Brake-by-wire: enhanced stopping power

Die Art und Weise, wie wir ein Fahrzeug steuern und anhalten, hat sich seit mehr als zwei Jahrhunderten weiterentwickelt. Es war ein weiter Weg vom einfachen Holzblock, der auf das sich drehende Rad gedrückt wird, bis zu den heute eingesetzten hochtechnologischen Systemen. Auf diesem Weg schien es zeitweilig schwierig sich vorzustellen, welche innovativen Ziele angesteuert werden könnten. Das war zumindest so, bis die Brake-by-Wire-Technologie aufkam. Das Konzept, das sich bereits seit 2014 im Hochleistungsbereich der Formel-1-Fahrzeuge bewährt hat, entfernt die physische Verbindung (Seilzug, Hydraulik, Pneumatik) zwischen dem Bremspedal und dem Stellsystem, durch das die Bremskraft aufgebracht wird. Stattdessen erfolgt die Signalübertragung durch elektrische Signale, die «by Wire» übertragen werden.

Funktionsweise eines Brake-by-Wire-Systems.

Ein Brake-by-Wire-System ist so konzipiert, dass es sich für den Fahrer wie ein aktueller Unterdruckbremskraftverstärker bzw. ein elektrohydraulisches System bedienen lässt und funktioniert. Bei der Nutzung übt der Fahrer Druck auf das Bremspedal aus, das mit einem Simulator verbunden ist, der wiederum die Rückmeldung adäquat zu einem Standardsystem liefert - d. h. der Fahrer wird anhand des künstlich aufgebauten Widerstands am Pedal spüren, dass er die Bremse betätigt hat. Die zur Verbindung genutzte Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface; HMI) kann je nach den individuellen Spezifikationen des Kunden gestaltet, angepasst und eingestellt werden, etwa für unterschiedliche Fahrstile wie Komfort, Sport oder Economy.

Diese Pedal/Simulator-Kombination verfügt über einen speziellen Sensor, der bei Betätigung des Pedals dessen Position misst und diese Information an die Bremssteuereinheit (Brake Control Unit; BCU) des Fahrzeugs weiterleitet. Die BCU verarbeitet diese Daten und bestimmt das korrekte Drehmoment für jedes Bremsmodul.

Bis zu diesem Zeitpunkt funktionieren alle Systeme auf dem Markt gleich. Das Endziel für alle ist die echte trockene Bremse, wo keinerlei Hydraulikflüssigkeit mehr eingesetzt werden muss. Das heisst, dass alle 4 Bremssättel elektrisch angesteuert und über elektrische Stellmotoren betätigt werden. Da dem Markt, dem OEM und vor allem dem Endkunden das Vertrauen in ein solches komplett entkoppeltes System noch fehlt, werden heute parallel „Zwitter Systeme“ beworben, wo durch einen teilhydraulischen Kreislauf, zum Beispiel auf der Vorderachse, ein bestimmter Eingriff bzw. Redundanz beim Ausfall eines Elektromoduls noch gegeben ist. Die Betätigung in solchen „Dry-Wet“ Systemen ist identisch. Jedoch wird hier das elektronische Signal an die elektrohydraulischen Stellgeräte weitergeleitet und somit die Bremssättel hydraulisch betrieben. Diese Stellgeräte wandeln die von der Fahrzeugbatterie gelieferte elektrische Energie in hydraulischen Druck um, der dann in der festgelegten Stärke aufgebracht wird. Generell ermöglichen alle Varianten von Brake-by-Wire ein weitaus effizienteres Bremsen und verkürzen sowohl Reaktionszeit des Systems als auch den Bremsweg.

Alle vier Bremsscheiben sind Standardkomponenten, ebenso die vorderen Bremssättel. Die hinteren Bremssättel sind jedoch rein elektrisch und werden von der BCU angesteuert. Die elektrische Energie aus der Batterie kann hier situationsabhängig auch in eine sogenannte Klemmkraft umgewandelt werden, die in Abhängigkeit von dem durch die BCU ermittelten Kraftsollwert erzeugt wird. Dadurch lässt sich der elektrische Bremssattel auch für eine elektronische Feststellbremse einsetzen.

Vorteile der Brake-by-Wire-Technologie:

Nachhaltigkeit durch Gewichtsreduzierung
Nachhaltigkeit durch vereinfachtes Design
Nachhaltigkeit durch Rückgewinnung von Energie
Reduktion von Geräuschen und Vibrationen
Erhöhte Sicherheit durch verkürzte Reaktionszeiten und Bremswege
Erhöhte Sicherheit durch Platzersparnis, die größere Knautschzonen erlaubt
Erhöhte Reichweite
Möglichkeit zur Erfassung von Daten, die sich in Echtzeit zur Optimierung der Fahrqualität einsetzen lassen

Gewiss, es wird einige Zeit dauern, bis Brake-by-Wire zu einem festen Bestandteil des Mobilitätssektors wird. Aber Hersteller und Zulieferer von Komponenten arbeiten gemeinsam daran, den Autofahrern die Vorteile dieser richtungsweisenden Technologie so schnell wie möglich zugänglich zu machen.

Dätwyler ist der Marktführer bei maßgeschneiderten systemkritischen Elastomerlösungen für Bremsensysteme und engagiert sich in zahlreichen Projekten für die Bremsen der nächsten Generation – zum Beispiel bei der Brake-by-Wire – und der elektrischen Parkbremsen-Technologie. Aufgrund der jahrzehntelangen, engen und vertrauensvollen Beziehungen zu den Entwicklungsabteilungen der Marktführer, der hohen Fachkompetenz in der Materialentwicklung und im Design-to-specification sowie der Industrialisierungskraft und operativen Stärken, ist Dätwyler der geeignete Partner für zukunftsweisende Brems- und Mobilitätsprojekte.