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IPGATE AG · IP-Portfolio B2 · IBS Gen2 – Teil 2
Integrierte Bremssysteme der 2. Generation (IBS2 – Teil 2)
Übersicht
Im Jahr 2015 entwickelte IPGATE innerhalb von nur zwölf Monaten 36 eigenständige Erfindungen in fünf Patentfamilien (E141, E142, E144, E145, E146).
Aufbauend auf den Grundlagen des Portfolios A, insbesondere dem MUX-Multiplexverfahren (E87) und der hochdynamischen Druckregelung der ersten Generation (HDS 1, E102), markieren diese Erfindungen den evolutionären Sprung zur zweiten Generation des elektrohydraulischen 1-Box-Bremssystems (IBS2). Vier Innovationssäulen definieren diesen Sprung: das hochdynamische HDS 2-Druckregelsystem für die softwaredefinierte Längs- und Querdynamikregelung, einschließlich Torque Vectoring und radspezifischer Rekuperation; das selbstüberwachende Bremssystem SMBS mit kontinuierlicher Dichtungs- und Ventildiagnose während des Betriebs; eine radikale Reduzierung der Ventile durch bidirektionale Einlassventile und zentrale Auslassventile, was Kosten, Einbauraum und Gewicht deutlich senkt; sowie ECU-integrierte Sensorlösungen für eine kompakte, redundante Pedalwegerfassung.
Aufbau
Das Portfolio basiert auf vier Säulen, die gemeinsam den Entwicklungssprung hin zu elektrohydraulischen 1-Box-Bremssystemen der zweiten Generation definieren.
Mit HDS 2 (E141, 12 Erfindungen) führte IPGATE die zweite Generation der hochdynamischen Druckregelung ein, eine Erweiterung des in E102 (Portfolio A) definierten HDS-Verfahrens auf volle Freiheitsgrade. Während sich HDS 1 (E102) auf eine fein dosierte Druckeinstellung mittels einer Kaskadenregelstruktur mit Kolbenhub- und Kolbengeschwindigkeitsregelung über Einlassventile (sequenziell, simultan oder teilweise simultan) konzentrierte, erweitert HDS 2 das Regelkonzept um eine zusätzliche Zeitsteuerung oder PWM-Steuerung der Auslassventile. Dieser zweite Freiheitsgrad ermöglicht erstmals eine gleichzeitige Druckerhöhung und -verringerung an verschiedenen Radbremsen. Die Regelarchitektur wurde zudem auf drei Arten von Fördervorrichtungen erweitert: Plunger (HDS 2.1), doppeltwirkender Kolben (HDS 2.2) und Rotationspumpe (HDS 2.3).
E145 und E146 bilden die Steuerungsbasis für komplette Bremssysteme: E145 als schwimmkolbenbetriebenes BBW-System mit integriertem HDS 2, E146 als doppeltwirkendes Kolbensystem mit bidirektionaler Druckregelung über Vor- und Rückhub, modellbasierter pV-Regelung und Hochdruckentlastung ≥100 bar. Zusammen bilden diese drei Produktfamilien die Grundlage einer softwaredefinierten Druckarchitektur für Torque Vectoring und autonomes Fahren. Etwa 22 der 36 Erfindungen fallen unter diesen Bereich.
Die erweiterten Freiheitsgrade von HDS ermöglichen eine drastische Reduzierung der Ventilanzahl. Um HDS 2 auf den doppeltwirkenden Kolben (DAP) anzuwenden, hat IPGATE das DAP-Konzept neu konfiguriert: Magnetventile lassen den Druck aus einer oder beiden Arbeitskammern durch präzise Volumensteuerung in den Vorratsbehälter ab. E146 erfordert bidirektionale Einlassventile mit nur einem Auslassventil pro Bremskreis, was einer Reduzierung der Auslassventile um 50 % entspricht. Der Druckaufbau und -abbau erfolgt weiterhin vorzugsweise über Einlassventile im geschlossenen Bremskreis, kann jedoch in Sonderfällen oder für bestimmte neue Funktionen (ABS bei hohem Reibungskoeffizienten, Bremsen mit Lenkeingriff) in bestimmten Fällen auch über Auslassventile erfolgen, entweder zeitgesteuert oder fein dosiert über PWM.
E145 bietet zudem eine Lösung, bei der der Druck für zwei Radbremsen eines Bremskreises (Vorderachse) über nur ein Auslassventil abgelassen wird; das Ablassen des Drucks erfolgt dann mit minimalem Kraftaufwand von zwei Radbremsen (z. B. der Vorderachse) über nur ein Auslassventil. Ca. 3 Erfindungen.
Ein zentraler Schwerpunkt lag auf der fortschrittlichen Systemdiagnose während der Fahrt. Anstelle von Kontrollen vor Fahrtantritt überprüft das SMBS (E142, 5 Erfindungen) die Unversehrtheit der Ventile und Dichtungen nach jedem Bremsvorgang in drei Modi: BED (~5 bar, nach jedem Bremsvorgang), CSD (10–20 bar, im Stillstand) und PSD (bis zu 100 bar, im Parkzustand). Da dies rein softwarebasiert und ohne zusätzliche Hardware erfolgt, wird die Ausfallwahrscheinlichkeit auf 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr reduziert.
E145 und E146 erweitern die Diagnose um THZ-Schwimmkolbenprüfungen während der Fahrt und beim Parken, wodurch erstmals das mechanische Ausfallsicherheitsniveau vollständig überwacht wird. Ca. 8 Erfindungen.
E144 (3 Erfindungen) baut auf den Grundlagen der Sensortechnologie aus dem IP-Portfolio A auf. Die modulare 1-Box-Architektur mit quer angeordnetem Hauptbremszylinder und Druckversorgung hat sich zum Standardprinzip heutiger Brake-by-Wire-Systeme entwickelt. Die in die ECU integrierten Pedalweg- und Kolbenpositionssensoren befinden sich direkt auf der Leiterplatte der Steuereinheit: Zahnstangensystem mit Mikrometerauflösung und berührungslose Strömungsführungsvariante. Separate Messwege für Pedal und Kolben schaffen Redundanz für SAE L4/L5.
Patentfamilien
Jede Patentfamilie zielt auf eine bestimmte technische Ebene des IBS2-Systems ab und bietet somit einen mehrschichtigen Schutz in den Bereichen Steuerungsarchitektur, Diagnose, Sensorintegration und Ansteuerung auf Systemebene.
Säule 1 · HDS 2Zweite Generation hochdynamischer Druckregelung, die HDS 1 auf volle Freiheitsgrade erweitert. Umfasst Fördervorrichtungen mit Kolben (HDS 2.1), doppeltwirkendem Kolben (HDS 2.2) und Rotationspumpe (HDS 2.3).
Säule 4 · SensorenIn die Steuereinheit integrierte Sensoren für den Pedalweg und die Kolbenposition, die direkt auf der Leiterplatte der Steuereinheit angebracht sind und über separate Messpfade verfügen, wodurch Redundanz für SAE L4/L5 gewährleistet wird.
Säule 3 · KMUDreistufige Diagnose (BED / CSD / PSD) zur Überprüfung der Unversehrtheit von Ventil und Dichtung nach jedem Bremsvorgang. Vollständig softwarebasiert, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit auf 10⁻⁸ bis 10⁻¹⁰ pro Jahr gesenkt wird.
Säulen 1 und 3Brems-by-Wire-System mit schwimmendem Kolben, integriertem HDS 2, Einwegventil-Lösung für zwei Radbremsen sowie THZ-Diagnose des schwimmenden Kolbens während der Fahrt und im Parkzustand.
Säulen 1 und 2Doppeltwirkender Kolben BbW mit bidirektionaler Druckregelung, modellbasierter pV-Regelung, Hochdruckentlastung ≥ 100 bar und einer Reduzierung der Auslassventile um 50 % durch bidirektionale Einlassventile.
Auf einen Blick
| Familie | Priorität | Innovationen | Kumulativ | Säule(n) | Gerichtsbarkeiten |
|---|---|---|---|---|---|
| E141 | 03 / 2015 | 12 | 12 | 1 · HDS 2 | EP · DE · US · CN · JP |
| E144 | 03 / 2015 | 3 | 15 | 4 · Sensoren | EP · DE · US · CN |
| E142 | 04 / 2015 | 5 | 20 | 3 · KMU | EP · DE · US · CN |
| E145 | 03 / 2015 | 5 | 25 | 1 · HDS 2 / 3 · SMBS | EP · DE · US |
| E146 | 03 / 2015 | 11 | 36 | 1 · HDS 2 / 2 · Ventilreduzierung | EP · DE · US · CN · KR |
Strategische Bedeutung
IPGATE hat die Zukunft erneut frühzeitig antizipiert. Viele der 2015 entwickelten Konzepte, insbesondere HDS 2 und SMBS, sind heute zentrale Bestandteile der zweiten Generation von 1-Box-Systemen weltweit führender Tier-1-Zulieferer. Das Portfolio erfüllt die zentralen Anforderungen an Produkte, die in großen Stückzahlen gefertigt werden, bei denen Kosten und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen und die auf autonomes Fahren von SAE-Level 3 bis 5 vorbereitet sind. Geringe Ausfallwahrscheinlichkeit dank nahtloser Selbstdiagnose, neue Freiheitsgrade bei der fein abgestimmten Druckeinstellung für Torque Vectoring und Rekuperation, Kosteneffizienz durch radikale Ventilreduzierung sowie integrierte Sensortechnologie für Kostensenkung und Zuverlässigkeit. Erteilte Patente in den strategisch wichtigsten Märkten: USA, China, Europa, Japan und Deutschland.
