E141 – HDS 2 Hybrid-Druckregelung

HDS 2 ist das Ergebnis einer schrittweisen Weiterentwicklung der Druckregelung für das Brake-by-Wire-System bei IPGATE, bei der mit jeder Generation die Gestaltungsmöglichkeiten erweitert wurden.

Generation 1 · 2005 – MUX-Druckregelung (Patentfamilie E87 · 8 Patente · 624 Zitate): Kolbendruckregelung (PPC-Verfahren) über einen bürstenlosen EC-Motor mit Id/Iq-Vektorregelung, adaptiver Kennfeldsteuerung und sequenzieller MUX-Ventilsteuerung in einem geschlossenen Bremskreis. Einschränkung: Während des Druckabbaus an einem Rad ist ein gleichzeitiger Druckaufbau nicht möglich.

Generation 2 · 2009 — HDS 1 — Kolben-Durchflussregelung (Patentfamilie E102 · 10 Patente · 25 Kern-Erfindungen): Kaskadierte Kolben-Durchflussregelung mit simultanem/teilweise simultanem Betrieb. Innenregelkreis: Kolbenposition/Geschwindigkeit. Außenregelkreis: Solldruck über pV-Kennlinie. Ergänzt durch radselektive PWM-Ventilsteuerung und modellbasierte sensorlose Druckberechnung pro Rad.

Generation 3 · 2015 — HDS 2 — Hybride Druckregelung (Patentfamilie E141 · 4 Anmeldungen · 12 Erfindungen): Volumensteuerung + zeit-/PWM-gesteuertes Auslassventil. Alle Freiheitsgrade: gleichzeitiger Druckaufbau und -abbau. Drei Förderarten (Kolben, DAP, Rotationspumpe). Doppelsensorstrategie, zentrales Auslassventil, Mischen mit regenerativem Bremsen, vibrationsfreie Förderung über PWM-Bypass.

1. Hybridsteuerung mit Auslassventilen als zusätzlicher Freiheitsgrad – Druckreduzierung über als Regelkanal integrierte Auslassventile (AV): einzelne Radventile oder ein zentrales Auslassventil (ZAV). Die Fördervorrichtung fungiert als duales Regelelement: Während der Druckreduzierung steuert der Kolben den Druckgradienten aktiv über die Volumensteuerung und linearisiert so die nichtlineare Druckkurve des Auslassventils.

2. Drei Arten von Fördervorrichtungen – Kolbenpumpe (HDS 2.1): Doppelsteuerung für fein dosierte Reduzierung. DAP (HDS 2.2): Unterbrechungsfreier, kontinuierlicher Förderbetrieb vorwärts und rückwärts, wodurch das Volumenproblem strukturell gelöst wird. Rotationspumpe (HDS 2.3): Kostengünstig, erfordert eine Reduzierung am Auslassventil.

3. Doppelsensorstrategie mit Offset-Kompensation – Winkelsensor zur primären Druckregelung über die Fördermenge; Drucksensor zur Offset-Kalibrierung nach der Druckerleichterung am Auslassventil. Integrierte Redundanz für ausfallsichere Systeme der Autonomiegrade 3–5.

4. Lösung des Volumenproblems (HDS 2.1) – Bei Einhub-Kolbensystemen wird durch den ABS-Betrieb kontinuierlich Volumen entnommen. HDS 2 löst dieses Problem durch eine bevorzugte Volumenrückführung in die Arbeitskammer während der Steuerung, wodurch die herkömmliche Unterbrechung von 150 ms vermieden wird, die für den Kolbenrückzug und das Nachfüllen des Vorratsbehälters erforderlich ist.

5. Ventilreduzierung über ein zentrales Ablassventil (ZAV) – Asymmetrische Topologie: Das ZAV ist an mehrere Verbraucher angeschlossen; mindestens ein Verbraucher verfügt weiterhin über ein eigenes Ablassventil für eine schnelle selektive Reduzierung. Skalierbare Architektur, die die Anzahl der Magnetventile, die Kosten, den Einbauraum und das Gewicht reduziert.

6. Regeneratives Bremsen und fortschrittliche Fahrdynamik – Fein abgestimmte Kraftverteilung: Der Hydraulikdruck an der Generatorachse wird präzise an das schwankende Drehmoment des Generators angepasst, während gleichzeitig die konventionelle Achse gesteuert wird. Unterstützt eine radspezifische Kraftverteilung für die Allrad-Rekuperation und die Erzeugung eines Giermoments beim regenerativen Bremsen und Lenken.

7. Maximierung des Druckabfallgradienten – Bei Kolben- und DAP-Systemen: gleichzeitige Druckreduzierung über die Fördervorrichtung und das Auslassventil. Entscheidend für Oberflächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten, bei denen der Gradient des Auslassventils allein physikalisch begrenzt ist.

8. Schwingungsdämpfung durch Auslassventil-Bypass – Ein PWM-gesteuertes Auslassventil wird gleichzeitig mit der Förderleistung geöffnet, um Druckspitzen und Oberwellen von Kolbenpumpen umzuleiten und zu glätten. Dies ermöglicht einen geräuscharmen, vibrationsfreien Druckaufbau und eine präzise dosierte Druckentlastung – unerlässlich für Premium-BEVs und autonome Fahrzeuge, bei denen Bremsgeräusche nicht mehr durch Motorengeräusche übertönt werden.

Die Patentfamilie E141 führt HDS 2 ein – die dritte Generation der IBS-Druckregelungstechnologie von IPGATE. Sie kombiniert eine präzise Volumensteuerung über die Fördervorrichtung mit einer zeit- oder PWM-gesteuerten Regelung der Auslassventile und ermöglicht damit erstmals den gleichzeitigen Druckaufbau bei einem Verbraucher und den Druckabbau bei einem anderen.