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IPGATE AG · IP-Portfolio B3 · IBS Gen2 – Teil 3
Integrierte Bremssysteme – Schlüsseltechnologien für Brake-by-Wire
Übersicht
In der Innovationsphase von Ende 2015 bis Mitte 2016 entwickelte IPGATE innerhalb von nur sieben Monaten 22 eigenständige Erfindungen in vier Patentfamilien (E147–E150).
Aufbauend auf den Grundlagen der Portfolios A und B2 – insbesondere dem MUX und der Kolbendruckregelung PPC (E87), den hochdynamischen Druckregelsystemen HDS 1 und HDS 2 (E102, E141, E145, E146) sowie das selbstüberwachende Bremssystem SMBS (E142) – befasst sich das Portfolio B3 mit vier entscheidenden Schlüsseltechnologien, die den Weg für die Serienreife des Brake-by-Wire-Systems ebnen: eine innovative Ventilschaltung für eine rücklaufventilfreie, fehlertolerante Druckregelung; eine doppeltwirkende Druckversorgung (DAP) für die gleichzeitige Druckerhöhung und Druckentlastung in zwei Bremskreisen; die physische Integration aller Komponenten in eine kompakte 1-Box-Architektur; sowie eine sensorbasierte On-Board-Diagnose für vorausschauend wartbare Systeme.
Aufbau
Das Portfolio stützt sich auf vier Säulen, die zusammen den gesamten Technologiestack abdecken – von neuartigen Ventilschaltungen bis hin zur vorausschauenden Selbstdiagnose – und so die Serienfertigung von Brake-by-Wire-Systemen ermöglichen.
Mit E147 (3 Erfindungen) führte IPGATE einen grundlegend neuen Ventilkreis für Brake-by-Wire-Systeme ein. Die zentrale Innovation besteht darin, dass die Ankerkammer des Einlassventils hydraulisch mit dem Bremskreis verbunden ist, während der Ventilsitzausgang zur Radbremse führt – eine „umgekehrte“ Verbindung im Vergleich zum Stand der Technik seit der Einführung des ABS im Jahr 1978. Diese Architektur ermöglicht erstmals eine rein volumen- und zeitgesteuerte Druckregelung während des Druckaufbaus (bidirektionale Volumen-PWM), wodurch Rückschlagventile vollständig entfallen.
Ein bei einem Stromausfall in der Radbremse eingeschlossener Überdruck wird automatisch durch den Ventilsitzdruck abgebaut – ein entscheidender Sicherheitsgewinn. Zudem können die Radbremsdrücke gezielt aufrechterhalten werden, selbst wenn der Eingangsdruck der Druckversorgung niedriger ist als der Radbremsdruck. Dieser Spielraum eröffnet neue Möglichkeiten für das Torque Vectoring, das regenerative Bremsen und die radselektive Drucksteuerung. Patente erteilt in EP, US, JP; Verfahren in CN anhängig.
E148 (5 Erfindungen) befasst sich mit der Druckversorgungsseite mittels eines doppeltwirkenden Kolbens (Dual-Action-Piston, DAP). Zwei unterschiedlich große Wirkflächen bilden zwei unabhängige Arbeitskammern, die über separate Hydraulikkreisläufe gleichzeitig Druck aufbauen und abgeben können. Der Druckaufbau wird durch eine Kolbenhubsteuerung auf Basis von Druck-Volumen-Kennlinien geregelt. Umschaltventile ermöglichen eine gezielte Druckentlastung über die Arbeitskammern oder direkt über Auslassventile.
Eine optionale Verbindungsleitung zwischen den Arbeitskammern ermöglicht den Druckausgleich und eine volumenbasierte Kreislaufkopplung. Ein einziger kompakter doppeltwirkender Kolben ersetzt somit zwei separate Druckquellen – entscheidend für autonome Fahrzeugsysteme, die eine gleichzeitige, unabhängige Druckregelung in mehreren Kreisläufen erfordern. Mit 16 Schutzobjekten in 10 Rechtsordnungen (EP, DE, FR, GB, NL, US, JP, KR, CN, IN) ist E148 international umfassend geschützt.
Während E147 und E148 die Druckregelung und -versorgung als Funktionseinheiten optimierten, befasst sich E149 (13 Erfindungen) mit der physischen Integration aller Komponenten in ein einziges Gehäuse. Die Kernidee besteht in der parallelen Anordnung der Druckversorgung (Kolben oder DAP) und des Hauptbremszylinders in einer kompakten, modularen Einheit mit integrierter Elektronik und Ventilsteuerung. Die Produktfamilie umfasst Innovationen auf mehreren Ebenen: die Parallel Integrated Brake Pressure Unit (PIB) als Grundarchitektur, die Integration des Kegelrad-Sensors auf der Systemplatine, einen integrierten Kupplungs-/Getriebeaktuator, verschiedene Steckverbindergeometrien sowie optimierte Kugelumlaufspindelantriebe und Gehäusedesigns aus Strangguss.
Mit 29 Schutzrechten in 8 Rechtsordnungen (DE, EP, US, CN, JP, KR, IN) und weiteren 4 chinesischen Gebrauchsmustern ist E149 die umfassendste Schutzrechtsfamilie im IPGATE-Portfolio.
E150 (1 Erfindung) vervollständigt das Portfolio mit sensorbasierter On-Board-Diagnose. Drei alternative Betriebsmodi nutzen die vorhandene Sensortechnik der elektrohydraulischen Druckversorgung: (a) Messung der Kolbenbewegung bei konstanter Antriebskraft, (b) Messung von Druck und/oder Motorstrom bei einem vorgegebenen Kolbenhub, (c) Messung der zeitlichen Druckänderung dp/dt bei stillstehendem Kolben. Ohne externe Prüfgeräte und zusätzliche Hardware werden Dichtheit, Durchflusswiderstand und Funktionsfähigkeit von Dichtungen, Ventilen und Leitungen bewertet – während der Fahrt oder nach dem Bremsen.
Hinter der Erfindung stehen drei renommierte Erfinder, darunter Dr. Anton van Zanten, der international als Miterfinder von ESP bekannt ist. Patente in den USA, China und Japan erteilt; die Anmeldung in Deutschland wird derzeit geprüft.
Patentfamilien
Jede Patentfamilie deckt eine bestimmte Ebene des „Brake-by-Wire“-Technologiestacks ab, von neuartigen Ventilschaltungen und Druckversorgung bis hin zur physikalischen Integration und vorausschauenden Selbstdiagnose.
Säule 1 · VentilschaltungGrundlegend neuartige Ventilschaltung für Brake-by-Wire-Systeme, die eine rein volumen- und zeitgesteuerte Druckregelung mittels bidirektionaler Volumen-PWM ermöglicht und Rückschlagventile vollständig überflüssig macht. Patente in EP, US und JP erteilt.
Säule 2 · DAPDoppeltwirkender Kolben mit zwei unabhängigen Arbeitskammern für die gleichzeitige Zweikreis-Drucksteuerung. 16 Produktvarianten in 10 Ländern, darunter EP, DE, FR, GB, NL, US, JP, KR, CN, IN.
Säule 3 · 1-Box-IntegrationPhysische Integration aller BbW-Komponenten in einem einzigen kompakten Gehäuse. Die umfangreichste Produktfamilie im IPGATE-Portfolio: 29 Produktvarianten in 8 Rechtsordnungen sowie 4 chinesische Gebrauchsmuster.
Säule 4 · SMSDDreistufige On-Board-Diagnose unter Verwendung vorhandener Sensortechnik zur Überprüfung der Dichtheit, des Durchflusswiderstands und der Ventilfunktion während der Fahrt oder nach dem Bremsen – ohne externe Prüfgeräte. Miterfunden von Dr. Anton van Zanten (Miterfinder des ESP).
Auf einen Blick
| Familie | Priorität | Innovationen | Kumulativ | Säule | Gerichtsbarkeiten |
|---|---|---|---|---|---|
| E147 | 2015 | 3 | 3 | 1 · Ventilschaltung | EP · US · JP · CN (in Bearbeitung) |
| E148 | 2016 | 5 | 8 | 2 · DAP | EP · DE · FR · GB · NL · US · JP · KR · CN · IN |
| E149 | 2015/2016 | 13 | 21 | 3 · 1-Box-Integration | DE · EP · US · CN · JP · KR · IN |
| E150 | 2016 | 1 | 22 | 4 · SMSD | USA · CN · JP · DE (in Vorbereitung) |
Strategische Bedeutung
Das Portfolio B3 schließt die technologische Lücke zwischen den Innovationen im Bereich der Druckregelung der Portfolios A und B2 und der Serienfertigung von Brake-by-Wire-Systemen. Die vier Säulen decken den gesamten Technologie-Stack ab: von der neuartigen Ventilschaltung (E147) über die Druckversorgung (E148) und die physikalische Integration (E149) bis hin zur Selbstdiagnose (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-Drucksteuerung für autonomes Fahren, kompakte 1-Box-Integration für Kosteneffizienz und vorausschauende Selbstdiagnose für maximale Zuverlässigkeit.
