DE102014006614A1

DE102014006614A1 - Pneumatische Bremseinrichtung für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betrieb einer pneumatischen Bremsanlage

Info

Publication number: DE102014006614A1
Application number: DE102014006614.2A
Authority: DE
Inventors: Ralph-Carsten Lülfing; Robert Otremba; Wolfgang Strache
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-11-26
Also published as: CN106163893B; CN106163893A; WO2015169417A1; EP3140171B1; JP2017514742A; JP6626003B2; EP3140171A1; KR20170004959A; KR102315075B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Bremseinrichtung für Kraftfahrzeuge, enthaltend einen Bremssignalgeber, einen Vorratsdruckspeicher (11) und eine pneumatisch betätigbare Radbremse (9) pro Rad sowie wenigstens eine Achse des Kraftfahrzeugs mit jeweils einem elektrisch ansteuerbaren Radbremsmodul (12) pro Rad zur Einstellung eines Soll-Bremsdrucks der jeweiligen Radbremse (9). Eine elektronische Steuereinheit ermittelt Vorgabewerte der Soll-Bremsdrücke der Radbremsen (9) unter Berücksichtigung des Bremssignalgebers. Jedes Radbremsmodul (12) umfasst wenigstens ein Belüftungsventil (19) und ein Entlüftungsventil (20), elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel (25) zur Aktivierung des Belüftungsventils (19) und/oder des Entlüftungsventils (20), sowie eine Steuerlogik (26) mit Mitteln zur Erzeugung eines Stellsignals für das Aktivierungsmittel (25) entsprechend dem Vorgabewert für den Soll-Bremsdruck. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer pneumatischen Bremseinrichtung. Um die Herstellungskosten und die Baugröße der pneumatischen Bremseinrichtung zu verringern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Belüftungsventil (19) und sein Aktivierungsmittel (25) derart ausgebildet sind, dass der pneumatische Druck aus dem Vorratsdruckspeicher (11) im betätigten Zustand des Belüftungsventils (19) direkt an die jeweilige Radbremse (9) durchsteuerbar ist und/oder das Entlüftungsventil (20) den Bremsdruck der Radbremse (9) im betätigten Zustand direkt in die Atmosphäre entlüftet.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Bremseinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer pneumatischen Bremsanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Pneumatische Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise pro Rad des Kraftfahrzeugs eine pneumatisch betätigbare Radbremse auf, wobei das pneumatische Betriebsmittel für die Radbremsen in einem Vorratsdruckspeicher unter statischem Druck bereit gestellt ist. Die Bremseinrichtungen weisen einen Bremssignalgeber auf, welcher an die Bewegung eines vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbaren Bremspedals gekoppelt ist und bei Betätigung des Bremspedals ein Bremsanforderungssignal erzeugt. In Abhängigkeit des Bremsanforderungssignals wird ein Bremssolldruck an den Radbremsen eingestellt.
EP 2 077 215 B1 offenbart eine derartige pneumatische Bremseinrichtung für Kraftfahrzeuge, wobei es jeweils ein elektrisch ansteuerbares Radbremsmodul pro Rad zur Einstellung des Soll-Bremsdrucks der jeweiligen Radbremse aufweist. Eine elektronische Steuereinheit ermittelt dabei Vorgabewerte der Soll-Bremsdrücke für die Radbremsen unter Berücksichtigung des Bremssignalgebers, wobei die Vorgabewerte der Soll-Bremsdrücke den Radbremsmodulen vorgegeben werden. Die bekannte pneumatische Bremseinrichtung sieht sowohl Ausführungsbeispiele mit einem gemeinsamen Radbremsmodul für beide Radbremsen einer Achse vor, als auch ein Ausführungsbeispiel, bei der die Räder einer Achse jeweils mit einem Radbremsmodul ausgestattet sind.
Die Radbremsmodule umfassen dabei wenigstens ein Belüftungsventil und ein Entlüftungsventil, wobei das Belüftungsventil zur Aktivierung der Radbremse betätigt wird. Beispielsweise zur Beendigung des Bremsvorgangs wird der Bremszylinder der Radbremse entlüftet, wobei das Entlüftungsventil betätigt wird und der Bremszylinder ins Freie entlüftet wird. Zur Aktivierung des Belüftungsventils und/oder des Entlüftungsventils umfassen Radbremsmodule elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel, welche von einer Steuerlogik über ein Stellsignal ansteuerbar sind. Zur Betätigung des Radbremsmoduls umfasst die Steuerlogik Mittel zur Erzeugung eines Stellsignals für das Aktivierungsmittel entsprechend dem Vorgabewert für den Soll-Bremsdruck.
Bei den bekannten Bremseinrichtungen sind sowohl für die Belüftung als auch für die Entlüftung Relaisventile vorgesehen, wodurch der Steuerdruck zur Betätigung der Ventile, insbesondere des Belüftungsventils, entkoppelt wird vom Betriebsdruck der Radbremsen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten und die Baugröße der pneumatischen Bremseinrichtung mit Radbremsmodulen für beide Räder einer Achse eines Kraftfahrzeugs zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine pneumatische Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Betrieb einer pneumatischen Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Erfindungsgemäß sind das Belüftungsventil und sein Aktivierungsmittel derart ausgebildet, dass der pneumatische Druck aus dem Vorratsdruckspeicher im betätigten Zustand des Belüftungsventils direkt an die jeweilige Radbremse durchsteuerbar ist. Alternativ oder zusätzlich sind das Entlüftungsventil und sein Aktivierungsmittel derart ausgebildet, dass der Bremsdruck der Radbremse im betätigten Zustand des Entlüftungsventils direkt in die Atmosphäre entlüftet wird. Werden aus Kostengründen anstelle eines gemeinsamen Radbremsmoduls für beide Räder einer Achse getrennte Radbremsmodule vorgesehen, so werden durch die erfindungsgemäße Durchsteuerung des pneumatischen Drucks aus dem Vorratsdruckspeicher direkt zur jeweiligen Radbremse mehrere der bisher erforderlichen Relaisventil erfindungsgemäß ersetzt. Auf diese Weise kann die Baugröße der Bremseinrichtung und durch die Reduzierung von Bauteilen auch die Herstellungskosten reduziert werden.
Unter der Durchsteuerung des pneumatischen Drucks aus dem Vorratsdruckspeicher ist zu verstehen, dass bei Öffnung des Belüftungsventils der pneumatische Druck aus dem Vorratsdruckspeicher unmittelbar auf die Radbremse beziehungsweise den in der Radbremse ausgebildeten pneumatischen Zylinder wirkt. Die Betätigung des Belüftungsventils seinerseits erfolgt durch elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Aktivierungsmittel des Belüftungsventils ein elektrisch betätigbares Belüftungs-Vorsteuerventil, mittels dem das Belüftungsventil betätigbar ist. Das Vorsteuerventil öffnet bei elektrischer Betätigung und schaltet in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung den pneumatischen Druck im Vorratsdruckspeicher auf das Betätigungsglied des Belüftungsventils, wodurch das pneumatisch betätigt öffnet. Das Belüftungsventil und sein elektrisch betätigbares Belüftungs-Vorsteuerventil bilden eine Belüftungsventilgruppe, bei welcher der pneumatische Druck aus dem Vorratsdruckspeicher mittelbar zur Betätigung des Belüftungsventils herangezogen wird, jedoch der pneumatische Druck dennoch unmittelbar zur Radbremse durchgeschaltet wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch das Aktivierungsmittel des Entlüftungsventils mit einem elektrisch betätigbaren Entlüftungs-Vorsteuerventil ausgestattet, mittels dem das Entlüftungsventil betätigbar ist. Das Belüftungs-Vorsteuerventil beziehungsweise das Entlüftungs-Vorsteuerventil ist in einer vorteilhaften Ausführungsform als elektrisch betätigbares Magnetventil ausgebildet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich mit anderen elektrisch betätigbaren Aktivierungsmitteln als die erwähnten Vorsteuerventile, beispielsweise einen elektrischen Schrittmotor oder elektrische Ventile anderer Bauart als das Magnetventil.
Ein rascher Druckaufbau im Bremszylinder wird erreicht, wenn die Steuerlogik des Radbremsmoduls Mittel zur Erzeugung eines pulsmodulierten Stellsignals für das elektrische Aktivierungsmittel, insbesondere das Belüftungs-Vorsteuerventil umfasst. Unter einem pulsmodulierten Signal wird dabei eine zeitdiskrete Signalfolge bestehend aus einzelnen Pulsen verstanden, wobei das Aktivierungsmittel entsprechend der zeitdiskreten Signalfolge für jeweils kurze Intervalle ein- und ausgeschaltet wird. In der Ausführungsform des Aktivierungsmittels als Vorsteuerventil wird das Vorsteuerventil mit dem pulsmodulierten Stellsignal der Steuerlogik in rascher Folge ein- und ausgeschaltet, wobei durch ein geeignetes Pulsschema der Modulation ein rascher Druckaufbau in der Radbremse erreicht wird. In der Ausführungsform der Erfindung einer Entlüftungsventilgruppe mit einem Entlüftungsventil und einem elektrisch betätigbaren Aktivierungsmittel wird das Aktivierungsmittel des Entlüftungsventils entsprechend der Ansteuerung des Belüftungsventils ebenfalls mit einem pulsmodulierten Stellsignal gesteuert.
Bei Bremsmanövern des Kraftfahrzeugs kann es aus unterschiedlichen Gründen zu einem Schiefziehen des Kraftfahrzeugs kommen, beispielsweise unterschiedliche Bremsbeläge. Auch können die Radbremsen beider Räder ein unterschiedliches Ansprechverhalten auf den Bremswunsch zeigen. Beispielsweise können schon geringfügig unterschiedliche Geometrien, beispielsweise bereits Unterschiede im Rahmen von Fertigungstoleranzen, der pneumatisch beteiligten Bauteile zu unterschiedlichem Ansprechverhalten der Bremssysteme beider Räder führen. Besonders vorteilhaft wird daher der Steuerlogik jedes Radbremsmoduls ein im Voraus für das jeweilige Radbremsmodul ermitteltes Kennfeld zugeordnet, welches Informationen zu zeitdiskreten Signalfolgen für das Stellsignal in Abhängigkeit von Soll-Bremsdrücken umfasst. Die Ermittlung eines individuellen Kennfelds für jedes Radbremsmodul berücksichtigt geringfügige Unterschiede, beispielsweise geometrische Unterschiede im gesamten Volumen der Ventilbaugruppe einschließlich gegebenenfalls des Bremszylinders und umfasst optimierte Signalfolgen beziehungsweise Pulsschemata für ein individuelles Radbremsmodul, bei denen sich ein schnellstmöglicher Soll-Bremsdruck aufbaut. Dabei werden für verschiedene Soll-Bremsdrücke optimierte Pulsschemata beziehungsweise zeitdiskrete Signalfolgen für das pulsmodulierte Stellsignal ermittelt und beispielsweise in einem Speicherelement der Steuerlogik zur Verfügung gestellt. Das Radbremsmodul wird daher vor der ersten Inbetriebnahme bei der Ermittlung des Kennfelds mit optimalen zeitdiskreten Signalfolgen in Abhängigkeit von Soll-Bremsdrücken quasi eingelernt.
Vorteilhaft ist die Steuerlogik für die Aktivierungsmittel als Regelkreis zur Einregelung des Soll-Bremsdrucks ausgebildet, welcher das Sensorsignal eines Drucksensors in einer Druckmittelleitung zwischen den Belüftungsventil und der Radbremse als Ist-Bremsdruck berücksichtigt. Als Stellgröße zur Anpassung des Ist-Bremsdrucks an den gewünschten Soll-Bremsdruck wird das Pulsschema des pulsmodulierten Stellsignals variiert. Besonders vorteilhaft werden pulsweiten modulierte Stellsignale erzeugt, wobei durch die Variation der Pulsweite die Charakteristik des Druckaufbaus beeinflusst werden kann. So wird beispielsweise durch eine Verlängerung der Pulsweite, das heißt der zeitlichen Dauer des Intervalls, während dem das Aktivierungsmittel betätigt ist, in der Regel ein steilerer Gradient des Druckaufbaus erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein überlagerter Regelkreis zur Berechnung und Anpassung der Vorgabewerte für den Soll-Bremsdruck unter Berücksichtigung einer laufend ermittelbaren Fahrzustandsgröße vorgesehen. Der überlagerte Regelkreis dient dabei der Anpassung des vorgegebenen Soll-Bremsdrucks an das konkrete Fahrverhalten des Fahrzeugs, wodurch einem Schiefziehen des Fahrzeugs bei einem Bremsvorgang entgegen gewirkt ist. Eine Neigung des Fahrzeugs zum Schiefziehen wird durch die Berücksichtigung der laufend ermittelten Fahrzustandsgröße erkannt und durch entsprechende Einregelung beziehungsweise Anpassung der Soll-Bremsdrücke für die unterschiedlichen Radbremsmodule entgegengewirkt. Der überlagerte Regelkreis zur Berechnung und Anpassung der Vorgabewerte für den Soll-Bremsdruck passt somit den Sollbremsdruck, wie er entsprechend der Betätigung des Bremssignalgebers zunächst ermittelt wurde, an die gegebenenfalls zum Schiefziehen neigenden Umstände an.
In einer vorteilhaften Ausführungsform berücksichtigt ein überlagerter Regelkreis eine gemessene Raddrehzahl als Fahrzustandsgröße. Weichen die gemessenen Raddrehzahlen der beiden Räder, denen die Radbremsmodule zugeordnet sind, voneinander ab, so kann auf eine Neigung zum Schiefziehen geschlossen werden. Der überlagerte Regelkreis passt die Vorgabewerte für den Soll-Bremsdruck der jeweiligen Radbremsmodule an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein überlagerter Regelkreis vorgesehen, welcher eine Gierrate des Kraftfahrzeugs als Fahrzustandsgröße berücksichtigt. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung sind mehrere überlagerte Regelkreise zur Berechnung und in Anpassung der Vorgabewerte für den Soll-Bremsdruck vorgesehen, wodurch der Vorgabewert, aus welchem das pulsmodulierte Stellsignal berechnet wird, weiter optimiert wird. Geeignete Fahrzustandsgrößen können beispielsweise aus den Steuergeräten von Fahrassistenzsystemen zur Verfügung gestellt werden.
Das Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung ist vorzugsweise ein Lastkraftfahrzeug, beispielsweise Zugmaschinen oder Omnibusse.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen elektrischen und pneumatischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer pneumatischen Bremsanlage,
2 ein elektrisches und pneumatisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Radbremsmoduls,
3 ein zeitlicher Verlauf eines Ausführungsbeispiels eines pulsweit modulierten Stellsignals,
4 einen zeitlichen Verlauf eines pulsweitenmodulierten Stellsignals mit erhöhter Pulsweite,
5 einen zeitlichen Verlauf eines pulsweitenmodulierten Stellsignals mit reduzierter Pulsweite,
6 einen grafischen Verlauf des Druckanstiegs an der Radbremse für unterschiedliche Pulsweiten,
7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betrieb einer pneumatischen Bremsanlage.
1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer pneumatischen Bremseinrichtung 1 für Kraftfahrzeuge, nämlich ein zweiachsiges Lastkraftfahrzeug 2. Von dem Lastkraftfahrzeug 2 sind in der schematischen Darstellung ein linkes Vorderrad 3 und ein rechtes Vorderrad 4 an einer Vorderachse 5 sowie ein linkes Hinterrad 6 und ein rechtes Hinterrad 7 an einer Hinterachse 8 gezeigt.
Die pneumatische Bremseinrichtung 1 umfasst pro Rad 3, 4, 6, 7 eine pneumatische Radbremse 9. Die Radbremsen 9 weisen jeweils einen Bremszylinder auf, welcher über eine Druckmittelleitung 10 mit Bremsdruck beaufschlagbar ist, um die Radbremse 9 zu aktivieren. Zur Bereitstellung von Bremsdruck beziehungsweise unter statischem Druck stehender Druckluft umfasst die pneumatische Bremseinrichtung 1 einen oder mehrere Vorratsdruckspeicher 11. In der fluidischen Verbindung zwischen dem Vorratsdruckspeicher 11 und der Druckmittelleitung 10 zur jeweiligen Radbremse 9 ist ein elektrisch ansteuerbares Radbremsmodul 12, 13 angeordnet, welches im nachstehend noch näher beschriebener Weise den Aufbau von Bremsdruck in der jeweiligen Radbremse 9 beeinflusst. Dabei ist jedem Rad 3, 4 der Vorderachse 5 jeweils ein Radbremsmodul 12, 13 zugeordnet. Entsprechend beeinflusst ein erstes Radbremsmodul 12 das Bremsverhalten des linken Vorderrads 3, während ein zweites Radbremsmodul 13 das Bremsverhalten des rechten Vorderrads 4 beeinflusst.
Die Bremseinrichtung 1 umfasst außerdem einen Bremssignalgeber 14, welcher bevorzugt ein Pedal in der Kabine des Fahrerhauses des Kraftfahrzeugs 2 aufweist und durch einen Fahrer bedienbar ist. Der Bremssignalgeber 14 erzeugt bei Betätigung des Pedals ein Bremssignal 15 (7), welches den Bremswunsch des Fahrers repräsentiert. Zur Übertragung des Bremssignals 15 ist der Bremssignalgeber 14 über eine Bremssignalleitung 16 signalübertragend mit einer elektronischen Steuereinheit 17 verbunden. Die elektronische Steuereinheit 17 ist dazu ausgebildet, Vorgabewerte von Soll-Bremsdrücken der Radbremsen 9 unter Berücksichtigung des Bremssignalgebers 14 zu ermitteln. Die elektronische Steuereinheit 17 ist signalübertragend sowohl mit dem ersten Radbremsmodul 12 für das linke Vorderrad 3 als auch mit dem zweiten Radbremsmodul 13 für das rechte Vorderrad 4 verbunden.
Jeder Radbremse 9 ist ein Drucksensor 18 zugeordnet, welcher den aktuellen Ist-Bremsdruck in der jeweiligen Radbremse 9 ermittelt. Jedes Radbremsmodul 12, 13 zieht den aktuellen Ist-Bremsdruck ihrer jeweiligen Radbremse 9 zur Einregelung eines bestimmten Soll-Bremsdrucks heran. Der Drucksensor 18 ist signalübertragend mit dem jeweiligen Radbremsmodul 12, 13 verbunden und kann auch baulich mit dem jeweiligen Radbremsmodul 12, 13 vereinigt sein.
2 zeigt ein pneumatisches Schaubild eines Radbremsmoduls 12. Für jeweils gleiche Bauteile sind dabei die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Das Radbremsmodul 12 kontrolliert die fluidische Verbindung einer Radbremse 9 eines Rades 3 mit einem Vorratsdruckspeicher 11 und weist ein Belüftungsventil 19 und ein Entlüftungsventil 20 auf. Das Belüftungsventil 19 steuert in geöffnetem Zustand den pneumatischen Druck aus dem Vorratsdruckspeicher 11 direkt zu der Radbremse 9 durch. Das Belüftungsventil 19 und das Entlüftungsventil 20 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als 2/2-Wege Ventile ausgebildet und somit jeweils zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung schaltbar. Das Belüftungsventil 19 weist einen Versorgungsanschluss 21 auf, welcher in der geöffneten Stellung des Belüftungsventils mit einem Arbeitsanschluss 22 verbunden ist. In entsprechender Bauweise umfasst das Entlüftungsventil einen Versorgungsanschluss 23, welcher zur Entlüftung der Radbremse 9 mit dem Arbeitsanschluss 24, welcher in die Atmosphäre mündet, verbindbar ist.
Der Versorgungsanschluss 21 des Belüftungsventils 19 ist an den Vorratsdruckspeicher 11 angeschlossen, das heißt, es besteht eine direkte fluidische Verbindung. Der Arbeitsanschluss 22 des Belüftungsventils 19 kommuniziert direkt mit der Radbremse 9, wodurch eine direkte Durchsteuerung in geöffnetem Zustand des Belüftungsventils 19 gewährleistet ist.
Jedes Radbremsmodul 12 umfasst außerdem elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel 25 zur Aktivierung des Belüftungsventils 19 und/oder des Entlüftungsventils 20. Das Belüftungsventil 19 ist daher mittelbar über eine elektrische Betätigung aktivierbar, wodurch der pneumatische Druck des Vorratsdruckspeichers 11 zur Radbremse 9 direkt durchgesteuert wird. Zur Erzeugung eines Stellsignals 36 für das Aktivierungsmittel 25 entsprechend dem Vorgabewert für den Soll-Bremsdruck ist dem Radbremsmodul 12 eine Steuerlogik 26 zugeordnet. Die Steuerlogik 26 ist dabei individuell für jedes Radbremsmodul 12 jedes Rades 3 vorgesehen. Der Steuerlogik 26 wird der Ist-Wert des Bremsdrucks in der Druckmittelleitung 10 zur Radbremse 9 von dem Drucksensor 18 laufend vorgegeben.
Die Elektronik der Steuerlogik 26 kann in einem Ausführungsbeispiel in dem Radbremsmodul untergebracht sein. In weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die elektronische Steuereinheit 17 (1) elektronische Ausstattungen für die Steuerlogiken 26 der angeschlossenen Radbremsmodule 12, 13. In sämtlichen der vorgenannten Ausführungsbeispielen ist ein gegenseitiger Informationsaustausch, insbesondere die Übertragung von Stellsignalen und Sensorsignalen über ein Bus-System (CAN) möglich.
Das Belüftungsventil 19 und das Entlüftungsventil 20 sind als pneumatisch betätigbare Ventile ausgebildet. Als Aktivierungsmittel 25 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß 2 jeweils ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil vorgesehen. An einen pneumatischen Steuereingang 27 des Belüftungsventils 19 ist der Arbeitsanschluss 28 eines Belüftungs-Vorsteuerventils 29 angeschlossen. Der Versorgungsanschluss 30 des Belüftungs-Vorsteuerventils 29 kommuniziert mit einem pneumatischen Druckvorrat, im gezeigten Ausführungsbeispiel dem Vorratsdruckspeicher 11.
Der elektrische Steuereingang 31 des Belüftungs-Vorsteuerventils ist von der Steuerlogik 26 über ein entsprechendes elektrisches Stellsignal beaufschlagbar. Wird das Belüftungs-Vorsteuerventil 29 geöffnet, so verbindet das Belüftungs-Vorsteuerventil 29 den Vorratsdruckspeicher 11 mit dem pneumatischen Steuereingang 27 des Belüftungsventils 19 und sorgt für eine direkte Durchschaltung des pneumatischen Drucks aus dem Vorratsdruckspeicher 11 zur Radbremse 9.
Das Aktivierungsmittel des Entlüftungsventils 20 umfasst ein elektrisch betätigbares Entlüftungs-Vorsteuerventil 32, dessen Arbeitsanschluss 33 auf den pneumatischen Steuereingang 55 des Entlüftungsventils 20 wirkt. Ein Versorgungsanschluss 34 des Entlüftungs-Vorsteuerventil 32 ist wie auch das andere Vorsteuerventil des Aktivierungsmittels 25 an den Vorratsdruckspeicher 11 angeschlossen. Der elektrische Steuereingang 35 des Entlüftungs-Vorsteuerventils 32 ist über die Steuerlogik 26 ansteuerbar.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind als elektrisch betätigbare Aktivierungseinrichtungen dem Belüftungsventil 19 und/oder dem Entlüftungsventil 20 Schrittmotoren zur Betätigung zugeordnet.
Die Steuerlogik 26 erzeugt ein pulsmoduliertes Stellsignal für das Belüftungs-Vorsteuerventil 29. In dem Ausführungsbeispiel werden die Radbremsmodule 12, 13 über pulsweiten modulierte Stellsignale betätigt. Beispiele für die zeitlichen Verläufe derartiger pulsweiten modulierter Stellsignale sind in den 3 bis 5 dargestellt. 3 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel eines pulsweiten modulierten Stellsignals 36 mit einer vorgegebenen Pulsweite 37. In 4 ist der zeitliche Verlauf eines Stellsignals 38 mit einer gegenüber dem Stellsignal 36 in 3 vergrößerten Pulsweite 37 dargestellt. Bei dem zeitlichen Verlauf des Stellsignals 39 gemäß 5 ist die Pulsweite 37 gegenüber dem Stellsignal 36 in 3 verringert.
Ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal ermöglicht mit einer bestimmten Pulsweite einen raschen Druckaufbau in der jeweiligen Radbremse. Der Einfluss der Veränderung der Pulsweite 37 ist in den zeitlichen Verlaufen des Druckaufbaus in 6 dargestellt. Bei einem Stellsignal 38 mit vergrößerter Pulsweite ergibt sich ein steilerer Gradient des Druckaufbaus und ein insgesamt rascher Druckaufbau als bei einer geringen Pulsweite. Durch Veränderung der Pulsweite im Stellsignal eines Radbremsmoduls kann daher der zeitliche Verlauf des Druckaufbau und auch die Dimension des Bremsdrucks entsprechend einem Soll-Bremsdruck beeinflusst und insbesondere geregelt werden.
Die für die konkrete Bremssituation optimale Pulsweite wird von der Steuerlogik laufend bestimmt. Das Pulsschema mit bestimmter Pulsbreite entsprechend einem bestimmten Druckanstiegsverhalten wird im Betrieb der Bremseinrichtung wie nachfolgend dargestellt ermittelt.
7 zeigt ein Blockschaltbild zum Betrieb der pneumatischen Bremseinrichtung. Die elektronische Steuereinheit 17 (1) ermittelt in einem Vorgabeschritt 40 Vorgabewerte 41 der Soll-Bremsdrücke der Radbremsen unter Berücksichtigung des Bremssignalgebers 14, welcher der Steuereinheit sein Bremssignal 15 zuführt.
Der Vorgabewert 41 für den Soll-Bremsdruck wird zu einem Ist-/Sollwert-Vergleich 43 heran gezogen, wobei mit dem Ist-Wert 44 des Bremsdrucks in der Radbremse, welcher von dem Drucksensor 18 laufend gemessen wird, und dem Soll-Wert des Bremsdrucks eine Regelabweichung 45 ermittelt wird. Die Regelabweichung 45 wird einem Regler 46 vorgegeben, welcher unter Berücksichtigung der Modulation 42 des pulsweitenmodulierte Stellsignals 36 erzeugt. Ein Regeleingriff zur Angleichung des Ist-Werts 44 des Bremsdrucks an den Soll-Wert erfolgt durch Variation der Pulsweite des Stellsignals 36. Mit dem Stellsignal 36 wird das Vorsteuer-Belüftungsventil 29 des jeweiligen Radbremsmoduls 12 (2) angesteuert. Ein ähnlicher Regelkreis ist zur Regelung des Soll-Bremsdrucks des anderen Radbremsmoduls 13 der Vorderachse des Lastkraftfahrzeugs vorgesehen.
Der Regelkreis zum Angleich des Ist-Werts 44 des Bremsdrucks an den Soll-Wert ist Bestandteil der Steuerlogik des jeweiligen Radbremsmoduls 12, 13. Jeder Steuerlogik 26 (2) des jeweiligen Radbremsmoduls 12, 13 ist ein im Voraus für das jeweilige Radbremsmodul ermitteltes Kennfeld 47 zugeordnet, welches Informationen zu zeitdiskreten Signalfolgen für das Stellsignal 36 in Abhängigkeit von Soll-Bremsdrücken umfasst. Das Kennfeld 47 ist das Resultat eines Einlernvorgangs des Radbremsmoduls, welches vor der ersten Systeminitialisierung ermittelt wird, beispielsweise durch Prüfstandsversuche. Dabei wird das jeweilige Radbremsmodul 12, 13 für bestimmte Soll-Bremsdrücke optimale Pulsschemata für das pulsweiten modulierte Stellsignal ermittelt. Die Pulsschemata verschiedener Radbremsmodule weichen dabei in der Regel von einander ab, da beim Einlernen geometrische Einflussfaktoren wie Zylindergrößen oder Verrohrung berücksichtigt werden und individuell für die Radbremsmodule optimierte Kennfelder eingelernt werden. Die optimierten Pulsschemata für die jeweiligen Soll-Bremsdrücke werden als Vorgabeparameter als Kennfeld abgespeichert, beispielsweise in einem EEPROM.
Bei der ersten Initialisierung des jeweiligen Radbremsmoduls, das heißt zu Beginn des Bremsvorgangs, wird ein Pulsschema 48 aus dem jeweiligen Kennfeld 47 des Radbremsmoduls ausgelesen und ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Stellsignal 36 erzeugt. Wird bei der Einregelung des Bremsdrucks eine Regelabweichung 45 festgestellt, so wird durch Variation der Pulsbreite der gewünschte Soll-Bremsdruck eingeregelt.
Durch die Regelung des Soll-Bremsdrucks wird effektiv einer Neigung des Kraftfahrzeugs zum Schiefziehen während des Bremsvorgangs entgegengewirkt.
Um auch einen zeitlichen Versatz der Bremseingriffe beider Radbremsmodule auszugleichen, ist wenigstens ein überlagerter Regelkreis 48 zur Berechnung und Anpassung der Vorgabewerte für den Soll-Bremsdruck unter Berücksichtigung einer laufend ermittelbaren Fahrzustandsgröße 49 vorgesehen. Die laufend ermittelte Fahrzustandsgröße 49 ist dabei ein Parameter, welcher die Bewegung des Lastkraftfahrzeugs charakterisiert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein überlagerter Regelkreis 48 vorgesehen, welcher eine gemessene Raddrehzahl als Fahrzustandsgröße berücksichtigt. Die Raddrehzahl wird dabei durch eine Sensoreinrichtung 50 (1) bereitgestellt, welcher aus einem mit dem Vorderrad 4 umlaufenden Polrad 51 und ein mit dem Polrad 51 zusammenwirkenden Sensor 52 besteht. Alternativ oder zusätzlich ist ein überlagerter Regelkreis vorgesehen, welcher eine Gierrate des Kraftfahrzeugs als Fahrzustandsgröße berücksichtigt. In weiteren Ausführungsbeispielen sind mehrere überlagerte Regelkreise mit unterschiedlichen Fahrzustandsgrößen vorgesehen, wodurch das Auftreten von Tendenzen des Kraftfahrzeugs zum Schiefziehen quasi ausgeschlossen werden.
In dem überlagerten Regelkreis 48 oder in jedem der vorgesehenen überlagerten Regelkreise wird aus dem vorgegebenen Messwert der Fahrzustandsgröße 49 und einem Soll-Wert eine Regelabweichung gebildet beziehungsweise ein Korrekturfaktor 53, mit dem der Vorgabewert 41 an die jeweils vorliegende dynamische Fahrsituation angepasst werden kann. Der Soll-Wert 54, welcher zum Vergleich mit der gemessenen Fahrzustandsgröße 49 herangezogen wird, kann aus einem Speicherelement vorgegeben werden oder wird durch Vergleich mit der korrespondieren Messgröße des jeweils anderen Radbremsmoduls hergeleitet.
Für den Fall, dass keine gemessenen Ist-Werte 44 des Bremsdrucks (7) vorliegen, wird der Ist-Druck aus dem Radbremsmodul eines anderen Rades für die Regelung des Bremsdrucks herangezogen. Hierzu sind die Drucksensoren 18 der jeweiligen Radbremsmodule 12, 13 miteinander signalübertragend vernetzt. In dem Fall, dass von keinem der Räder 3, 4 des Kraftfahrzeugs ein Ist-Wert des Bremsdrucks erfassbar ist, beispielsweise bei einem Ausfall sämtlicher Drucksensoren 18, ist vorgesehen, dass die Radbremsmodule 12, 13 den Bremsdruck in ihren jeweiligen Radbremsen auf der Grundlage des Vorgabewerts des Soll-Bremsdrucks steuern. Auch im Fall einer Steuerung des Bremsdrucks der jeweiligen Radbremse wird einer etwaigen Schiefziehneigung durch die überlagerten Regelkreise 48 entgegengewirkt.
Bezugszeichenliste

1: Bremseinrichtung
2: Lastkraftfahrzeug
3: linkes Vorderrad
4: rechtes Vorderrad
5: Vorderachse
6: linkes Hinterrad
7: rechtes Hinterrad
8: Hinterachse
9: Radbremse
10: Druckmittelleitung
11: Vorratsdruckspeicher
12: Erstes Radbremsmodul (links)
13: Zweites Radbremsmodul (rechts)
14: Bremssignalgeber
15: Bremssignal
16: Bremssignalleitung
17: elektronische Steuereinheit
18: Drucksensor
19: Belüftungsventil
20: Entlüftungsventil
21: Versorgungsanschluss
22: Arbeitsanschluss
23: Versorgungsanschluss
24: Arbeitsanschluss
25: Aktivierungsmittel
26: Steuerlogik
27: Steuereingang
28: Arbeitsanschluss
29: Belüftungs-Vorsteuerventil
30: Versorgungsanschluss
31: elektrischer Steuereingang
32: Entlüftungs-Vorsteuerventil
33: Arbeitsanschluss
34: Versorgungsanschluss
35: elektrischer Steuereingang
36: Stellsignal
37: Pulsweite
38: Stellsignal
39: Stellsignal
40: Vorgabeschritt
41: Vorgabewert
42: Modulation
43: Ist/Soll-Wertvergleich
44: Ist-Wert Bremsdruck
45: Regelabweichung
46: Regler
47: Kennfeld
48: Überlagerter Regelkreis
49: Fahrzustandsgröße
50: Sensoreinrichtung
51: Polrad
52: Sensor
53: Korrekturwert
54: Soll-Wert
55: pneumatischer Steuereingang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2077215 B1 [0003]

Claims

Pneumatische Bremseinrichtung für Kraftfahrzeuge (2), enthaltend einen Bremssignalgeber (14), einen Vorratsdruckspeicher (11) und eine pneumatisch betätigbare Radbremse (9) pro Rad (3, 4) sowie wenigstens eine Achse (5) des Kraftfahrzeugs (2) mit jeweils einem elektrisch ansteuerbaren Radbremsmodul (12, 13) pro Rad (3, 4) zur Einstellung eines Soll-Bremsdrucks der jeweiligen Radbremse (9), sowie mit einer elektronischen Steuereinheit (17) zur Ermittlung von Vorgabewerten (41) der Soll-Bremsdrücke der Radbremsen (9) unter Berücksichtigung des Bremssignalgebers (14), welche den Radbremsmodulen (12, 13) vorgebbar sind, wobei jedes Radbremsmodul (12, 13) umfasst: – wenigstens ein Belüftungsventil (19) und ein Entlüftungsventil (20), – elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel (25) zur Aktivierung des Belüftungsventils (19) und/oder des Entlüftungsventils (20), – eine Steuerlogik (26) mit Mitteln zur Erzeugung eines Stellsignals (36) für das Aktivierungsmittel (25) entsprechend dem Vorgabewert (41) für den Soll-Bremsdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (19) und sein Aktivierungsmittel derart ausgebildet sind, dass der pneumatische Druck aus dem Vorratsdruckspeicher (11) im betätigten Zustand des Belüftungsventils (19) direkt an die jeweilige Radbremse (9) durchsteuerbar ist und/oder das Entlüftungsventil (20) den Bremsdruck an der Radbremse (9) im betätigten Zustand direkt in die Atmosphäre entlüftet.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivierungsmittel des Belüftungsventils (19) ein elektrisch betätigbares Belüftungs-Vorsteuerventil (29) umfasst, mittels dem das Belüftungsventil (19) betätigbar ist.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik (26) des Radbremsmoduls (12, 13) Mittel zur Erzeugung eines pulsmodulierten Stellsignals (36) für das Belüftungs-Vorsteuerventil (29) umfasst, wobei der Steuerlogik (26) jedes Radbremsmoduls (12, 13) ein im Voraus für das jeweilige Radbremsmodul (12, 13) ermitteltes Kennfeld (47) zugeordnet ist, welches Information zu zeitdiskreten Signalfolgen für das Stellsignal (36) in Abhängigkeit von Soll-Bremsdrücken umfasst.
Bremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik (26) für die Aktivierungsmittel als Regelkreis zur Einregelung des Soll-Bremsdrucks ausgebildet ist, welcher das Sensorsignal eines Drucksensors (18) in einer Druckmittelleitung (10) zwischen dem Belüftungsventil (19) und der Radbremse (9) als Ist-Bremsdruck (44) berücksichtigt.
Bremseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch pulsweitenmodulierte Stellsignale (36, 38, 39).
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch wenigstens einen überlagerten Regelkreis (48) zur Berechnung und Anpassung der Vorgabewerte (41) für den Soll-Bremsdruck unter Berücksichtigung einer laufend ermittelbaren Fahrzustandsgröße (49).
Bremseinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen überlagerten Regelkreis (48), welcher eine gemessene Raddrehzahl als Fahrzustandsgröße (49) berücksichtigt.
Bremseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen überlagerten Regelkreis, welcher eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (2) als Fahrzustandsgröße (49) berücksichtigt.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivierungsmittel des Entlüftungsventils (20) ein elektrisch betätigbares Entlüftungs-Vorsteuerventil (32) umfasst, mittels dem das Entlüftungsventil (20) aktivierbar ist, wobei die Steuerlogik (26) des Radbremsmoduls (12, 13) Mittel zur Erzeugung eines pulsmodulierten Stellsignals für das Entlüftungs-Vorsteuerventil (32) umfasst.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Lastkraftfahrzeug.
Verfahren zum Betrieb einer pneumatischen Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei elektrisch ansteuerbare Radbremsmodule (12, 13) an jedem Rad (3, 4) wenigstens einer Achse (5) des Kraftfahrzeugs (2) einen Soll-Bremsdruck der Radbremse (9) des jeweiligen Rades (3, 4) einstellen, wobei Vorgabewerte (41) der Soll-Bremsdrücke der Radbremsen (9) unter Berücksichtigung eines Bremssignalgebers (14) ermittelt werden, wobei Belüftungsventile (19) und Entlüftungsventile (20) der Radbremsmodule durch elektrisch betätigbare Aktivierungsmittel aktiviert werden, wobei eine Steuerlogik (26) Stellsignale (36, 38, 39) für das Aktivierungsmittel entsprechend dem Vorgabewert (41) für den Soll-Bremsdruck erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (19) durch ein elektrisch betätigtes Aktivierungsmittel (25) betätigt wird und im betätigten Zustand den pneumatischen Druck aus einem Vorratsdruckspeicher (11) direkt an die jeweilige Radbremse (9) durchsteuert und/oder das Entlüftungsventil (20) den Bremsdruck der Radbremse (9) im betätigten Zustand direkt in die Atmosphäre entlüftet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch betätigtes Belüftungs-Vorsteuerventil (29) das Belüftungsventil (19) vorsteuert.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungs-Vorsteuerventil (29) mit einem pulsmodulierten Stellsignal (36, 38, 39) der Steuerlogik (26) betätigt wird, wobei Information zu zeitdiskreten Signalfolgen für das Stellsignal (36) einem im Voraus für das jeweilige Radbremsmodul (12, 13) ermittelten Kennfeld (47) in Abhängigkeit von Soll-Bremsdrücken entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungs-Vorsteuerventil (29) über ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal (36) betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Bremsdruck unter Berücksichtigung eines gemessenen Ist-Werts (44) des Bremsdrucks über Variation der zeitdiskreten Signalfolge des Stellsignals (36, 38, 39) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabewerte (41) in wenigstens einem überlagerten Regelkreis (48) unter Berücksichtigung einer Fahrzustandsgröße (49) berechnet und angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass keine gemessenen Ist-Werte (44) des Bremsdrucks vorliegen, der Ist-Druck (44) aus dem Radbremsmodul (12, 13) eines anderen Rades (3, 4) für die Regelung des Bremsdrucks herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass von keinem Rad (3, 4) ein Ist-Wert (44) des Bremsdrucks erfasst wird, der Bremsdruck auf der Grundlage des Vorgabewerts (41) des Soll-Bremsdrucks gesteuert wird.