"Die Elektronische Keilbremse ist ein reines By-Wire-System"

Einer der Höhepunkte am IAA-Stand von Siemens VDO Automotive war in diesem Jahr sicherlich die Vorstellung der elektronischen Keilbremse EWB (Electronic Wedge Brake). Sie funktioniert vom Prinzip her wie die Bremse einer Pferdekutsche, bei der ein Keil das Rad abbremst. Allein durch seine Geometrie und die Rotation des Rades verstärkt sich die Bremskraft ohne zusätzlichen Energieaufwand. all4engineers traf sich in Frankfurt mit Bernd Gombert, CTO, Body & Chassis Electronics, der Siemens VDO Automotive AG, um dem "Vater des EWB-Systems" einige Fragen zu der reinen Brake-by-Wire-Anlage zu stellen.

Herr Gombert, wie funktioniert die Keilbremse und warum fiel die Entscheidung bei Ihrer Lösung einer rein elektronischen Bremse auf dieses Prinzip? War die erforderliche Bordnetzspannung von lediglich 12 Volt der einzige Grund?
Die Keilbremse funktioniert nach dem Prinzip des mechanischen Selbstverstärkers in Form eines Keils, der bei der elektronischen Keilbremse (EWB) über einen Sensor geregelt zur Bremsscheibe geführt wird. Die rotierende Bremsscheibe zieht den Keil zwischen Scheibe und Sattel förmlich tiefer hinein und wirkt ohne zusätzlichen Energieaufwand verstärkend auf die Verzögerungskraft. Ein Elektromotor kontrolliert diesen Keil insofern, als er die Bremskraft optimal dosiert und ein Blockieren des Keils verhindert. Bei der Entscheidung für dieses Prinzip waren die 12 Volt der Hauptgrund. Zwar gibt es andere Lösungen, die unter 42 Volt funktionieren. Diese haben jedoch einen höheren Energiebedarf, um die erforderlichen Bremsdrücke zu erzeugen.

Gibt es bereits Kooperationspartner, etwa Bremsenspezialisten, mit denen Sie die EWB bis zur Serienreife entwickeln werden?
Die reibschlüssige Bremse ist eine alte Technologie, die der Maschinenbau schon seit mehreren 100 Jahren erfolgreich umgesetzt hat. Natürlich ist es vorteilhaft, mit einer Firma zusammen zu arbeiten, die hier schon über ein großes Erfahrungspotenzial, auch Serienerfahrung, verfügt. Wir führen, wie Sie sich vorstellen können, viele Gespräche. Auf der anderen Seite sind auch viele interessiert, den Anschluss bei dieser Technologie nicht zu verpassen. Aber wir haben uns noch nicht festgelegt.

Bitte nennen Sie uns kurz die Hauptvorteile der EWB gerade im Vergleich zur elektrohydraulischen Bremse EHB, die auch radindividuelles Bremsen ermöglicht.
Beide Systeme haben eines gemeinsam: Es handelt sich um "by wire"-Bremssysteme. Das heißt, sie kommandieren beide nur noch einen Sollwert über einen Sensor auf das Potentiometer. Ähnlich wie beim E-Gas gibt der Fahrer ein Signal vor. Dann stellt ein Motor die entsprechende Größe ein. Bei der Elektrohydraulik sitzt ein Elektromotor am Hauptbremszylinder. Bei der EWB befinden sich jeweils zwei Elektromotoren direkt an jedem Rad. Es befindet sich also keinerlei Hydraulikflüssigkeit mehr dazwischen. Wichtigster Grundunterschied ist daher, dass die elektronische Keilbremse tatsächlich ein reines Brake-by-Wire-System ist. Ihr "fail safe"-Konzept ist ähnlich wie in der Luftfahrt. Hier sind die entsprechenden Sicherheiten über Redundanzen aufgebaut.

Wie schneidet Ihr System, was die Entwicklungskosten angeht, im Vergleich zur EHB ab, einem Projekt, das als sehr kostenintensiv gilt?
Der finanzielle Aufwand für die Entwicklung wird ähnlich groß sein.

Welche Möglichkeiten bietet die EWB im Hinblick auf die aktive Sicherheit?
Die elektronische Keilbremse wird einer der Meilensteine der aktiven Fahrzeugsicherheit sein – vergleichbar mit dem ABS von vor knapp 20 Jahren. Wir betrachten hier ein autonomes Bremssystem. Das bedeutet, künftige Fahrerassistenzsysteme können auf dieses Bremssystem zugreifen und den Fahrer unterstützen. In Notsituationen ist ein elektrisches System immer um den Faktor 100 schneller als das menschliche Reaktionsvermögen – und Schnelligkeit bedeutet hier immer eine Verkürzung des Bremswegs.

Was passiert beim Ausfall der Elektrik?
Bei der EWB gibt es mehrere Ebenen. Grundsätzlich ist unser System zweifach ausfallsicherer als die heutigen hydraulischen Systeme. Tritt etwa bei einem aktuellen hydraulischen System ein Problem auf, dann fällt in der Regel einer von zwei Bremskreisen aus. Der Gesetzgeber schreibt zwei voneinander getrennte Bremskreise vor. Fällt hingegen bei der elektronischen Keilbremse ein Bremskreis aus, bleiben immerhin noch drei Bremsen übrig. Zudem ist die Zweikreisigkeit über die Energieversorgung abgesichert. Bei der EWB steht neben der Hauptbatterie auch eine kleinere so genannte Back-up-Batterie für die Spannungsversorgung der Aktuatoren zur Verfügung. Diese Back-up-Batterie speichert genügend Energie für zehn Bremsungen.

Was haben Sie vorgesehen, um dem Fahrer beim Bremsen als Rückmeldung das Pedalgefühl unverfälscht zu vermitteln?
Das ist eine sehr interessante Frage. Das Thema Pedalgefühl ist fast schon eine philosophische Frage. Jede Marke, jeder Fahrzeugtyp vermittelt ein anderes Pedalgefühl beim Bremsen. Der Druckpunkt ist je nach Hersteller ein anderer. Der eine bevorzugt einen kurzen und harten Druckpunkt, der andere eher einen langen weichen – das ist reine Auslegungssache des OEMs. Es gibt auch Stimmen, die für solch ein neues, revolutionäres Bremssystem ein völlig anderes Pedalgefühl, eine neue Charakteristik, fordern. Wieder andere wollen genau das Bremsgefühl beibehalten, das sie von ihren heutigen Systemen gewohnt sind. Umsetzbar sind alle genannten Vorstellungen, da das System letztendlich nur einen bestimmten Federweg vorschreibt. Bei der Hydraulik handelt es sich um eine Elastomerflüssigkeit, die beim Bremsen zusammengedrückt wird. Dieser Vorgang kann ohne weiteres mechanisch mit einem Silikon- oder Gummiklotz nachgestellt werden. Der Fahrer drückt dann nicht mehr gegen eine Hydraulikflüssigkeit, sondern gegen einen Drucksensor.

In welchen Fahrzeugkategorien ist mit dem Einsatz der EWB am ehesten zu rechnen?
Unser Plan ist, uns zunächst auf einen Nischenmarkt zu beschränken. Gerade in einem Nischenmarkt können wir die besondere Performance der Keilbremse sehr deutlich darstellen. Diese Nischenfahrzeuge werden in der Regel immer Fahrzeuge aus dem Premiumsegment sein. Es liegen jedoch auch Anfragen aus einem kleineren Marktsegment vor, für Fahrzeuge etwa, die mit Hybridantrieben ausgerüstet werden sollen. Der Trend für einen Einsatz in einem Energie sparenden City-Fahrzeug ist genauso vorhanden wie im Premiumsegment. Eines dieser beiden Segmente wird es werden. Wir haben uns zwar bereits festgelegt, aber darüber kann ich derzeit noch nichts Genaueres sagen.

Welche Aufgaben müssen in puncto Technologie noch bis zur Serienreife gelöst werden?
Vor dem Hintergrund, dass wir in vier bis fünf Jahren in die Serie gehen, arbeiten wir derzeit mit Hochdruck an dem Nachweis der Haltbarkeit auf der Straße. Das heißt für uns: testen, testen, testen. Diese Tests umfassen unter anderem die Abstimmung der Fahrdynamik, ABS und ESP, auf Eis und Schnee typischerweise in Schweden sowie Stresstests auf Wüstensand, auf holprigen Straßen und den so genannten Taxibetrieb, eines der Kriterien, bei dem jede Bremse bekanntermaßen sehr gefordert ist.

Planen Sie für die Zukunft, noch weitere mechanische Systeme im Auto durch elektronische zu ersetzen, vielleicht die Lenkung?
Sie haben schon Recht: Bremse und Lenkung gehören eigentlich zusammen. Längs- und Querdynamik eines Fahrzeugs müssen unbedingt koordiniert werden. Die Stabilisierung erfolgt typischerweise über die Querdynamik, also über die Lenkung und nicht wie heute über die Bremsen. Die Bremse soll das tun, wofür sie geschaffen wurde, nämlich verzögern. Es kommt jedoch auch zu Situationen, in denen Assistenzsysteme vom Unter- ins Übersteuern führen müssen. Solche Eingriffe müssen über Bremsvorgänge eingeleitet werden. In fünf bis sechs Jahren wird es sicherlich keine Systeme mehr auf dem Markt geben, die nicht Lenkung und Bremsen gleichzeitig koordinieren. Darüber hinaus werden in der Folge die gesamten Chassis-Aktivitäten hinzukommen und mit den bestehenden Systemen verknüpft. Bremsen, lenken und dämpfen gehören fahrdynamisch zusammen und werden in einem geregelten Gesamtsystem betrachtet werden.

Zur Person:
Dipl.-Ing. Bernd Gombert studierte nach seiner Feinmechanikerlehre an der Philipps-Universität-Marburg Maschinenbau und Feinwerktechnik an der FH Gießen mit anschließendem Studium Generale an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Seit 1986 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dort war Gombert von 1989 bis 2001 Leiter der mechanischen Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von neuartigen Antriebssystemen wie dem multisensoriellen Robotergreifer (ROTEX - Erster Roboter im Weltraum, D2-Mission), dem neuen DLR-Leichtbauroboter, mehrgliedrigen Finger-Greifern, neuen mechanischen Antriebselementen sowie neuartigen "Brake-by-Wire"-Bremsensystemen (PWG-Spindel, künstlicher Muskel, Umlaufgetriebe).
Im Jahr 1992 gründete Gombert die Firma SpaceControl, die im Juli 2001 in 3Dconnexion Holding SA umfirmiert wurde, und war dort bis zum Juni 2003 Geschäftsführer sowie Leiter der Entwicklung und Produktion der 3Dconnexion GmbH. Seit Juli 2003 widmet er sich komplett der Firma eStop, die er im Oktober 2000 gegründet hatte und die schließlich Anfang 2005 in das Geschäftsgebiet Body & Chassis Electronics von Siemens VDO integriert wurde.

Autor(en): Thomas Jungmann

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