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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die hierin offenbarte Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugbremssysteme und insbesondere auf ein Fahrzeug mit einem Brake-by-Wire-System (BBW-System).
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HINTERGRUND
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Gegenwärtige industrielle Automobiltrends zur Reduzierung der Anzahl der gesamten mechanischen Komponenten des Fahrzeugs und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs haben zur Entwicklung von System-by-Wire-Anwendungen beigetragen, die typischerweise als X-by-Wire-Systeme bezeichnet werden. Ein solches X-by-Wire-System, das vor kurzem mehr Aufmerksamkeit erlangt hat, ist ein Brake-by-Wire(BBW)-System, das manchmal als elektronisches Bremssystem (EBS) bezeichnet wird.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Bremssystemen betätigen BBW-Systeme eine oder mehrere Fahrzeugbremskomponenten über ein elektrisches Signal, das von einem Bordprozessor/einer Steuerung erzeugt oder von einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Quelle empfangen wird. In einigen Systemen wird ein BBW-System durch das Ersetzen eines herkömmlichen hydraulischen Fluid-basierten Betriebsbremssystems mit einem elektrischen Basissystem durchgeführt, um grundlegende Bremsfunktionen auszuführen. Ein solches System ist typischerweise mit einem manuell betätigten Sicherungssystem versehen, das hydraulisch betätigt werden kann.
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Da BBW-Systeme in der Regel jegliche direkten mechanischen Verbindungen und/oder hydraulischen Kraftübertragungswege zwischen dem Fahrzeugführer und den Bremssteuereinheiten entfernen, wurde viel Aufmerksamkeit auf die Gestaltung von BBW-Steuersystemen und Steuerungsarchitekturen gelegt, die einen zuverlässigen und robusten Betrieb gewährleisten. Es wurden verschiedene Designtechniken implementiert, um die Zuverlässigkeit von BBW-Systemen zu fördern, einschließlich beispielsweise Redundanz, Fehlertoleranz gegenüber unerwünschten Ereignissen (z. B. Ereignisse, die Steuersignale, Daten, Hardware, Software oder andere Elemente solcher Systeme betreffen), Fehlerüberwachung und Wiederherstellung. Ein Entwurfsansatz zur Bereitstellung von Fehlertoleranz, der in BBW-Bremssteuersystemen verwendet wurde, bestand darin, ein mechanisches Sicherungssystem einzuschließen, das als ein alternatives Mittel zum Bremsen des Fahrzeugs verwendet werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine nicht einschränkende Ausführungsform sieht ein Fahrzeug vor, das ein fehlertolerantes elektronisches Brake-by-Wire(BBW)-System enthält. Das Fahrzeug umfasst eine Vielzahl von Bremsanlagen und eine Vielzahl von elektronischen Leistungskreisen. Jede Bremsanlage beinhaltet ein elektromechanisches Stellglied, das konfiguriert ist, um eine auf ein Rad des Fahrzeugs ausgeübte Drehmomentkraft einzustellen. Die elektrischen Leistungskreise befinden sich entfernt voneinander. Jeder Leistungskreis ist für den Antrieb eines jeweiligen Stellgliedes konfiguriert. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine erste elektronische Bremssystem(EBS)-Steuerung und eine zweite EBS-Steuerung. Die erste EBS-Steuerung ist konfiguriert, um ein erstes Datenbefehlssignal zur Steuerung einer ersten Gruppe von Leitungskreisen unter einer Vielzahl von Leitungskreisen auszugeben. Die zweite EBS-Steuerung ist konfiguriert, um ein zweites Datenbefehlssignal zur Steuerung einer zweiten Gruppe von Leitungskreisen unter einer Vielzahl von Leitungskreisen auszugeben. Die zweite Gruppe schließt die Leitungsreise der ersten Gruppe aus.
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Gemäß einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug mit einem fehlertoleranten elektronischen Brake-by-Wire(BBW)-System eine Vielzahl von Bremsanlagen, eine Vielzahl von elektrischen Leistungskreisen und eine Vielzahl von elektronischen Bremssystem(EBS)-Steuerungen. Jede Bremsanlage beinhaltet ein elektromechanisches Stellglied, das konfiguriert ist, um ein jeweiliges Rad des Fahrzeugs zu verzögern. Die elektrischen Leistungskreise befinden sich entfernt voneinander. Jeder Leistungskreis ist für den Antrieb eines jeweiligen Stellgliedes konfiguriert. Jede EBS-Steuerung unter der Vielzahl von EBS-Steuerungen steht in elektrischer Verbindung mit jedem Leistungskreis unter der Vielzahl von Leistungskreisen.
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Gemäß einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines fehlertoleranten elektronischen Brake-by-Wire(BBW)-Systems das Erfassen einer Bremsanforderung zum Bremsen mindestens eines Rades des Fahrzeugs, und die Ausgabe eines ersten Datenbefehlssignals über eine elektronische Bremssystem(EBS)-Steuerung, um eine erste Gruppe von Leistungskreisen unter der Vielzahl von Leistungskreisen zu steuern. Das Verfahren umfasst ferne die Ausgabe eines zweiten Datenbefehlssignals über eine zweite EBS-Steuerung, um eine zweite Gruppe von Leistungskreisen unter der Vielzahl von Leistungskreisen zu steuern, wobei die zweite Gruppe die Leistungskreise der ersten Gruppe ausschließt. Das Verfahren umfasst ferner die Ausgabe eines ersten Hochleistungs-Treibersignals von mindestens einem in der ersten Gruppe enthaltenen Leistungskreis und die Ausgabe eines zweiten Hochleistungs-Treibersignals von mindestens einem in der zweiten Gruppe enthaltenen Leistungskreis. Das Verfahren umfasst ferner das Steuern mindestens eines Stellgliedes basierend auf mindestens einem der ersten und zweiten Hochleistungs-Treibersignale, um das mindestens eine Rad gemäß der Bremsanforderung zu bremsen. Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht, worin:
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1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einem fehlertoleranten BBW-System gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform;
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2A ist eine schematische Ansicht eines fehlertoleranten BBW-Systems, das auf einer Split-EBS-Steuerung-Topologie gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform basiert;
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2B ist eine schematische Ansicht eines BBW-Systems, das auf einer anderen Split-EBS-Steuerung-Topologie basiert, gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform;
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2C ist eine schematische Ansicht eines fehlertoleranten BBW-Systems, basierend auf einer Voll-EBS-Steuerung-Topologie gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform;
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine Vielzahl von EBS-Steuerungen darstellt, die in einem fehlertolerante BBW-System gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform enthalten sind; und
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines fehlertoleranten BBW-Systems gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen.
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Verschiedene nicht einschränkende Ausführungsformen stellen ein fehlertolerantes BBW-System bereit, das verschiedene unabhängige BBW-Komponenten enthält, um eine maximale Flexibilität in der physikalischen Verpackung zu gewährleisten. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Vielzahl von Bremsanlagen, von denen jede eine jeweilige Stellgliedeinheit umfasst, die ein auf die Räder aufgebrachtes Bremsdrehmoment steuert. Mindestens eine Bremsanlage (z. B. eine erste Bremsanlage) unter der Vielzahl von Bremsanlagen wird durch einen ersten Leistungskreis angetrieben, während mindestens eine andere Bremsanlage (z. B. eine zweite Bremsanlage) unter der Vielzahl der Bremsanlagen durch einen zweiten Leistungskreis, der sich vom ersten Leistungskreis unterscheidet, angetrieben wird. Zusätzlich beinhaltet das Fahrzeug eine Vielzahl von einzelnen elektronischen Bremssystem(EBS)-Steuerungen. So steuert beispielsweise eine erster EBS-Steuerung einen ersten Leistungskreis, während eine zweite EBS-Steuerung, die sich von der ersten EBS-Steuerung unterscheidet, den zweiten Leistungskreis steuert. Dementsprechend ist ein flexibles BBW-System vorgesehen, das eine flexible Designwahl, eine Drahtlängenverringerung und eine flexible Bremsalgorithmusimplementierung ermöglicht, während immer noch eine Fehlertoleranz im System eingesetzt wird.
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Mit Bezug auf 1 ist ein Fahrzeug 100 mit einem fehlertoleranten BBW-System 102, das konfiguriert ist, um das Bremsen des Fahrzeugs 100 elektronisch zu steuern, gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dargestellt. Das Fahrzeug 100 wird gemäß einem Antriebsstrangsystem angetrieben, das einen Motor 104, ein Getriebe 108 und ein Verteilergetriebe 110 beinhaltet. Der Motor 104 beinhaltet beispielsweise einen Verbrennungsmotor 104, der konfiguriert ist zum Erzeugen von Antriebsdrehmoment, welches die Vorderräder 112 und die Hinterräder 114 unter Verwendung verschiedener Komponenten des Fahrzeugantriebs antreibt. In dem Fahrzeug 100 können verschiedene Arten von Motoren 104 verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf z. B. einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, ein Batterie-Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor und einen Hybridmotor, der einen Verbrennungsmotor mit einem Kombi-Elektromotor. Der Fahrzeugantriebsstrang kann so verstanden werden, dass er die verschiedenen Antriebsstrangkomponenten umfasst, mit Ausnahme des Motors 104. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird das Motor-Antriebsmoment über eine drehbare Kurbelwelle (nicht dargestellt) auf das Getriebe 108 übertragen. Somit kann das an das Getriebe 108 gelieferte Drehmoment auf verschiedene Arten einschließlich beispielsweise durch Steuerbetrieb des Motors 104 eingestellt werden, was Fachleute verstehen werden.
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Das fehlertolerante BBW-System 102 umfasst eine Pedalanordnung 116, Bremsanlagen 118a–118d (d. h. Bremseckenmodule), eine oder mehrere Stellgliedeinheiten 120a–120d, einen oder mehrere Radsensoren 122a und 122b und eine oder mehrere elektronische Bremssystem(EBS)-Steuerungen 200. Obwohl vier Bremsanlagen dargestellt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise das fehlertolerante BBW-System 102 zwei Bremsanlagen umfassen, die in verschiedenen Anordnungen installiert sind, ohne den Umfang der Erfindung zu verändern.
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Die Pedalanordnung 116 ist mit der EBS-Steuerung 200 in Signalkommunikation und beinhaltet ein Bremspedal 124, einen oder mehrere Pedalkraftsensoren 126 und einen oder mehrere Pedalwegsensoren 128. Bei mindestens einer Ausführungsform sind die Pedalkraftsensoren und der Pedalwegsensor jeweils mit mehreren im Fahrzeug installierten Steuerungen verbunden, um eine Ausgangsredundanz bereitzustellen. Die EBS-Steuerung 200 ist konfiguriert, um den auf das Bremspedal 124 aufgebrachten Bremspedalweg bzw. die Bremskraft basierend auf jeweiligen Signalausgaben von Pedalkraftsensor 126 und Pedalwegsensor 128 zu erkennen. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Pedalkraftsensor 126 als ein Druckwandler oder ein anderer geeigneter Kraftsensor ausgebildet, der so konfiguriert ist, dass er einen vom Bediener des Fahrzeugs 100 auf das Bremspedal 124 ausgeübten Aufbringungsdruck oder Kraft präzise erfassen, messen oder anderweitig bestimmen kann. Der Pedalwegsensor 128 kann als ein Pedalpositions- und ein Bereichssensor konfiguriert oder eingestellt sein, sodass er die relative Position und die Fahrtrichtung des Bremspedals 124 entlang eines festen Bewegungsbereichs präzise erfasst, misst oder anderweitig ermittelt, wenn das Bremspedal 124 heruntergedrückt oder betätigt wird.
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Die Messungen oder Messwerte, die durch den Pedalkraftsensor 126 und den Pedalwegsensor 128 erhalten werden, sind übertragbar oder mit einem oder mehreren EBS-Steuerungen 200 kommunizierbar oder sind ansonsten so bestimmbar, wie es für die Verwendung mit einem oder mehreren im Speicher der EBS-Steuerung 200 gespeicherten Bremsalgorithmen erforderlich ist. Die EBS-Steuerung 200 ist auch konfiguriert, um eine entsprechende Bremsanforderung oder ein Bremsereignis als Reaktion auf die erkannten und aufgezeichneten Messungen oder Messwerte, die von den Radsensoren 122a und 122b ausgegeben werden, zu berechnen, auszuwählen und/oder zu bestimmen. Basierend auf der ermittelten Bremsanforderung oder dem Bremsereignis gibt die EBS-Steuerung 200 ein Niederspannungs-Datenbefehlssignal aus, das eine Bremswirkung aufruft, um das Fahrzeug 100 zu verlangsamen, wie dies hier ausführlicher erörtert wird.
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Die Radsensoren 122a, 122b können verschiedene Typen von Fahrzeugdaten einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Abbremsung und Fahrzeugwinkel bezogen auf den Untergrund und Radschlupf bereitstellen. In zumindest einer Ausführungsform kann das fehlertolerante BBW-System 102 einen oder mehrere Objekterkennungssensoren 129 umfassen, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 100 angeordnet sind. Die Objekterkennungssensoren 129 sind konfiguriert zum Erfassen der Bewegung und/oder Existenz von verschiedenen Objekten, die das Fahrzeug umgeben, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, umgebende Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrszeichen und Fahrbahn-Gefahrstellen. Die EBS-Steuerung 200 kann ein Szenario (z. B. eine Anforderung und/oder ein Bedarf) bestimmen, um das Fahrzeug auf der Grundlage der von der Pedaleinheit 116, den Radsensoren 122a–122d und/oder dem Objekterkennungssensor 129 bereitgestellten Daten zu verlangsamen und/oder zu stoppen. In Reaktion auf das Bestimmen des Bremsszenarios kommuniziert die EBS-Steuerung 200 ein Bremsbefehlssignal an eine oder mehrere Bremsanlagen 118a–118d zum Verlangsamen oder Anhalten des Fahrzeugs 100.
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In mindestens einer Ausführungsform gibt die EBS-Steuerung 200 über eine Datenverbindung ein Niederspannungs-Datensignal (z. B. ein digitales Bremsbefehlssignal) an eine Treiberkomponente oder eine Stromversorgungsschaltung aus. In mindestens einer Ausführungsform werden ein oder mehrere Bremsbefehlssignale über einen oder mehrere Befehlssignal-Übertragungskanäle oder -leitungen zum Auslösen des Betriebs eines Treibers übermittelt, der ein Stellglied der Bremsanlage 118a–118d antreibt. Die Signalübertragungskanäle können gemäß verschiedener Kommunikationsprotokolle aufgebaut sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, FlexRayTM, Ethernet und einen nachrichtenbasierten Bus, wie beispielsweise ein Controller Area Network(CAN)-Protokoll. FlexRayTM ist ein hochgeschwindigkeits- und fehlertolerantes zeitgesteuertes Protokoll mit statischen und dynamischen Frames. FlexRayTM kann hohe Datenraten von bis zu 10 MBit/s unterstützen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das fehlertolerante BBW-System 102 auch ein Trennmodul (nicht in 1 dargestellt) und eine oder mehrere Leistungsquellen (nicht in 1 dargestellt) aufweisen. Das Trennmodul kann als elektrische Schaltung ausgebildet sein und ist so konfiguriert, dass es Wire-to-Wire-Kurzschlüsse auf einer Signalleitungsschaltung (Signaling Line Circuit – SLC) schaltet. Das Trennmodul begrenzt auch die Anzahl der Module oder Detektoren, die durch einen Schaltungsfehler (z. B. Masseschluss/Spannungsschluss, Überspannung usw.) auf der SLC-Schleife oder durch einen Schaltungsfehler einer oder mehrerer Leistungsquellen 204a und 204b, 2 in Betrieb genommen werden können (z. B. Unterspannung, Überspannung, usw.). Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das Trennmodul, wenn ein Schaltungsfehlerzustand auftritt, automatisch eine Unterbrechung (Trennung) in der SLC-Schleife erzeugen, um die Bremsanlagen 118a–118d von einem Schaltungsfehlerzustand zu trennen. Zusätzlich kann, wenn ein Ausfall einer Leistungsquelle auftritt, das Trennmodul die ausgefallene Leistungsquelle unter Beibehaltung der verbleibenden Leistungsquellen trennen. Auf diese Weise stellt das fehlertolerante BBW-System 102 gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform wenigstens ein fehlertolerantes Merkmal bereit, das es einer oder mehreren Bremsanlagen 118a–118d ermöglichen kann, einen Ausfall zu vermeiden, falls ein Schaltungsfehlerzustand in der EBS-Steuerung 200 auftritt. Wenn der Schaltungsfehlerzustand behoben wird, kann das Trennmodul den isolierten Abschnitt der SLC-Schleife, z. B. die Bremsanlagen 118a–118d, automatisch wieder verbinden.
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In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die EBS-Steuerung 200 programmierbaren Speicher (nicht in 1 dargestellt) und einen Mikroprozessor (nicht in 1 dargestellt). Auf diese Weise ist die EBS-Steuerung 200 in der Lage, schnell die erforderliche Steuerlogik zum Implementieren und Steuern der Stellglieder 120a–120d durch Verwenden eines Bremspedal-Übergangslogik-Verfahrens oder Algorithmus, der im Speicher programmiert oder gespeichert ist, auszuführen.
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Die EBS-Steuerung 200 (z. B. der Speicher) kann mit einer oder mehreren Bremsmoment-Nachschlagetabellen (LUTs), d. h. Bremsmoment-Datentabellen, die vom Mikroprozessor leicht zugänglich sind, um einen Bremsalgorithmus durchzuführen oder auszuführen, vorgeladen oder vorprogrammiert sein. In zumindest einer Ausführungsform speichert die Bremsmoment-LUT aufgezeichnete Messungen oder Messwerte des Pedalkraftsensors 126 und enthält eine zugeordnete befohlene Bremsanforderung, die für jede der erfassten Kraftmessungen geeignet ist, wie durch den Pedalkraftsensor 126 ermittelt. In einer ähnlichen Weise speichert die EBS-Steuerung 200 eine Pedalpositions-LUT, die den Messungen oder Messwerten des Pedalwegsensors 128 entspricht und eine angewiesene Bremsanforderung für die erfasste Position des Pedalwegsensors 128 enthält.
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In 2A–2C sind verschiedene Ausführungsformen eines Brake-by-Wire(BBW)-Systems dargestellt. Zunächst mit Bezug auf 2A ist ein fehlertolerantes BBW-System 102 basierend auf einer Split-EBS-Steuerung-Topologie gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dargestellt. Das fehlertolerante BBW-System 102 beinhaltet eine Vielzahl von Bremsanlagen 118a–118d. Jede Bremsanlage 118a–118d beinhaltet eine jeweilige Stellgliedeinheit 120a–120d, die ein auf ein jeweiliges Rad 112–114 aufgebrachtes Bremsdrehmoment steuert. Die Stellgliedeinheit 120a–120d kann einen Motor umfassen, der einen elektronischen Bremssattel (E-Bremssattel) antreibt, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Motor arbeitet in Reaktion auf einen hochfrequenzgeschalteten Hochleistungsstrom und treibt wiederum den E-Bremssattel an, der eine variable Reibungskraft anwendet, um die Räder 112–114 zu verlangsamen, in Reaktion gemäß eines durch den Fahrzeugführer eingegebenen Stoppbefehls.
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Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird jede Bremsanlage 118a–118d durch einen jeweiligen elektronischen Leistungskreis 202a–202d angetrieben. Die elektronischen Leistungskreise 202a–202d können verschiedene Leistungselektronikkomponenten umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf H-Brücken, Kühlkörper, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), Controller Area Network(CAN)-Sender-Empfänger oder Temperatur- oder Stromsensoren.
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Die Leistungskreise 202a–202d befinden sich entfernt von den Bremsanlagen 118a–118d, während sie immer noch in elektrischer Verbindung stehen, um so ein elektrisches Signal auszugeben, das ein jeweiliges elektromechanisches Stellglied 120a–120d antreibt. Die Lage der Leistungskreise 202a–202d ist ebenfalls flexibel und nicht auf einen ermittelten Bereich des Fahrzeugs 100 beschränkt. Auf diese Weise können sich die Leistungskreise 202a–202d in unmittelbarer Nähe zu einer zugehörigen Bremsanlage 118a–118d befinden, um somit die Länge der Hochstromdrähte zu reduzieren, die die schaltenden Hochfrequenzstromsignale (als gestrichelte Pfeile dargestellt) zum Antreiben eines jeweiligen elektromechanischen Stellglieds 120a–120d liefern, wie weiter unten ausführlicher erörtert wird.
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Zusätzlich beinhaltet das fehlertolerante BBW-System 102 eine Vielzahl von einzelnen elektronischen Bremssystem(EBS)-Steuerungen 200a und 200b. In mindestens einer Ausführungsform befindet sich die erste EBS-Steuerung 200a entfernt von der zweiten EBS-Steuerung 200b. Die EBS-Steuerungen 200a und 200b empfangen ein oder mehrere Eingabedatensignale 300, 3, die von einem oder mehreren Fahrzeugsensoren (z. B. Radsensoren 122a–122d) geliefert werden, und geben ein oder mehrere Ausgabedatensignale 302. 3, an eine oder mehrere elektronische Leistungskreise 202a–202d aus.
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Die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b können auch verschiedene Daten 304 untereinander teilen (siehe 3). Die gemeinsam genutzten Daten umfassen beispielsweise erkannte Bremsanforderungen und Diagnoseergebnisse, die nach Durchführung von Selbstdiagnosetests erhalten wurden. Jede EBS-Steuerung 200a und 200b beinhaltet ebenfalls einen Hardwareprozessor 306 und einen Speicher 308, der ausführbare Befehle speichert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Bremsalgorithmen und Selbstdiagnosealgorithmen. Der Hardwareprozessor 306 ist so konfiguriert, dass er die im Speicher 308 gespeicherten Befehle liest und ausführt, um das fehlertolerante BBW-System 102 zu steuern, wie dies hierin detaillierter beschrieben wird.
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Immer noch mit Bezug auf die in 2A dargestellte Split-Steuerung-Topologie, steuert die erste EBS-Steuerung 200a eine erste Gruppe von Leistungskreisen, z. B. 202a und 202d, während die zweite EBS-Steuerung 200b eine zweite Gruppe von Leistungskreisen 202b und 202c steuert. In mindestens einer Ausführungsform steht die erste EBS-Steuerung 200a über eine Kommunikationsschnittstelle in elektrischer Verbindung mit der zweiten EBS-Steuerung 200b. Die Kommunikationsschnittstelle umfasst, ist aber nicht beschränkt auf, FlexRayTM, Ethernet und eine Niederspannungs-Nachrichtenbasierte Schnittstelle, wie beispielsweise einen CAN-Bus. Auf diese Weise können die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b Daten miteinander teilen.
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Die in 2A gezeigte Split-Steuerung-Topologie kann als Front/Heck-Split-Steuerung-Topologie bezeichnet werden, da die erste EBS-Steuerung 200a einen ersten Satz von Front- bzw. Heck-Leistungskreisen 202 a und 202d steuert, während die zweite EBS-Steuerung 200b einen zweiten Satz von Front- bzw. Heck-Leistungskreisen 202b und 202c steuert. In einer anderen Ausführungsform kann die Split-Steuerung-Topologie als eine diagonale Split-Steuerung-Topologie konstruiert werden, wie in 2B dargestellt. In dieser Ausführungsform steuert die erste EBS-Steuerung 200a einen ersten vorderen Leistungskreis 202a und einen ersten hinteren Leistungskreis 202c, der diagonal vom ersten vorderen Leistungskreis 202a angeordnet ist. Ähnlich steuert die zweite EBS-Steuerung 200b einen zweiten vorderen Leistungskreis 202b und einem zweiten hinteren Leistungskreis 202d, der diagonal vom zweiten vorderen Leistungskreis 202b angeordnet ist.
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Die EBS-Steuerungen 200a und 200b überwachen den Zustand des Fahrzeugs 100 basierend auf Eingaben, die von einem oder mehreren Sensoren bereitgestellt werden. Die Sensoren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf die Radsensoren 122a–122d und Datensignale, die von der Pedaleinheit 116 ausgegeben werden. Obwohl in 2A nicht dargestellt, enthält die Pedaleinheit 116 verschiedene Sensoren, die das Pedal 124 überwachen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf den Pedalkraftsensor und den Pedalwegsensor, wie oben ausführlich besprochen. Die Ausgaben des Pedalkraftsensors und des Pedalwegsensors können sowohl der ersten EBS-Steuerung 200a als auch der zweiten EBS-Steuerung 200b zugeführt werden, um eine Ausgaberedundanz zu liefern. Basierend auf dem Zustand des Fahrzeugs 100 ermittelt die erste EBS-Steuerung 200a und/oder die zweite EBS-Steuerung 200b, ob ein Bremsereignis aufgerufen werden soll, um das Fahrzeug zu verlangsamen und/oder zu stoppen. Wenn ein Bremsereignis ermittelt wird, geben die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b jeweils ein Niederspannungs-Datenbefehlssignal an eine jeweilige Gruppe an Leistungskreisen 202a–202d aus. Die Niederspannungs-Datenbefehlssignale können über den CAN-Bus an einem entsprechenden Leistungskreis 202a–202d bereitgestellt werden.
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Die erste EBS-Steuerung 200a gibt ein Bremsereignis-Datenbefehlssignal an einen ersten Leistungskreis 202a und einen zweiten Leistungsstromkreis 202d aus. Die zweite EBS-Steuerung 200b gibt ein Bremsereignis-Datenbefehlssignale an einen dritten Leistungskreis 202b und einen vierten Leistungskreis 202c aus. In mindestens einer Ausführungsform stehen die EBS-Steuerungen 200a und 200b elektrisch mit den Leistungskreisen 202a–202d über eine nachrichtenbasierte Kommunikationsschnittstelle, wie beispielsweise den CAN-Bus, in Verbindung. Auf diese Weise können zusätzliche Ausgaben bequem zum fehlertoleranten BBW-System 102 hinzugefügt werden, ohne dass eine zusätzliche schwere Verdrahtung erforderlich ist.
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Durch das Implementieren einer Niederspannungs-Nachrichtenbasierten Schnittstelle können auch die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b zweckmäßigerweise Daten miteinander kommunizieren. Auf diese Weise kann die erste EBS-Steuerung 200a die zweite EBS-Steuerung 200b über verschiedene erkannte Bremsereignissen informieren und umgekehrt. Die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b können auch Selbstdiagnosedaten untereinander teilen. Daher kann jede Steuerung 200a und 200b Daten vergleichen, die voneinander empfangen werden, um das fehlertolerante BBW-System 102 zu diagnostizieren, z. B. um zu bestimmen, ob das fehlertolerante BBW-System 102 korrekt arbeitet.
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Die Leistungskreise 202a–202d empfangen jeweils ein Hochleistungs-Eingangssignal (z. B. Hochleistungs-Eingangsstrom) von einer jeweiligen Leistungsquelle 204a und 204b. Das Hochleistungs-Eingabesignal kann ein Hochleistungs-Stromsignal im Bereich von ungefähr 0 Ampere bis ungefähr 200 Ampere umfassen.
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Als Reaktion auf das Empfangen eines Bremsereignis-Datenbefehlssignals von einer jeweiligen EBS-Steuerung 200a und 200b ist jeder Leistungskreis 202a–202d so konfiguriert, dass er ein hochfrequenzgeschaltetes Hochleistungssignal an eine jeweilige Bremsanlage 118a–118d ausgibt. Das hochfrequenzgeschaltete Hochleistungssignal kann eine Frequenz im Bereich von etwa 15 Kilohertz (kHz) bis etwa 65 kHz und einen Stromwert von etwa 0 A bis etwa 200 A aufweisen. So kann beispielsweise die erste EBS-Steuerung 200a ein erstes Bremsereignis-Datenbefehlssignal an den ersten Leistungskreis 202a ausgeben bzw. ein zweites Bremsereignis-Datenbefehlssignal an den zweiten Leistungskreis 202d ausgeben. Als Reaktion auf das Empfangen der Niederspannungs-Datenbefehlssignale können der erste Leistungskreis 202a bzw. der zweite Leistungskreis 202d arbeiten, um das kontinuierliche Hochleistungsstromsignal, das vom ersten Leistungskreis 204a ausgegeben wird, in ein hochfrequenzgeschaltetes Hochstromsignal umzuwandeln, das dann an das erste Stellglied 120a geliefert wird, das in der ersten Bremsanlage 118a installiert ist. In mindestens einer Ausführungsform wird das hochfrequenzgeschaltete Hochstromsignal durch eine Pulsbreitenmodulations-Schaltung (PWM) erzeugt, die in einem jeweiligen Leistungskreis 202a–202d beinhaltet ist. Das Hochfrequenz-geschaltete elektrische Signal kann eine Frequenz im Bereich von etwa 15 Kilohertz bis etwa 65 Kilohertz und eine Stromwert von etwa 0 Ampere bis etwa 200 Ampere aufweisen. Im Gegenzug treibt das hochfrequenzgeschaltete Hochstromsignal das Stellglied an, z. B. einen Motor, der dann den E-Bremssattel so einstellt, dass eine Bremskraft auf ein jeweiliges Rad 112, 114 ausgeübt wird, die zum Verlangsamen bzw. Stoppen des Fahrzeugs notwendig ist, wie durch die erste EBS-Steuerung 200a ermittelt. Obwohl nur ein durch die erste EBS-Steuerung 200a gesteuerter Abschnitt des fehlertoleranten BBW-Systems 102 beschrieben worden ist, versteht es sich jedoch, dass der zweite durch die zweite EBS-Steuerung 200b gesteuerte Abschnitt des fehlertoleranten BBW-Systems 102 in ähnlicher Weise arbeiten kann wie oben erörtert.
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In mindestens einer Ausführungsform ist ein Trennmodul 206 zwischen der ersten und die zweiten Leistungsquelle 204a und 204b und dem verbleibenden elektrischen System des fehlertoleranten BBW-Systems 102 angeschlossen. Das Trennmodul 206 ist so konfiguriert, dass es konstante Hochleistungssignale empfängt, die von den ersten und zweiten Stromquellen 204a und 204b erzeugt werden, und um eine Vielzahl von individuellen Leistungseingangssignalen zu erzeugen, die an die EBS-Steuerungen 200a und 200b und die Leistungskreise 202a–202d geliefert werden. Beispielsweise gibt das Trennmodul 206 erste und zweite konstante Hochspannungs-Leistungssignale an jeden Leistungskreis 202a–202d aus, wie oben detailliert beschrieben. Das Trennmodul 206 gibt auch erste und zweite Niedrigleistungssignale aus, die die erste und zweite EBS-Steuerung 200a bzw. 200b versorgen. In mindestens einer Ausführungsform stehen die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b in elektrischer Verbindung mit dem Trennmodul 206. Auf diese Weise können die erste und zweite EBS-Steuerung 200a und 200b verschiedene Diagnoseinformationen und Schaltungsfehlerinformationen erhalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kurzschlussereignisse, Leerlaufereignisse und Überspannungsereignisse.
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Das Trennmodul 206 kann auch so konfiguriert sein, dass es Schaltungsfehler trennt, wie beispielsweise Wire-to-Wire-Kurzschlüsse auf einer Signalleitungsschleife (SLC) und ist in der Lage, die Anzahl von Modulen oder Detektoren zu begrenzen, die durch einen Kurzschlussfehler auf der SLC-Schleife außer Betrieb gesetzt werden können. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das Trennmodul 206, wenn ein Wire-to-Wire-Kurzschluss auftritt, automatisch eine Unterbrechung (Trennung) in der SLC-Schleife erzeugen, um die Bremsanlagen 118a–118d von einem Kurzschlussfehlerzustand zu trennen. Auf diese Weise stellt das fehlertolerante BBW 102 gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform wenigstens ein fehlertolerantes Merkmal bereit, das es einer oder mehreren Bremsanlagen 118a–118d ermöglichen kann, einen Ausfall zu vermeiden, falls ein Kurzschlusszustand im EBS 200 auftritt. Wenn der Kurzschlusszustand behoben wird, kann das Trennmodul 206 den isolierten Abschnitt der SLC-Schleife, z. B. die Bremsanlagen 118a–118d, automatisch wieder verbinden.
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Unter jetziger Bezugnahme auf 2C ist ein fehlertolerantes BBW-System 102 basierend auf einer vollständigen elektronischen Bremssystem Voll-(EBS)-Steuerungs-Topologie gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dargestellt. Die Voll-EBS-Steuerung-Topologie von 2C arbeitet ähnlich zu der oben beschriebenen Split-EBS-Steuerung-Topologie unter Bezugnahme auf die 2A–2B. Das vollständige EBS-System von 2C unterscheidet sich dadurch, dass jede EBS-Steuerung 200a und 200b elektrisch mit jedem Leistungskreis 202a–202d kommuniziert. So können beispielsweise sowohl die erste EBS-Steuerung 200a und die zweiten EBS-Steuerung 200b unabhängig den ersten Leistungskreis 202a steuern. Auf diese Weise kann, wenn die erste EBS-Steuerung 200a nicht in der Lage ist, den ersten Leistungskreis 202a richtig zu steuern, die zweite EBS-Steuerung 200b das Bremsereignis-Datensignal ausgeben, das notwendig ist, um dem ersten Leistungskreis 202a die Ausgabe eines hochfrequenzgeschalteten Hochstromsignals zum Antrieb des ersten Stellgliedes 118a zu befehlen. Dementsprechend kann die Vollsteuerung-BBW-Topologie zusätzliche Fehlertoleranzfunktionalität bereitstellen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die vollständige EBS-Steuerung-Topologie eine Vielzahl von elektronischen Bremssystems(EBS)-Steuerungen, worin jede EBS-Steuerung 200a und 200b unter der Vielzahl von EBS-Steuerungen in elektrischer Verbindung mit jedem Leistungskreis 202a–202d steht. Zusätzlich befinden sich die Leistungskreise 202a–202d entfernt von den Bremsanlagen 120a–120d, der ersten EBS-Steuerung 200a und der zweiten EBS-Steuerung 200b. Obwohl die Leistungskreise 202a–202d unabhängig voneinander arbeiten können, ist jede EBS-Steuerung 200a und 200b so konfiguriert, dass sie ein Datensteuersignal ausgibt, um einen beliebigen Leistungskreis der Leistungskreise 202a–202d zu steuern.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform sind die EBS-Steuerungen 200a und 200b so konfiguriert, dass sie selektiv basierend auf überwachten Daten in einem Split-Topologiemodus und einem Volltopologiemodus arbeiten. Die überwachten Daten umfassen, sind aber nicht beschränkt, diagnostische Ergebnisse, die als Reaktion auf Selbstdiagnoseoperationen erhalten wurden, die von der ersten und/oder zweiten EBS-Steuerung 200a und 200b ausgeführt werden. Beim Betrieb im Split-Topologiemodus kann beispielsweise die erste EBS-Steuerung 200a eine erste Gruppe von Leistungskreisen (z. B., 202a und 202d) steuern, während die zweite EBS-Steuerung 200b eine zweite Gruppe von Leistungskreisen (202b und 202c) steuert. Beim Betrieb im Volltopologiemodus steuert jedoch entweder die erste EBS-Steuerung 200a oder die zweite EBS Steuerung 200b sowohl die erste Gruppe von Leistungskreisen (z. B. 202a und 202d) und die zweite Gruppe von Leistungskreisen (z. B. 202b und 202c). Das heißt, während des Betriebs im Volltopologiemodus steuert entweder die erste EBS-Steuerung 200a oder die zweite EBS-Steuerung 200b alle Leistungskreise 202a–202d.
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Wie oben erwähnt, können die EBS-Steuerungen 200a und 200b in den Voll-EBS-Topologiemodus übergehen, basierend auf diagnostischen Ergebnissen, die als Reaktion auf die Durchführung eines Selbstdiagnosetests erhalten wurden. Beispielsweise kann die erste EBS-Steuerung 200a eine erste Selbstdiagnoseoperation durchführen und erste Diagnoseergebnisse an die zweite EBS-Steuerung 200b übermitteln. Ähnlich kann die zweite EBS-Steuerung 200b ihre eigene zweite Selbstdiagnoseoperation ausführen und kann zweite Diagnoseergebnisse an die ersten EBS-Steuerung 200a übermitteln. Ein Voll-EBS-Topologiemodus kann dann initiiert werden, wenn die ersten Diagnoseergebnisse und/oder die zweiten Diagnoseergebnisse einen Fehler anzeigen. Wenn zum Beispiel die zweiten Diagnoseergebnisse, die von der zweiten EBS-Steuerung 200b geliefert werden, einen Fehler anzeigen, kann die erste EBS dem zweiten EBS-Modul 200b befehlen, einen Standby-Modus oder einen Offline-Modus aufzurufen, um den Voll-EBS-Topologiemodus aufzurufen und wiederum alle im fehlertoleranten BBW-System 102 enthaltenen Leistungskreise 202a–202d steuern. Auf diese Weise kann, wenn die zweite EBS-Steuerung 200b einen Fehler enthält, das fehlertolerante BBW-System 102 noch vollständig durch die erste EBS-Steuerung 200a betrieben werden, wodurch ein Fehlertoleranzmerkmal bereitgestellt wird.
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Unter Bezugnahme auf 4 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Steuern eines fehlertoleranten elektrischen Bremssystems gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform. Das Verfahren beginnt bei Betrieb 400 und bei Betrieb 402 werden Sensordaten an eine erste EBS-Steuerung und eine zweite EBS-Steuerung ausgegeben. Die Sensordaten können von verschiedenen am Fahrzeug installierten Sensoren ausgegeben werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Radsensoren, Bremspedalsensoren und/oder Objekterkennungssensoren. Bei Betrieb 404 wird ermittelt, ob mindestens eine EBS-Steuerung ein Bremsereignis erkennt. Das Bremsereignis basiert auf den oben beschriebenen Sensordaten. Wenn kein Bremsereignis erkannt wird, kehrt das Verfahren zu Betrieb 402 zurück und setzt die Überwachung der Sensordaten fort.
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Wenn mindestens eine der EBS-Steuerungen ein Bremsereignis erkennt, kommunizieren jedoch die erste und zweite EBS-Steuerung miteinander, um ihre jeweiligen erkannten Bremsereignisdaten zu vergleichen. Beispielsweise kann eine erste EBS-Steuerung ein erstes Bremsereignis erkennen und eine Bestätigung anfordern, dass die zweite EBS-Steuerung das gleiche oder ein ähnliches Bremsereignis erkannt hat. Wenn die von der ersten EBS-Steuerung überwachten und erzeugten Bremsereignisdaten mit den von der zweiten EBS-Steuerung überwachten und erzeugten Bremsereignisdaten übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen, geht das Verfahren zu Betrieb 408 über, wo die erste EBS-Steuerung ein erstes Datenbefehlssignal an einen ersten Leistungskreis ausgibt, und die zweite EBS-Steuerung gibt ein zweites Datenbefehlssignal an einen zweiten Leistungskreis aus. Auf diese Weise werden zwei separate und individuelle Befehlssignale von der ersten EBS-Steuerung bzw. der zweiten EBS-Steuerung ausgegeben. Bei Betrieb 410 treibt der erste Leistungskreis in Reaktion auf den Empfang des ersten Datensignals ein erstes Stellglied an und der zweite Leistungskreis treibt in Reaktion auf den Empfang des zweiten Datensignals ein zweites Stellglied an. In mindestens einer Ausführungsform ist das erste Stellglied in einer ersten Bremsanlage installiert und das zweite Stellglied ist in einer zweiten Bremsanlage installiert. Die erste Bremsanlage steuert ein erstes Rad und die zweite Bremsanlage befindet sich entfernt von der ersten Bremsanlage und steuert ein zweites Rad, das sich vom ersten Rad unterscheidet. Bei Betrieb 412 variiert das erste Stellglied ein erstes Bremsdrehmoment, das auf das erste Rad aufgebracht wird, und das zweites Stellglied variiert ein zweites Bremsdrehmoment, das auf das zweite Rad aufgebracht wird. Ein vom ersten und dem zweiten Stellglied angelegtes Bremsmoment kann durch die ersten und/oder zweiten EBS-Steuerungen ermittelt werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug gemäß des durch die erste und zweite EBS-Steuerung erfassten Bremsereignisses verlangsamt oder gestoppt werden, und das Verfahren endet bei 414.
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Unter Bezugnahme auf den Betrieb 406 kann ein Szenario auftreten, bei dem die von der ersten EBS-Steuerung überwachten und erzeugten Bremsereignisdaten nicht mit den von der zweiten EBS-Steuerung überwachten und erzeugten Bremsereignisdaten übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen. In diesem Fall geht das Verfahren zu Betrieb 416 über, wo entweder die erste EBS-Steuerung oder die zweite EBS-Steuerung ein Datenbefehlssignal sowohl an den ersten Leistungskreis als auch an den zweiten Leistungskreis ausgibt. Dementsprechend treiben die ersten und zweiten Leistungskreise bei Betrieb 418 die ersten und zweiten Stellglieder basierend auf dem von einer einzigen EBS-Steuerung ausgegebenen Datensignal an. Diese fehlertolerante Funktion ermöglicht den Betrieb der Fahrzeugbremsanlagen, falls eine EBS-Steuerung und/oder ein Abschnitt des BBW (einschließlich der mit einer ermittelten EBS-Steuerung kommunizierenden Sensoren), die mit einer ermittelten EBS-Steuerung verbunden sind, einen Fehler erfährt. Bei Betrieb 420 stellt das erste Stellglied ein erstes Bremsdrehmoment ein, das auf das erste Rad aufgebracht wird, und ein zweites Stellglied stellt ein zweites Bremsdrehmoment ein, das auf das zweite Rad aufgebracht wird, und das Verfahren endet bei Betrieb 414. Auf diese Weise kann das Fahrzeug gemäß einem erkannten Bremsereignis verlangsamt werden, auch wenn eine oder mehrere der EBS-Steuerungen nicht gemäß den erwarteten Bedingungen arbeiten.
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Wie oben ausführlich beschrieben, stellen verschiedene nicht einschränkende Ausführungsformen ein fehlertolerantes Brake-by-Wire(BBW)-System bereit, das strategisch eine oder mehrere BBW-Komponenten voneinander trennt, um eine maximale Flexibilität in der physikalischen Verpackung zu gewährleisten. Bei mindestens einer Ausführungsform umfasst das BBW-System beispielsweise eine Vielzahl von individuellen elektronischen Bremssystem(EBS)-Steuerungen, die mindestens eine jeweilige Bremsanlage steuern. Eine erster EBS-Steuerung steuert einen ersten Leistungskreis, während eine zweite EBS-Steuerung, die sich von der ersten EBS-Steuerung unterscheidet, einen zweiten Leistungskreis steuert. Zusätzlich befinden sich der erste und zweite Leistungskreis entfernt von der jeweiligen Bremsanlage, von der sie mit Leistung versorgt werden. Dementsprechend ist ein flexibles BBW-System vorgesehen, das eine flexible Designwahl, eine Drahtlängenverringerung und eine flexible Bremsalgorithmusimplementierung ermöglicht, während immer noch eine Fehlertoleranz im System eingesetzt wird. Darüber hinaus beseitigt die Trennung der Leistungskreise von den EBS-Steuerungen bzw. den Bremsanlagen die Notwendigkeit, zusätzliche thermische Abschwächungsmaßnahmen zu implementieren.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ oder „Einheit“ auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine Field-programmierbare Gate-Anordnung (FPGA), eine elektronische Schaltung, einen elektronischen Computerprozessor (gemeinsam genutzt oder dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. Bei der Implementierung in einer Software kann ein Modul im Speicher als nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium ausgebildet sein, das von einem Verarbeitungsschaltkreis eingelesen werden kann und Anweisungen speichert, die vom Verarbeitungsschaltkreis zur Durchführung eines Verfahrens ausgeführt werden.
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Während die Ausführungsform mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Ausführungsformen abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine ermittelte Situation oder ermittelte Materialien an die Lehren der beispielhaften Ausführungsformen anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass die Offenbarung auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.