dieser 2015 entwickelten Konzepte insbesondere HDS 2 sowie SMBS sind heute Schlüsselelemente der zweiten Generation von 1-Box-Systemen führender globaler Tier-1-Zulieferer. Das Portfolio adressiert die zentralen Anforderungen von Produkten, die in großer Stückzahl produziert werden, wo Kosten und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen und Autonomes Fahren von SAE Stufe 3 bis 5 vorbereitet wird. Geringe Ausfallwahrscheinlichkeit durch lückenlose Selbstdiagnose, neue Freiheitgrade in der feindosierten Druckeinstellung für Torque Vectoring und Rekuperation, Kosteneffizienz durch radikale Ventilreduktion, sowie integrierte Sensorik für Kostenreduktion und Zuverlässigkeit. Patente erteilt in den strategisch wichtigsten Märkten: USA, China, Europa, Japan und Deutschland.
