Stufe 1:(einzelne Betriebsaufgabe durch System):ACC/LKS
Stufe 2:(kombinierte Bedienaufgaben durch System und Überwachung durch Fahrer): integrierter Fahrassistent
Stufe 3:(operative und taktische Aufgaben werden vom System übernommen, Fahrer kann bei Bedarf wieder eingebunden werden): Staupilot, Parkpilot, Autobahnpilot
Stufe 4:(operative und taktische Aufgaben werden vom System in einer definierten Umgebung ausgeführt): Autopilot in einer definierten Umgebung
Stufe 5:(operative und taktische Aufgaben werden überall vom System ausgeführt): Autopilot
Verschiedene Stufen des automatisierten Fahrens
Es gibt einen wichtigen Trennpunkt in dieser Klassifizierung, nämlich L3. Vor L3 (einschließlich L3) wechselt das Bremssystem nach einem Ausfall in den Backup-Modus, sodass der Fahrer das Fahrzeug übernehmen muss, was oft als Ausfallsicherheit bezeichnet wird. Der Fahrer wird tatsächlich zum zuverlässigsten Backup für assistierte Fahrfunktionen. Nach Erreichen der Stufen L4 und L5 ist das Fahrzeugsteuerungssystem für den Fahrzeugstatus nach Ausfall des Bremssystems verantwortlich. Zu diesem Zeitpunkt müssen alle ursprünglich vom Fahrer übernommenen und abgeschlossenen Aktionen vom Fahrzeug abgeschlossen werden, was als sogenannter Fail-Operational bezeichnet wird.
Am Wendepunkt des Jahres 2020 befinden sich die meisten etablierten Automobilhersteller in der Übergangsphase von L2 zu L3, beispielsweise bei der Stärkung und Popularisierung von Funktionen wie APA und TJA. Einige Pionierautomobilhersteller haben bereits die Spitzenposition beim assistierten Fahren auf L3-Niveau eingenommen und bemühen sich nun um einen „spannenden Sprung“ in Richtung autonomes Fahren auf L4-Niveau. Welche neuen Anforderungen ergeben sich mit diesem Sprung an das Bremssystem auf Führungsebene?
2.1 Bremssystemarchitekturen (IPB-Arbeitsprinzip)
Die folgende Abbildung ist ein vereinfachtes Diagramm des IPB-Bremssystems, das hauptsächlich in drei Teile unterteilt ist: Pedal-Hauptzylinder-Pedalsimulator-Teil, Druckaufbauteil und Druckeinstellungsteil.
Das IPB-System ist ein entkoppeltes System. Während des normalen Betriebs sind die Ventile 1, 4 und 5 verbunden und die Ventile 2 und 3 getrennt. Sobald der Fahrer auf das Pedal tritt, gelangt Bremsflüssigkeit in den Hauptzylinder und den Pedalsimulator und baut Druck auf. Die Pedalkraft-Pedalhub-Kurve wird durch die Eigenschaften des Hauptzylinders und des Pedalsimulators bestimmt. Gleichzeitig erkennt die IPB-ECU das Pedalwegsignal und steuert den Motor, um basierend auf der kalibrierten Pedalweg-Systemdruck-Kurve Druck aufzubauen und so eine Fahrzeugverzögerung zu erzeugen. Bei der Längs- und Gierbewegungssteuerung wird der Radzylinderdruck jedes Rads über das ABS/ESC-Hydraulikmodulationsmodul angepasst. Daher kann für das IPB-Bremssystem die Pedalweg-Verzögerungs-Kurve durch Aktualisieren der Kalibrierungsparameter geändert werden.
Der Degradationsmodus der IPB ist relativ komplex, wobei unterschiedliche Ausfallarten unterschiedlichen Degradationsmodi entsprechen. Dieser Artikel konzentriert sich auf kraftunterstützte Ausfälle, wie z. B. IPB-Stromausfälle. In diesem Modus wechselt die IPB in den mechanischen Backup-Modus, die Ventile 1, 4 und 5 sind geschlossen und die Ventile 2 und 3 sind geöffnet. Der durch das Pedaltreten des Fahrers aufgebaute Druck gelangt direkt in den Radzylinder und erzeugt eine Fahrzeugverzögerung. Gemäß den Anforderungen der ECE R13-H-Regelung muss das System in der Lage sein, eine Bremsverzögerung von mindestens 2,44 m/s² zu erzeugen.
Da das Bremspedal entkoppelt ist, ist es nicht notwendig, die Auswirkungen des Flüssigkeitsbedarfs des Hauptzylinders auf die Pedalverschiebung zu berücksichtigen. Die Bohrung des Hauptzylinders der IPB kann kleiner sein als die eines herkömmlichen Bremsbetätigungssystems. Im mechanischen Backup-Modus erzeugt das System bei gleicher Pedalkraft einen höheren Druck. Während des Entwurfsprozesses der Bremssystemanpassung ist es wichtig, das Bremsflüssigkeitsvolumen (entsprechend dem Hub und der Bohrung des Hauptzylinders) zu berücksichtigen. Die folgenden Faktoren sollten während des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden:
Im Backup-Modus ist eine Bremsverzögerung von 2,44 m/s2 erforderlich (unter Berücksichtigung der Pedal- und Grundbremssystemanpassung).
Im Laufe der Lebensdauer eines Fahrzeugs kommt es zu Systemänderungen, wie z. B. Verschleiß der Reibscheiben, Änderungen der Systemsteifigkeit, Änderungen des Reibungskoeffizienten usw. Dieser Artikel liefert keine detaillierte Erklärung.
Schema einer integrierten Servobremse (IPB)
2.2 Von der Fahrerassistenz zum hochautomatisierten Fahren
Wie bereits erwähnt, steht bei der aktuellen Ausgestaltung von Fahrerassistenzsystemen der Fahrer im Mittelpunkt der Bedienung, wobei das System als ergänzende Funktion fungiert. Bei einigen hochrangigen Fahrerassistenzsystemen der Stufe 3, wie Parkpilot und Autobahnpilot, können Fahrer in bestimmten Szenarien die Kontrolle über das Fahrzeug abgeben. Der Fahrer muss jedoch weiterhin auf dem Fahrersitz bleiben. Bei einem Ausfall des Bremssystems muss der Fahrer jederzeit die Kontrolle übernehmen und das Fahrzeug im mechanischen Backup-Modus in einem sicheren Bereich parken.
Von L3 bis L4/L5 gibt der Fahrer die Verantwortung schrittweise ab und muss nicht mehr auf dem Fahrersitz sitzen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Fahrzeugsteuerungssystem das Fahrzeug auch im Falle einer Fehlfunktion in einen sicheren Bereich bringt. Für das Bremssystem ist die Frage, wie die ursprünglich vom Fahrer ausgeführten Vorgänge durch das Fahrzeugsteuerungssystem ausgeführt werden können, eine neue Herausforderung, die sich durch hochgradig autonomes Fahren an das Bremssystem stellt.