E102 – HDS 1.0 – Kaskadierte Kolben-Durchflussregelung

Kerntechnologien

Patentschrift

Gerichtsbarkeiten

2009

Prioritätsjahr

HDS 1.0 / A2

Technologie

Erfinder	Heinz Leiber, Christian Köglsperger, Anton van Zanten
Priorität	13. Februar 2009
Portfolio	IP-Portfolio A · A2
Innovationen	25 eigenständige Erfindungen
Gerichtsbarkeiten	EP, DE, US, CN, IN, KR – 10 Patente (8 erteilt, 2 angemeldet) – 25 Kern-Erfindungen

Die Patentfamilie E102 (EP 2 396 202, DE 10 2009 008 944, DE 10 2009 061 889, DE 10 2009 061 892, DE 10 2009 061 893, DE 10 2009 061 894; Anmelder: IPGATE AG; Erfinder: Heinz Leiber, Christian Köglsperger, Anton van Zanten; Priorität: 13. Februar 2009) beschreibt HDS 1.0 (High-Dynamic-Pressure-Control der ersten Generation) – ein grundlegend neues Konzept für die elektrohydraulische Bremsdruckregelung in Brake-by-Wire-Systemen.

Die zentrale Innovation des E102 liegt in der Einführung einer kaskadierten Regelarchitektur mit zwei Kernmodulen. Das erste Modul, die Kolben-Durchflussregelung, nutzt einen elektrisch angetriebenen Kolben, dessen Position und Geschwindigkeit über einen schnellen inneren Regelkreis hochpräzise gesteuert werden. Die Kolbengeschwindigkeit bestimmt direkt den Druckgradienten in allen angeschlossenen Radbremsen. Ein langsamerer äußerer Regelkreis setzt den gewünschten Solldruck über die Druck-Volumen-Kennlinie (pV-Kurve) der jeweiligen Radbremse um. Das zweite Modul, die PWM-Ventilmodulation, ermöglicht eine radselektive Steuerung des Strömungswiderstands durch Pulsweitenmodulation der 2/2-Wege-Einlassventile.

Die Kombination beider Module ermöglicht erstmals den gleichzeitigen und teilweise gleichzeitigen Druckaufbau und -abbau an mehreren Radbremsen – ein grundlegender Fortschritt gegenüber der rein sequenziellen MUX-Steuerung der Vorgängergeneration. Das E102 umfasst 25 Kern erfindungen in zehn Patentschriften (sechs DE/EP-Stammpatente sowie vier PCT-Auslands-Patente: US, CN, IN, KR), die in vier technologische Bereiche gegliedert sind.

EPDEUSCNINKR

Vorherige Generation – MUX-Druckregelung / PPC (Patentfamilie E87, Priorität 2005): Die Patentfamilie E87 legt das Grundprinzip der elektrohydraulischen Druckregelung fest: die Kolbendruckregelung (PPC-Verfahren) unter Verwendung eines bürstenlosen EC-Motors mit Id/Iq-Vektorstromregelung, adaptiver Kennfeldsteuerung und sequenzieller MUX-Ventilsteuerung in einem geschlossenen Bremsregelkreis. Die steuerungstechnische Einschränkung – während der Druckreduzierung an einem Rad ist ein gleichzeitiger Druckaufbau nicht möglich – bildet die zentrale Motivation für die Weiterentwicklung hin zu E102. Im IBS-Fachartikel referenziert als [5,6,7,8].

Dieses Dokument – HDS 1.0 / Plunger-Durchflussregelung (Patentfamilie E102, Priorität 2009): Die Patentfamilie E102 (Erfinder: H. Leiber, C. Köglsperger, A. van Zanten; 10 Patentschriften (6 DE/EP + 4 PCT-Auslandspatente), 25 Kernerfindungen) beschreibt die hochdynamische Druckregelung der ersten Generation (HDS 1.0). Der entscheidende Fortschritt: Einführung eines teilweise simultanen und simultanen Betriebs über eine kaskadierte Regelarchitektur (innerer Regelkreis: Kolbenposition/Geschwindigkeit; äußerer Regelkreis: Solldruck über pV-Kennlinie) und radselektive PWM-Ventilmodulation. Im IBS-Fachartikel als [27] referenziert.

Next Generation – HDS 2.0 / Hybride Druckregelungsstrategie (Patentfamilie E141, angemeldet 2015): Die Patentfamilie E141 erweitert die E102-Architektur um den Freiheitsgrad der Auslassventile. HDS 2.0 kombiniert die Volumensteuerung über drei Arten von Fördermechanismen (Kolben, doppeltwirkender Kolben, Rotationspumpe) mit der Zeitsteuerung/PWM der Auslassventile. Brücke: Anspruch E102DE2-A35 (bidirektionaler Volumenstrom). Kernfunktionen: Volumenaustausch (TA1), asymmetrische AV-Architektur mit Ventilreduzierung (TA2), Schwingungsdämpfung über AV-Bypass (TA3), Doppelsensorstrategie mit Offset-Kompensation.

MUX-Einschränkung (E87-Generation): Die sequenzielle Steuerung des MUX-Ventils bewirkt, dass bei einer Druckreduzierung am ABS eines Rades kein anderes Rad gleichzeitig einen Druckaufbau erfahren kann. Diese sequenzielle Einschränkung schränkt die ABS-Leistung ein und führt zu NVH-Problemen.

HDS 1.0 Advance (E102): Durch die Kombination aus kaskadierter Kolben-Durchflussregelung und PWM-Ventilmodulation ist ein gleichzeitiger oder teilweise gleichzeitiger Druckaufbau und -abbau an mehreren Rädern innerhalb eines einzigen Regelzyklus möglich – was die ABS-/ESP-Dynamik grundlegend verbessert und die Einbindung in das regenerative Bremsen ermöglicht.

25 Kerninnovationen, gegliedert in vier technologische Bereiche, von denen jeder einen bestimmten Aspekt der kaskadierten Druckregelungsarchitektur von HDS 1.0 abdeckt.

Kanal 1 · E102EP

Durchflussregelung mit Kolben – Kaskadierte Druckprofilregelung

Cascaded control: inner fast loop controls piston position/speed, outer slow loop implements target pressure via pV characteristic curve. Flow resistances dimensioned (RLi < RVi) such that piston speed determines the pressure gradient. Low-noise, finely controlled pressure modulation. Three independent method claims: simultaneous/partially simultaneous pressure build-up and release (A18), pressure differential control without pressure equalization (A19), and pre-pressure adjustment prior to valve opening (A21).

Kanal 2 · E102DE / DE1

Radselektive PWM-Ventilmodulation

Bei der gleichzeitigen Druckregelung an mehreren Radbremsen wird der Durchflusswiderstand der 2/2-Wege-Ventile über PWM radselektiv gesteuert. Umfasst Druckentlastung (A1, A18) und Druckaufbau (A2, A19). Verhindert unerwünschten Druckausgleich zwischen den Radbremsen. E102DE-A23 sichert den zugehörigen Ablauf für die gleichzeitige bzw. teilweise gleichzeitige Druckeinstellung.

Kanal 3 · E102DE2

Zweiphasiger Druckaufbau und -entlastung / Bidirektionaler Volumenstrom

Zweiphasenprofil (A1/A2/A8): Der Kolben erzeugt zunächst eine ansteigende Druckdifferenz, die in einem zweiten Zeitintervall wieder abnimmt. Am Ende des Zyklus: Druckausgleich HZ↔RB → Kennlinienanpassung ohne Raddrucksensor. Brücke zu HDS 2.0 (A35): Druckänderung ausschließlich über Volumenstrom KZS↔RB durch ein Magnetventil. Kennlinienkalibrierung bei stehendem Fahrzeug (A36).

Kanal 4 · E102DE4

Modellbasierte sensorlose Druckberechnung

Das Druckmodell berechnet den Druck an den einzelnen Rädern entweder auf Basis des pHZ (A1), der Kolbenposition (A2) oder einer Kombination aus beidem (A3). Die Ventile schließen automatisch, sobald der Solldruck erreicht ist. Ermöglicht eine radselektive Steuerung ohne Reifendrucksensoren.

Übersicht über die Erfindung

Kategorien, Beschreibungen und Stichwörter

Erfindung	Kat.	Beschreibung	Stichwort
E102EP A1/A18/A19/A21EP 2 396 202 B1 · Erteilt am 29. April 2015	Vorrichtung + Verfahren	Kaskadierte Kolben-Durchflussregelung: Der innere Regelkreis steuert die Kolbengeschwindigkeit (und bestimmt damit den Druckgradienten), der äußere Regelkreis stellt den Solldruck über eine pV-Kurve ein. A18: gleichzeitiger/teilweise gleichzeitiger Druckaufbau + Druckabbau. A19: Druckdifferenz ohne Druckausgleich. A21: Vordruckeinstellung vor dem Öffnen des Ventils.	Kaskadenarchitektur · PV-Kurve · Gleichzeitige Steuerung
E102DE A1/A23DE 10 2009 008 944 B4 · Erteilt (nach Einspruch aufrechterhalten)	Vorrichtung + Verfahren	Radselektive PWM-Ventilmodulation: Bei der simultanen Druckregelung wird der Durchflusswiderstand von 2/2-Wege-Ventilen radselektiv über PWM geregelt. A23: Verfahren zur simultanen/teilweise simultanen Druckeinstellung. Verhindert unerwünschten Druckausgleich.	PWM-Ventilmodulation · Radselektiv · Kein Druckausgleich
E102DE1 A1–A4DE 10 2009 061 889 B4 · Erteilt	Vorrichtung + Verfahren	Erweiterte PWM-Ventilmodulation, die sowohl die Druckentlastungsrichtung (A1) als auch die Druckaufbaurichtung (A2) sowie eine kombinierte gleichzeitige Steuerung (A3/A4) abdeckt. 4 unabhängige Ansprüche.	PWM · Druckentlastung + Druckaufbau · Gleichzeitige
E102DE2 A1/A2/A8/A35/A36DE 10 2009 061 892 B9 · Erteilt	Verfahren	Zweiphasiges Druckprofil (A1/A2/A8): Der Kolben erzeugt eine zunächst ansteigende, dann abfallende Druckdifferenz zur Anpassung der Kennlinie ohne Reifendrucksensor. A35: Bidirektionaler Volumenstrom (Brücke zu HDS 2.0). A36: Kalibrierung der Kennlinie bei stehendem Fahrzeug.	Zweiphasenprofil · Kurvenanpassung · HDS 2.0-Brücke
E102DE4 A1/A2/A3DE 10 2009 061 894 · Prüfung	Verfahren	Modellbasierte sensorlose Druckberechnung: Berechnung der einzelnen Reifendrücke anhand des Hauptzylinderdrucks (A1), der Kolbenposition (A2) oder einer Kombination aus beidem (A3). Die Ventile schließen automatisch, sobald der Solldruck erreicht ist.	Sensorlos · Druckmessung · Kolbenposition · Kein Radsensor

Familienübersicht

Gerichtsbarkeit und Rechtsstellung

Aktenzeichen	Land	Status	Typ	Antragsnummer	Abgelegt	Fördernummer	Zugegeben
E102EP	EP	Zugegeben	Patent	EP2396202	13. Februar 2010	EP2396202B1	29. April 2015
E102DE	DE	Zugegeben	Patent (nach Einspruch aufrechterhalten)	DE 10 2009 008 944	13. Februar 2009	DE102009008944B4	—
E102DE1	DE	Zugegeben	Patent	DE 10 2009 061 889	13. Februar 2009	DE102009061889B4	—
E102DE2	DE	Zugegeben	Patent	DE 10 2009 061 892	13. Februar 2009	DE102009061892B9	—
E102DE3	DE	In Bearbeitung	Patent	DE 10 2009 061 893	13. Februar 2009	—	—
E102DE4	DE	In Bearbeitung	Patent	DE 10 2009 061 894	13. Februar 2009	—	—
E102US	USA	Zugegeben	PCT-Patent	—	13. Februar 2010	—	—
E102CN	CN	Zugegeben	PCT-Patent	—	13. Februar 2010	—	—
E102IN	IN	Zugegeben	PCT-Patent	—	13. Februar 2010	—	—
E102KR	KR	Zugegeben	PCT-Patent	—	13. Februar 2010	—	—

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