IP Portfolio B3
IBS 3. Generation – Schlüsseltechnologien für Brake-by-Wire
Ventilverschaltung · Doppelhub-DAP · 1-Box-Integration · SMSD-Diagnose
In der Innovationsphase von Ende 2015 bis Mitte 2016 entwickelte IPGATE innerhalb von nur sieben Monaten 22 unabhängige Erfindungen in vier Patentfamilien (E147–E150). Aufbauend auf den Grundlagen der Portfolios A und B2 – insbesondere dem MUX-Multiplexverfahren (E87), der hochdynamischen Drucksteuerung HDS 1 und HDS 2 (E102, E141, E145, E146) sowie dem selbstüberwachenden Bremssystem SMBS (E142) – adressiert Portfolio B3 vier entscheidende Schlüsseltechnologien, die den Weg zur Serienreife des Brake-by-Wire-Systems ebnen: eine innovative Ventilverschaltung für rückschlagventilfreie, fehlertolerante Druckregelung; eine Doppelhub-Druckversorgung (DAP) für simultane Zweikreis-Regelung; die physische Integration aller Komponenten in eine kompakte 1-Box-Architektur; sowie eine sensorbasierte On-Board-Diagnose für prädiktiv wartbare Systeme.
Übersicht der Patente – 2015/2016
Säule 1: Innovative Ventilverschaltung – Neue Sicherheitsarchitektur
IPGATE führte mit E147 (2 Erfindungen) eine grundsätzlich neue Ventilverschaltung für Brake-by-Wire-Systeme ein. Die zentrale Innovation besteht darin, dass der Ankerraum des Einlassventils hydraulisch mit dem Bremskreis verbunden ist, während der Ventilsitzauslass zur Radbremse führt – eine „umgekehrte“ Verschaltung gegenüber dem Stand der Technik seit Einführung des ABS 1978. Diese Architektur ermöglicht erstmals eine rein volumen- und zeitgesteuerte Druckregelung beim Druckaufbau (bidirektionale Volumen-PWM), bei der Rückschlagventile vollständig entfallen. Ein bei Energieausfall in der Radbremse eingeschlossener Überdruck wird durch den Ventilsitzdruck selbsttätig abgebaut – ein entscheidender Sicherheitsgewinn. Zudem können Radbremsdrücke gezielt gehalten werden, selbst wenn der Vordruck der Druckversorgung niedriger ist als der Radbremsdruck. Dieser Freiheitsgrad ist bei konventioneller Verschaltung mit Rückschlagventilen nicht gegeben und eröffnet neue Möglichkeiten für Torque-Vectoring, regeneratives Bremsen und radselektive Drucksteuerung. Patente erteilt in EP, US, JP; Verfahren in CN anhängig.
Säule 2: Doppelhub-Druckversorgung – Simultane Zweikreis-Regelung
E148 (4 Erfindungen) adressiert die Druckversorgungsseite mit einem beidseitig wirkenden Hubkolben (Doppelhubkolben, DAP – Dual-Action Piston). Zwei unterschiedlich dimensionierte Wirkflächen bilden zwei unabhängige Arbeitsräume, die über jeweils separate Hydraulikkreise gleichzeitig Druck aufbauen und abbauen können. Der Druckaufbau wird über eine Kolbenwegsteuerung auf Basis von Druck-Volumen-Kennlinien geregelt. Durch Umschaltventile kann gezielt über Arbeitsräume oder direkt über Auslassventile entlastet werden. Eine optionale Verbindungsleitung zwischen den Arbeitsräumen ermöglicht Druckausgleich und volumenbasierte Kreiskopplung. Ein einziger kompakter Doppelhubkolben ersetzt damit zwei separate Druckquellen – entscheidend für autonome Fahrzeugsysteme, die simultane, unabhängige Druckregelung in mehreren Kreisen erfordern. Mit 16 Familienmitgliedern in 10 Jurisdiktionen (EP, DE, FR, GB, NL, US, JP, KR, CN, IN) ist E148 international breit geschützt.
Säule 3: Integrierte 1-Box-Architektur – Vom Konzept zur Serienreife
Während E147 und E148 die Drucksteuerung und -versorgung als funktionale Einheiten optimierten, adressiert E149 (9 Erfindungen) die physische Integration aller Komponenten in ein einziges Gehäuse. Die Kernidee ist die parallele Anordnung von Druckversorgung (Plunger oder DAP) und Hauptbremszylinder in einer kompakten, modularen Baueinheit mit integrierter Elektronik und Ventilsteuerung. Die Familie umfasst Innovationen auf mehreren Ebenen: die Parallele Integrierte Bremsdruckeinheit (PIB) als Grundarchitektur, Kegelrad-Sensor-Integration auf der Systemplatine, einen integrierten Kupplungs-/Getriebeaktuator, verschiedene Steckverbindungs-Geometrien sowie optimierte Kugelspindel-Antriebseinheiten und Strangguss-Gehäusekonstruktionen. Mit 29 Familienmitgliedern in 8 Jurisdiktionen (DE, EP, US, CN, JP, KR, IN) und zusätzlich 4 chinesischen Gebrauchsmustern ist E149 die umfangreichste Familie des IPGATE-Portfolios.
Säule 4: Systemdiagnose – Multimodale Selbstüberwachung (SMSD)
E150 (1 Erfindung) komplettiert das Portfolio mit einer sensorbasierten On-Board-Diagnose. Drei alternative Modi nutzen die ohnehin vorhandene Sensorik der elektrohydraulischen Druckversorgung: (a) Messung der Kolbenbewegung bei konstanter Antriebskraft, (b) Messung von Druck und/oder Motorstrom bei vorbestimmtem Kolbenhub, (c) Messung der zeitlichen Druckänderung dp/dt bei stehendem Kolben. Ohne externe Prüfgeräte und zusätzliche Hardware werden Dichtheit, Strömungswiderstand und Funktionstüchtigkeit von Dichtungen, Ventilen und Leitungen bewertet – während des Fahrbetriebs oder nach einem Bremsvorgang. Die Erfindung wird von drei renommierten Erfindern getragen, darunter Dr. Anton van Zanten, der als Miterfinder des ESP international bekannt ist. Patente erteilt in US, CN, JP; DE-Anmeldung in Prüfung.
Strategische Bedeutung
Portfolio B3 schließt die technologische Lücke zwischen der Druckregelungsinnovation der Portfolios A und B2 und der Serienproduktion von Brake-by-Wire-Systemen. Die vier Säulen decken den gesamten Technologiestapel ab: von der neuartigen Ventilverschaltung (E147) über die Druckversorgung (E148) und die physische Integration (E149) bis zur Eigendiagnose (E150). Insgesamt schützen über 56 Familienmitglieder in allen strategisch wichtigen Märkten (USA, China, Europa, Japan, Korea, Indien) die Schlüsseltechnologien, die heute in der 2. und 3. Generation von 1-Box-Systemen führender globaler Tier-1-Zulieferer zum Einsatz kommen. Rückschlagventilfreie Fehlertoleranz für erhöhte Sicherheit, simultane Zweikreis-Druckregelung für autonomes Fahren, kompakte 1-Box-Integration für Kosteneffizienz und prädiktive Selbstdiagnose für höchste Zuverlässigkeit.
