DE102010056304A1

DE102010056304A1 - Hydraulische Bremsanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102010056304A1
Application number: DE201010056304
Authority: DE
Inventors: Martin Grepl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem willkürlich betätigbaren Fremdkraftbremsventil und mit elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbaren Bremsventilen, mit denen die Druckmittelwege zwischen Radbremszylindern, einer Druckmittelquelle und einem Tank steuerbar sind. Es ist ein elektronisches Steuergerät vorhanden, von dem ein Bremsventil oder mehrere Bremsventile, über die ein Bremszylinder eines Rades mit Druck beaufschlagbar und von Druck entlastbar ist, in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von Sensoren, die auf Blockieren oder ein Durchdrehen eines Rades oder eine Instabilität des Fahrzeugs schließen lassen, ansteuerbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Fremdkraftbremsanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass sie ohne großen Aufwand weitere eine weitere Funktion erfüllen kann. Das wird dadurch erreicht, dass für eine Lenkbremsfunktion das Bremsventil oder die Bremsventile eines Rades von dem elektronischen Steuergerät auch in Abhängigkeit von einem Lenkeinschlag ansteuerbar sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Um bei der Feldarbeit einen Ackerschlepper gut manövrieren zu können, haben moderne Ackerschlepper fast durchweg eine sogenannte Lenkbremsfunktion, genauer eine Lenkbremsvorrichtung eingebaut. Diese Funktion erlaubt auf dem Acker das gezielte Abbremsen des kurveninneren Hinterrades, so dass es möglich ist, mit dem Ackerschlepper Kurven mit sehr kleineren Radien zu fahren, als es durch eine alleinige Lenkwinkeleingabe möglich ist. Besonders wichtig ist es bei dieser Funktion, dass das Blockieren des abgebremsten kurveninneren Hinterrads vermieden wird. Sonst würden die Reifen zu schnell abgenutzt werden. Der Untergrund würde beschädigt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um die Lenkbremsfunktion zu realisieren.
Aus der EP 84 687 A1 ist es bekannt, für die Lenkbremsfunktion zwei unabhängig voneinander bedienbare Bremspedale vorzusehen, mit denen das hintere linke oder rechte Rad abgebremst werden kann. Falls der Ackerschlepper eine Vorderrad- oder Kardanwellenbremse besitzt, wird der Bremsdruck dieser Bremse über ein Prioritätsventil dem niedrigeren der beiden Bremsdrücke der Hinterräder nachgeführt. Bei Straßenfahrt müssen die beiden Bremspedale laut gesetzlichen Vorschriften mechanisch miteinander gekoppelt sein, damit nicht bei einer hohen Geschwindigkeit nur ein Rad gebremst und damit eine gefährliche Situation heraufbeschworen wird. Die Lösung mit zwei Bremspedalen ist heute zum Standard bei Ackerschleppern geworden.
In der DE 36 33 399 C1 ist eine Antriebsvorrichtung für allradangetriebene Fahrzeuge beschrieben, die den Vorlauf der gelenkten Vorderräder in Abhängigkeit vom Lenkwinkel steigert und dadurch das Fahren engen Kurvenradien ermöglichen soll. Diese Lösung beinhaltet einen beträchtlichen und kostenintensiven mechanischen und konstruktiven Aufbau.
Aus der DE 36 25 025 C1 ist eine hydraulische Lenkbremsanlage bekannt, bei der über ein zentralen vom Fahrer betätigbares Prioritätsventil die Bremswirkung gezielt auf nur eine Seite wirkt. Die Funktion kann in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, durch entsprechendes Ansteuern des Ventils wieder abgeschaltet werden. Bei dieser Lösung ist nur ein Bremspedal mit zugehöriger Aktuatorik (Hauptzylinder, Verschlauchung, Pedalverriegelung) vorhanden.
Aus der DE 42 24 887 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Bremskonzept vorhanden, gemäß dem in Abhängigkeit vom Lenkwinkel ein Steuersignal an entsprechende Bremsventile abgegeben wird, so dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzlenkwinkels das kurveninnere Hinterrad abgebremst wird. Auch bei dieser Lösung kann im Vergleich zu dem System nach der EP 84 687 A1 ein Bremspedal mit zugehöriger Aktuatorik (Hauptzylinder, Verschlauchung, Pedalverriegelung) eingespart werden. Es werden jedoch zusätzliche Sensoren, zum Beispiel ein Sensor für den Lenkwinkel, benötigt. Der Bremsdruck wird als Funktion des Lenkwinkels angepasst. Der maximale Bremsdruck ist dabei fest vorgegeben und orientiert sich am Blockierdruckniveau. Das ist nachteilig, da der Blockierdruck stark von den Bodenverhältnissen abhängt, die zum Beispiel auf einem Acker sehr unterschiedlich sein können. Das entsprechende Hinterrad wird daher nur in den seltensten Fällen optimal abgebremst, sondern häufig unter- oder überbremst. Ein Überbremsen und das dadurch eventuell resultierende Blockieren eines Rades sind jedoch zu vermeiden.
Die in der DE 36 33 399 C1 vorgeschlagene Lösung ist konstruktiv aufwendig und teuer. Ebenso wie in der DE 36 25 025 C1 wird der gesamte konstruktive Aufwand nur für die Darstellung der Funktion „Lenkbremse” benötigt. Da weitere Funktionen mit dem Konzept nicht abgebildet werden können, ist die Kosten-Nutzen-Relation schlecht. Das Gleiche gilt für den Vorschlag gemäß der DE 42 24 87 A1 .
Aus der DE 10 2009 021 012 A1 ist eine hydraulische Bremsanlage bekannt, die als Fremdkraftbremse konzipiert ist. Es wird also über ein Bremspedal ein Fremdkraftbremsventil angesteuert, das als Druckregelventil ausgebildet ist und je nach Stärke der Pedalbetätigung an seinem Ausgang einen verschieden hohen Bremsdruck zulässt. die notwendige Druckmittelmenge wird von einer Hydropumpe und von einem Hydrospeicher bereitgestellt. Die bekannte Bremsanlage ist des Weiteren so ausgebildet, dass auch eine Antiblockierregelung, eine Antischlupfregelung und eine Stabilitätsregelung möglich sind. Dazu sind den einzelnen Bremszylindern sogenannte Radventile zugeordnet und sogenannte Kreisventile vorhanden, über die ein Bremszylinder vom Fremdkraftbremsventil oder direkt von der Hydropumpe oder dem Hydrospeicher aus mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Über die Radventile ist ein Bremszylinder unabhängig vom Fremdkraftbremsventil und den Kreisventilen zu einem Tank entlastbar. Gesteuert werden die Radventile und die Kreisventile von einem elektronischen Steuergerät, dem die Signale von Drehzahlsensoren an den Rädern zugeführt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Fremdkraftbremsanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass sie ohne großen Aufwand weitere eine weitere Funktion erfüllen kann.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen hydraulischen Fremdkraftbremsanlage dadurch gelöst, dass für eine Lenkbremsfunktion das Bremsventil oder die Bremsventile eines Rades von dem elektronischen Steuergerät auch in Abhängigkeit von einem Lenkeinschlag ansteuerbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Fremdkraftbremsanlage kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Bevorzugt werden das Bremsventil oder die Bremsventile eines Rades von dem elektronischen Steuergerät in Abhängigkeit von einem Lenkwinkelsensor angesteuert.
Für eine optimale Funktion der Lenkbremse ist die Vorgabe eines Bremsdruckes nicht unbedingt gut geeignet. Vorzugsweise wird anstelle eines Bremsdrucks ein Sollschlupf am kurveninneren Hinterrad vorgegeben. Dieser Sollschlupf kann als Eingang des im elektronischen Steuergerät vorhandenen Bremsschlupfreglers dienen. Ein entsprechender Schlupf am Rad kann vom Bremsschlupfregler direkt eingestellt werden. Ein besonderer Vorteil der Vorgabe eines Schlupfes besteht darin, dass ein Blockieren des Rades verhindert wird und dass die Fahrzeuggeschwindigkeit in die Regelung mit einbezogen wird.
Der Sollschlupf sollte sich vorzugsweise am Maximum einer Kurve orientieren, die die Abhängigkeit der zur Bremswirkung proportionalen Haftreibungszahl vom Schlupf angibt. Eine solche Kurve ist zum Beispiel in 1 der DE 102 44 204 A1 dargestellt. Man erkennt in dieser Figur, dass die Haftreibungszahl μ zunächst mit größer werdendem Schlupf am Rad ansteigt, und schließlich einen Maximalwert erreicht. Nach dem Erreichen des Maximalwertes wird die Haftreibungszahl bei weiterem Ansteigen des Schlupfes kleiner. Wird also beim Lenkbremsen ein Schlupf vorgegeben, an dem die Haftreibungszahl maximal ist, wird die optimale Bremswirkung am abgebremsten Rad erzielt. An sich ist dann auch die Schlupfvorgabe nicht als Funktion des Lenkwinkels zu verändern.
Vorzugsweise springt der Sollschlupf nicht für Lenkwinkel größer 0 gleich auf den optimalen Sollschlupf, also den Schlupf, der dem Maximum auf der μ-Schlupf-Kurve entspricht. Vielmehr sollte für kleine Lenkwinkel ein mit dem Lenkwinkel ansteigender Sollschlupf und für größere Lenkwinkel jeweils derselbe Sollschlupf vorgegeben werden.
Um ein robusteres Verhalten zu erhalten, ist auch eine Totzone um den Lenkwinkel 0 denkbar, so dass erst ab einem Lenkwinkel im Abstand zum Lenkwinkel 0 ein sich mit dem Lenkwinkel größer werdender Schlupf vorgegeben wird, der Schlupf also erst im Abstand zum Lenkwinkel 0 auf seinen Optimalwert ansteigt.
Es ist ebenfalls denkbar, dass der optimale Sollschlupf vom Fahrer über ein Eingabegerät eingestellt werden kann, um so auf verschiedene Bodenverhältnisse zu reagieren.
Aus Sicherheitsgründen sollte die Lenkbremsfunktion nur im Kriechgang durch den Fahrer aktivierbar oder unabhängig von einer Eingabe des Fahrers automatisch sein. Außerdem können sehr einfach weitere Sicherheitsfunktionen, wie zum Beispiel ein Abschalten bei einer gewissen maximalen Geschwindigkeit, realisiert werden.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen
1 den schaltungsmäßigen Aufbau einer zum Lenkbremsen verwendbaren Bremsanlage,
2 ein Diagramm mit einem ersten möglichen Verlauf des Sollschlupfs relativ zum Lenkwinkel und
3 ein Diagramm mit einem zweiten möglichen Verlauf des Sollschlupfs relativ zum Lenkwinkel.
Die Bremsanlage nach 1 weist ein mittels eines Pedals 10 betätigbares Fremdkraftbremsventil 11, zwei Hydrospeicher 12 und 13, ein Speicherladeventil 14, eine Hydropumpe 15, ein elektronisches Steuergerät 16, vier Bremsventile 17, 18, 19 und 20, über die jeweils ein Radbremszylinder 26, 27, 28 und 29 mit einem Bremsdruck beaufschlagbar sind. Die beiden Radbremszylinder 26 und 27 sind den Rädern einer Vorderachse und die beiden Radbremszylinder 28 und 29 den Rädern einer Hinterachse zum Beispiel eines Ackerschleppers zugeordnet.
Das Fremdkraftbremsventil 11 ist mit einem ersten Versorgungseingang S1 mit dem Hydrospeicher 13 und mit einem zweiten Versorgungseingang mit dem Hydrospeicher 12 verbunden.
Die Bremsventile 17 bis 20 sind proportional verstellbare 3/3 Wegeventile, die über einen Fluidpfad 35 beziehungsweise einen Fluidpfad 36 mit einem Druckanschluss mit einem Ausgang BR1 beziehungsweise BR2 des Fremdkraftbremsventils 11, mit einem Tankanschluss mit Tank und mit einem Verbraucheranschluss mit einem Radbremszylinder verbunden sind. In einer Ruhestellung, die die Bremsventile unter der Wirkung einer Feder einnehmen, ist der Verbraucheranschluss mit dem Druckanschluss verbunden. Durch Ansteuerung eines Elektromagneten kann ein Bremsventil aus der Ruhestellung stetig verstellt werden, wobei zunächst der Verbraucheranschluss vom Druckanschluss getrennt und dann mit dem Tankanschluss verbunden wird.
Die Elektromagnete der Bremsventile werden von einem elektronischen Steuergerät 16 über elektrische Leitungen 40, 41, 42 und 43 angesteuert. Außerdem steht das elektronische Steuergerät 16 über eine elektrische Leitung 44 mit dem Fremdkraftbremsventil 11 in Verbindung und kann dieses über ein elektrisches oder elektrohydraulisches Stellglied unabhängig von der manuellen Betätigung des Pedals 10 ansteuern.
Bei dem elektronischen Steuergerät 16 handelt es sich um ein zentrales programmierbares Steuergerät, mit dem zunächst in bekannter Weise eine ABS-, ASR- und/oder ESP-Regelung der Bremsanlage möglich ist. Dem elektronischen Steuergerät werden eine Reihe von Signalen zugeführt, die von Sensoren erfasst werden. Dazu gehören unter anderen die Signale von Drehzahlsensoren, von denen die Drehzahlen der verschiedenen Räder an der Vorderachse und an der Hinterachse eines Fahrzeugs erfasst werden, ein Signal, das die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert, ein Signal, das den Lenkwinkel angibt und zum Beispiel auch ein Signal für die Gierrate des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß sind nun die Bremsanlage und insbesondere das Steuergerät 16 so konzipiert, das auch eine Lenkbremsfunktion realisiert ist. Beim Lenkbremsen wird je nach Lenkrichtung das linke oder das rechte Hinterrad zum Beispiel eines Ackerschleppers abgebremst, um kleinere Kurvenradien fahren zu können, als es durch alleinige Lenkwinkeleingabe möglich wäre. Und zwar wird für das abgebremste Hinterrad ein Sollschlupf vorgegeben, der, wie aus den Diagrammen nach den 2 und 3 ersichtlich ist in weiten Bereichen des Lenkwinkels d vorzugsweise am Maximum der μ-Schlupf-Kurve orientiert ist. Lediglich bei kleinen Lenkwinkeln ist ein anderer Sollschlupf gewählt.
Das Diagramm nach 2 zeigt eine Lösung, bei der der Sollschlupf λ_soll von einem Schlupf 0 beim Lenkwinkel 0 linear mit Lenkwinkel ansteigt und bei einem Lenkwinkel, der mit d_λ bezeichnet ist, einen dem Maximum der μ-Schlupf-Kurve entsprechenden Sollschlupf erreicht. Bei weiter größer werdendem Lenkwinkel verbleibt der Sollschlupf auf diesem Wert.
Das Diagramm nach 3 zeigt eine Lösung, bei der der Sollschlupf λ_soll zunächst bis zu einem kleinen Lenkwinkel d_min bei 0 bleibt, dann linear ansteigt und wiederum bei d_λ einen dem Maximum der μ-Schlupf-Kurve entsprechenden Sollschlupf erreicht. Der Anstieg des Schlupfes geschieht hier innerhalb eines kleineren Lenkwinkelbereichs und ist deshalb steiler als bei der Lösung nach 2.
Zum Einstellen eines Schlupfes an einem der Hinterräder des Fahrzeugs mit Hilfe der Radbremszylinder 28 und 29, zum Beispiel mit Hilfe des Radbremszylinders 20, werden zunächst die Bremsventile 17, 18 und 19 betätigt, so das die Radbremszylinder 26, 27, und 28 mit Tank verbunden sind und nicht mit einem Bremsdruck beaufschlagt werden können. Dann wird das Fremdkraftbremsventil 11 betätigt, wobei hier an sich eine derartige Betätigung ausreicht, mit der der Ausgang BR2 mit einem Hydrospeicher verbunden wird. Durch Ansteuerung des Bremsventils 20 kann der Radbremszylinder 29 mit einem solchen Druck beaufschlagt werden, dass den gewünschte Schlupf an dem entsprechenden Rad auftritt. Der Ist-Schlupf kann durch Vergleich der Drehzahl des Rades mit den Drehzahlen der anderen Räder oder unter Bezugnahme auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und andere Fahrzeugparameter ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 84687 A1 [0004, 0007]
DE 3633399 C1 [0005, 0008]
DE 3625025 C1 [0006, 0008]
DE 4224887 A1 [0007]
DE 422487 A1 [0008]
DE 102009021012 A1 [0009]
DE 10244204 A1 [0015]

Claims

Hydraulische Bremsanlage, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem willkürlich betätigbaren Fremdkraftbremsventil (11) und mit elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbaren Bremsventilen (17, 18, 19, 20), mit denen die Druckmittelwege zwischen Radbremszylindern (26, 27, 28, 29), einer Druckmittelquelle (12, 13) und einem Tank (T) steuerbar sind, mit einem elektronischen Steuergerät (16), von dem ein Bremsventil (19, 20) oder mehrere Bremsventile, über die ein Radbremszylinder (28, 29) eines Rades mit Druck beaufschlagbar und von Druck entlastbar ist, in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von Sensoren, die auf Blockieren oder ein Durchdrehen eines Rades oder eine Instabilität des Fahrzeugs schließen lassen, ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Lenkbremsfunktion das Bremsventil (19, 20) oder die Bremsventile eines Rades von dem elektronischen Steuergerät (16) auch in Abhängigkeit von einem Lenkeinschlag ansteuerbar sind.
Hydraulische Bremsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventil (19, 20) oder die Bremsventile eines Rades von dem elektronischen Steuergerät (16) in Abhängigkeit von einem Lenkwinkelsensor ansteuerbar sind.
Hydraulische Bremsanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsventil (19, 20) oder die Bremsventile bei einer Ansteuerung in Abhängigkeit von einem Lenkeinschlag gemäß einem Sollschlupf für das Rad ansteuerbar sind.
Hydraulische Bremsanlage nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Sollschlupf ein Wert im Bereich des Maximums eines Diagramms gewählt wird, in dem die Haftreibungszahl über dem Schlupf aufgetragen ist.
Hydraulische Bremsanlage nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für kleine Lenkwinkel ein mit dem Lenkwinkel ansteigender Sollschlupf und für größere Lenkwinkel jeweils derselbe Sollschlupf vorgegeben wird.
Hydraulische Bremsanlage nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass erst ab einem Lenkwinkel im Abstand zum Lenkwinkel 0 ein sich mit dem Lenkwinkel größer werdender Schlupf vorgegeben wird.
Hydraulische Bremsanlage nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingabegerät vorhanden ist, über das ein Sollschlupf einstellbar ist.
Hydraulische Bremsanlage nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbremsfunktion nur im Kriechgang aktivierbar ist bzw. aktiviert ist.
Hydraulische Bremsanlage nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbremsfunktion in Abhängigkeit bestimmter Parameter, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgeschaltet wird.