Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs, insbesondere
einer elektronisch gesteuerten bzw. geregelten Bremsanlage.
Bei derartigen Bremsanlagen ist es zur Verbesserung des
Bremsvorgangs wünschenswert, bei der Steuerung bzw. Regelung
der Bremsanlage die während der Bremsung auftretende Achs
lastverlagerung zu berücksichtigen. Aus dem Stand der Tech
nik sind dazu verschiedene Lösungen bekannt. Beispielsweise
wird in der DE-A 34 16 979 eine elektronische Bremskraftre
gelung vorgeschlagen, bei welcher das Fahrzeuggewicht mit
Hilfe der Bremsdrücke und der Verzögerung errechnet und dar
aus eine neue Bremsdruckverteilung bestimmt wird. Zur Be
stimmung der Bremsdruckverteilung ist also eine Kopplung von
Bremsdruck, Verzögerung und korrigiertem Bremsdruck herzu
stellen, die sowohl einen hohen Rechen- als auch einen hohen
Zeitaufwand für das Einschwingen des Systems erfordert. Da
nur eine zeitaufwendige indirekte Erfassung der Achslast
vorgesehen ist, kann eine dynamische Achslastverlagerung
während des Bremsvorgangs nur unvollkommen berücksichtigt
werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren
Hilfe die statische und die dynamische Achslastverlagerung
bei der Steuerung bzw. Regelung der Bremsanlage berücksich
tigt werden kann, auch bei der Steuerung der Bremsen einer
Achse (mehrere Achsen), an der (den) die Achslast(en) nicht
direkt erfaßt wird (werden).
Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprü
che erreicht.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung verbessert die Steuerung bzw. Regelung einer
Bremsanlage mit Blick auf die dynamische Achslastverlage
rung.
Besonders vorteilhaft dabei ist, daß die Erfassung der Achs
last an nur einem Punkt des Fahrzeugs ausreicht und so mit
einer einfachen und kostengünstigen Achslasterfassung für
das gesamte Fahrzeug eine optimale Bremskraft bezüglich
Kraftschlußausnutzung und Fahrzeugmasse eingestellt wird.
Besonders vorteilhaft ist, daß an der Vorder- und an der
Hinterachse bzw. -achsen die gleiche Kraftschlußausnutzung
beim Bremsvorgang erreicht wird.
Ferner wird in vorteilhafter Weise ein Reduzierfaktor für
die Bremsdrucksteuerung an einer Achse, an der die Achslast
direkt erfaßt wird, direkt aus dem sensierten Achslastwert
ermittelt, während ein Reduzierfaktor für eine Achse, an der
keine direkte Achslasterfassung erfolgt, indirekt mit vor
zeichenrichtiger dynamischer Lastverlagerung erfaßt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen
Ansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Skizze einer elektrisch steuer- bzw. regelbaren
Bremsanlage eines Fahrzeugs, während in Fig. 2 die grundle
genden Zusammenhänge für eine Bremsdruckverteilung zwischen
einer Vorder- und einer Hinterachse dargestellt sind. Fig.
3 zeigt am Beispiel eines Flußdiagramms die erfindungsgemäße
Berücksichtigung der Achslastveränderung bei der Bremsanla
gensteuerung, während in den Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7
anhand je eines Diagramms und eines Flußdiagramms konkrete
Vorgehensweisen zur Berechnung von Reduzierfaktoren für die
Bremsdrücke dargestellt sind.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Bremsanlage eines
Fahrzeugs verfügt über wenigstens zwei Druckregelmodule 10
und 12, welche den Bremsdruck an mindestens zwei Achsen des
Fahrzeugs einstellen. Dabei sei das Druckregelmodul 10 einer
Vorderachse des Fahrzeugs zugeordnet. Es steuert über die
Leitungen 14 den Bremsdruck in den Bremszylindern 16 und 18
der Räder dieser Achse. In bekannter Weise nimmt das Druck
regelmodul die zum Bremsen erforderliche Energie aus einem
Speicher 20 und regelt den Druck in den Bremszylindern ein.
Entsprechend ist das Druckregelmodul 12 mit dem Speicher 22
einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet. Es regelt den
Druck in den Bremszylindern 24 und 26 der Räder der Hinter
achse über das Leitungssystem 28 ein. Die Druckregelmodule
10 und 12 sind zum Informations- und Datenaustausch über ein
Kommunikationssystem 30, z. B. CAN, mit einem elektronischen
Steuergerät 32 verbunden. Dem Steuergerät 32 wird über eine
Leitung 34 ein Signal von einem vom Fahrer betätigbaren
Bremswertgeber 36 zugeführt. Ferner ist dem Steuergerät 32
eine Leitung 38 von einem Sensor 40 zur Erfassung der Last
an einer Achse zugeführt, welcher im bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel ein der Hinterachse zugeordneter Drucksensor
zur Erfassung des Drucks in einem Luftfederbalg 42 der Hin
terachse ist.
Die Vorgabe für die Bremsung erfolgt bei der in Fig. 1 dar
gestellten Bremsanlage durch den Fahrer durch eine Kraft
und/oder Wegbetätigung des Bremswertgebers 36, der ein der
Betätigung entsprechendes Signal an das elektronische Steu
ergerät 32 gibt. Durch den Belastungssensor 40 wird zusätz
lich der Beladungszustand an wenigstens einer Achse des
Fahrzeugs erfaßt. Im Steuergerät 32 wird nach einer vorgege
benen Gesetzmäßigkeit das Betätigungs- mit dem Lastsignal
verknüpft und über das Kommunikationssystem 30 den achszuge
ordneten Druckregelmodulen 10 und 12 der jeweils einzure
gelnde Druckwert mitgeteilt. Letztere regeln den Druck in
den Bremszylindern auf den vorgegebenen Wert ein.
Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird in vorteilhafter Weise in Bremsanlagen mit pneumati
scher, hydraulischer und/oder elektrischer Zuspannung sowie
auch bei Bremsanlagen, die neben dem Basis-Bremskreis einen
andersartig gesteuerten Notbremskreis umfassen, angewendet.
Ferner kann nicht nur der Bremsdruck in den Bremszylindern,
sondern auch die Bremskraft, die Fahrzeugverzögerung, das
Bremsmoment, etc. im Rahmen überlagerter Regelkreise einge
regelt werden. Zusätzlich zur beschriebenen Bremsanlage kann
das Fahrzeug ein ABS-System besitzen und weitere Sensoren,
z. B. zur Erfassung der Bremsentemperatur, des Bremsenver
schleiß, der Koppelkraft, etc. vorgesehen sein, deren Meß
werte bei der Bestimmung der Bremsdruckverteilung berück
sichtigt werden. Ferner ist eine Achslasterfassung nicht nur
bei luftgefederten, sondern auch bei blattgefederten Fahr
zeugen vorgesehen.
Beim Bremsen eines Fahrzeugs erfolgt eine Gewichtsverlage
rung von der Hinterachse auf die Vorderachse, die von der
Masse des Fahrzeugs, seiner Verzögerung und dem Verhältnis
der Schwerpunkthöhe zum Radstand abhängt. Nach der Richt
linie der europäischen Gemeinschaft 71/320/EWG über Bremsan
lagen ist bei Nutzfahrzeugen neben der Bremskraftverteilung
auf die Achsen von Einzelfahrzeugen auch eine bestimmte
Bremskraftsumme an den Rädern vorgegeben, um die Kompatibi
lität zwischen ziehenden und gezogenen Fahrzeugen einzuhal
ten. In vielen Fällen muß deshalb an beiden Achsen der
Bremsdruck beladungsabhängig (lastabhängig) beeinflußt wer
den. Unter Berücksichtigung der genannten Vorschrift ergibt
sich für das beladene und das unbeladene Fahrzeug in einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Verteilung der Brems
drücke auf die Fahrzeugachsen, wie sie in Fig. 2a am Bei
spiel eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und wenigstens
einer Hinterachse dargestellt ist. Dabei bezeichnet die
punktiert dargestellte Kennlinie (3) die Vorgabe des Brems
drucks durch den Fahrer, während die durchgezogene Kennlinie
(1) die Bremsdruckverteilung bei voll beladenem, die
strichlierte Kennlinie (2) bei leerem Fahrzeug darstellt.
Sobald der in die Bremszylinder eingesteuerte Druck an den
Radbremsen eine Bremswirkung zeigt (vgl. PVA(0); PHA(0)),
wird abhängig von der Achslast (der statischen und der dyna
mischen) der Druckanstieg an der Vorder- und Hinterachse ge
genüber der Vorgabe (Kennlinie 3) verändert. Die gezeigten
Kennlinien haben sich dabei in einem Ausführungsbeispiel als
geeignet erwiesen. In anderen Ausführungsbeispielen können
diese Kennlinien ein anderes Aussehen haben. Sie werden vom
Fachmann geeignet vorgegeben.
Entsprechendes gilt für die in Fig. 2b dargestellte Abhän
gigkeit der Vorder- und Hinterachsbremsdrücke vom Betäti
gungssignal BWG. Dabei kann die Vorgabe durch den Bremswert
geber nicht nur dem dargestellten Bremsdruckwert, sondern
einer Bremskraft oder einem Abbremsungswert entsprechen. Für
eine bestimmte Beladung kann der Fachmann je nach Fahrzeug
den Bremsdruck an einer Achse beliebig verlaufen lassen
(z. B. proportional, progressiv oder degressiv). Wichtig da
bei ist lediglich, daß das Verhältnis dieser zu der oder den
anderen Achsen stimmt. Die Steigung der jeweiligen Kurve
entspricht dem Reduzierfaktor K. Dieser Reduzierfaktor be
zeichnet den Faktor, um den der an das der jeweiligen Achse
zugeordnete Druckregelmodul ausgegebene Druckwert von der
1 : 1-Zuordnung (strichliert dargestellt) abweicht. Diese Re
duzierfaktoren sind lastabhängig entsprechend der vorgegeben
gewünschten Bremsdruckverteilung.
Eine Realisierungform der lastabhängigen Steuerung der
Bremsanlage als Programm des wenigstens einen Mikrocomputers
der elektronischen Steuereinheit ist am Beispiel des Flußdia
gramms nach Fig. 3 dargestellt.
Nach Start des in Fig. 3 dargestellten Programmteils zu
vorgegebenen Zeitpunkten wird in einem ersten Schritt 100
das aktuell vorliegende Lastsignal UL und das Vorgabesignal
BWG des Bremswertgebers eingelesen. Im darauffolgenden Ab
frageschritt 102 wird überprüft, ob ein Bremsvorgang vor
liegt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis des Vor
gabesignals BWG. Überschreitet dieses Signal einen vorgege
benen Schwellwert, wird von einer Bremspedalbetätigung des
Fahrers ausgegangen und im Schritt 102 ein Bremsvorgang er
kannt. Liegt kein Bremsvorgang vor, wird gemäß Schritt 104
der aktuell vorliegende Lastsignalwert als statischer Last
signalwert ULstat gespeichert. Da die Speicherung bis zum
Beginn eines Bremsvorgangs erfolgt, repräsentiert der ge
speicherte Lastsignalwert während des Bremsvorgangs die un
mittelbar vor Einleiten des Bremsvorgangs herrschende stati
sche Belastung. Nach Speichern des Lastsignalwertes wird der
Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.
Wurde im Schritt 102 festgestellt, daß ein Bremsvorgang vor
liegt, werden gemäß Schritt 106 die Reduzierfaktoren KHA und
KVA für Hinter- und Vorderachse bestimmt. Konkrete Vorge
hensweisen zur Bestimmung der Reduzierfaktoren werden in den
Fig. 4 bis 7 dargestellt. Im darauffolgenden Schritt 108
werden dann die einzusteuernden Druckwerte PHA und PVA an
Hinter- und Vorderachse wenigstens abhängig vom Vorgabewert
BWG und den Reduzierfaktoren KHA bzw. KVA aus vorgegebenen
Kennlinien berechnet und gemäß Schritt 110 an die Brems
druckregelmodule zur Bremsdruckregelung abgegeben. Danach
wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wieder
holt.
Die Bestimmung der Reduzierfaktoren für die Vorder- und Hin
terachse wird anhand der in Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7 dar
gestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Im Beispiel gemäß Fig. 4 ist für jede zu regelnde Achse ein
Verlauf der Reduzierfaktoren K über der Achsbelastung bzw.
dem entsprechenden Meßwert UL vorgegeben, welcher aus der
gewünschte vom Fachmann mit Blick auf eine Optimierung des
Bremsverhaltens festgelegte achslastabhängige Bremsdruckver
teilung abgeleitet ist. Dabei stehe an wenigstens einer
Achse keine direkte Erfassung der Achslast zur Verfügung. Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur ein Meßwertgeber für
die Achsbelastung vorgesehen, der an der Hinterachse ange
ordnet ist.
Im ungebremsten Zustand weise die Achslast UL einen Wert a
auf. Dieser Wert sei als statische Belastung ULstat gespei
chert. Die statische Beladung der Vorderachse wird aus die
sem Meßwert auf der Basis von gespeicherten Eckdaten für den
beladenen und unbeladenen Zustand für Vorder- und Hinterach
se bestimmt. Bei einer Beladung a würde die Bremsdruckrege
lung mit den Reduzierfaktoren KHA(a) und KVA(a) durchgeführt
werden. Beim Bremsvorgang erfährt jedoch die Hinterachse
durch die Gewichtsverlagerung eine Entlastung. Die während
des Bremsvorgangs gemessene Achslast sei also der Meßwert b.
Der Druck an der Hinterachse wird daher bei diesem Bremsvor
gang und dem Reduzierfaktor KHA(b) reduziert, da der Redu
zierfaktor erniedrigt wird. Eine entsprechende Reduzierung
des Bremsdrucks an der Vorderachse mit KVA(b) würde eine
falsche Berücksichtigung der Lastverlagerung bedeuten, da
die Vorderachse während des Bremsvorgangs nicht entlastet,
sondern belastet wird. Daher wird gemäß der Erfindung die
Entlastung der Hinterachse rechnerisch umgekehrt, so daß für
die Vorderachse indirekt die richtige Belastung ermittelt
wird. Aus dem statischen Lastwert a und der Entlastung a-b
der Hinterachse wird die Belastung der Vorderachse während
des Bremsvorgangs berechnet. Es ergibt sich dann ein Wert c
als die Summe aus dem statischen Wert a und der Entlastung
a-b der Hinterachse beim Bremsvorgang. Dem Lastwert c ist
ein Reduzierfaktor der Vorderachse KVA(c) zugeordnet. Der
Bremsdruck an der Vorderachse wird gegenüber der Belastung a
weniger reduziert.
Diese im Schritt 106 durchgeführte Bestimmung der Reduzier
faktoren ist anhand des Flußdiagramms nach Fig. 5 verdeut
licht. Danach wird im ersten Schritt 200 der gespeicherte
Achslastmeßwert ULstat = a im ungebremsten Zustand eingele
sen. Im darauffolgenden Schritt 202 wird der Reduzierfaktor
KHA(b) der Hinterachse auf der Basis der aktuell erfaßten
Achslast b (vgl. Schritt 100) aus der Kennlinie nach Fig. 4
bestimmt. Daraufhin wird im Schritt 204 die Belastung c der
Vorderachse aus der gespeicherten statischen Belastung a und
der dynamischen Belastung b der Hinterachse ausgerechnet.
Gemäß Schritt 206 wird auf der Basis dieser Belastung c der
Reduzierfaktor KVA(c) für die Vorderachse bestimmt. Die auf
diese Weise bestimmten Reduzierfaktoren werden zur Brems
druckregelung verwendet.
Der erforderliche Reduzierfaktor für die Achse, an der eine
direkte Achslasterfassung vorgesehen ist, wird also direkt
aus der Achslast bestimmt, während die Druckanpassung für
die andere Achse indirekt mit vorzeichenrichtiger dynami
scher Lastverlagerung durchgeführt wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6 und 7. Auch
hier wird von einem Fahrzeug ausgegangen, bei welchem ein
wie in Fig. 6 dargestellter Zusammenhang zwischen dem Achs
lastsignal und den Reduzierfaktoren KHA und KVA definiert
worden ist. Wird aus Kostengründen nur an der Hinterachse
ein Lastgeber angebracht, wird die Beladung an der anderen
Achse wie oben dargestellt aus diesem Meßwert abgeschätzt.
Beim Abbremsen eines Fahrzeugs in Vorwärtsfahrt erfolgt eine
Verlagerung der Achslast von der Hinterachse auf die Vorder
achse. Soll diese Änderung der Achslast während des Bremsens
in die Druckansteuerung der Vorder- und Hinterachse einge
hen, so muß während des Bremsvorgangs die dynamische Achs
last berücksichtigt werden.
Während des Bremsvorgangs werden aus den aktuellen und sta
tischen Werten der Achslast die dynamischen Achslasten und
die Reduzierfaktoren ermittelt. Bei einem beispielhaften
Bremsvorgang werde an der Hinterachse die Achslast b erfaßt.
Für die Hinterachse wird dann der Reduzierfaktor KHA(b) di
rekt auf der Basis der Kennlinie ermittelt. Da die Lastver
ringerung an der Hinterachse der Lasterhöhung an der Vorder
achse entspricht, wird erfindungsgemäß der Reduzierfaktor
KVA(b) für die Vorderachse aus der Gleichung:
KVA(b) = KVA(a) + M * (KHA(a) - KHA(b))
ermittelt. Die dynamische Änderung des Reduzierfaktors an
der Vorderachse ist proportional zur negativen Änderung des
Reduzierfaktors an der Hinterachse. Der Proportionalitäts
faktor M beinhaltet z. B. das Verhältnis der Bremsenüber
setzung vorn zu hinten. Durch diese Maßnahme wird an der
Vorder- und an der Hinterachse die gleiche Kraftschlußaus
nutzung eingestellt.
Wie anhand Fig. 6 strichliert dargestellt erfolgt die dyna
mische Änderung des Reduzierfaktors KVA entlang einer ande
ren Kurve als die statische Änderung. Dabei ist es vorteil
haft, wenn die dynamische Änderung des Reduzierfaktors auf
bestimmte Wertebereiche begrenzt ist (vgl. waagrechte Be
grenzungen der strichlierten Gerade) . Das Umschalten vom
statischen Reduzierfaktor auf den dynamischen Reduzierfaktor
für die Vorderachse erfolgt mit Beginn der Bremsung (vgl.
Fig. 3).
Diese Vorgehensweise ist anhand des Flußdiagramms nach Fig.
7 verdeutlicht. Danach wird im ersten Schritt 300 der ge
speicherte Wert der Achslast ULstat = a eingelesen und im
darauffolgenden Schritt 302 die Reduzierfaktoren im stati
schen Fall (KHA(a) und KVA(a)) und der Reduzierfaktor der
Hinterachse im dynamischen Fall KHA(b) nach Maßgabe der
Kennlinie nach Fig. 6 und des aktuellen Lastwerts b (vgl.
Schritt 100 in Fig. 3) bestimmt. Daraufhin werden im Schritt
304 der dynamische Reduzierfaktor an der Vorderachse KVA(b)
aufgrund der oben dargestellten Gleichung berechnet und der
Programmteil gemäß Fig. 3 fortgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist vorstehend anhand
eines Fahrzeugs mit Achslastsensierung an einer Hinterachse
dargestellt. Entsprechend mit umgekehrten Vorzeichen erfolgt
eine achslastabhängige Bremsdruckbeeinflussung, wenn ein
Achslastsensor im Bereich der Vorderachse vorhanden ist. Bei
einem Fahrzeug mit mehr als zwei Achsen können Achslastsen
soren an mehreren Achsen vorgesehen sein. Die erfindungsge
mäße Vorgehensweise wird in vorteilhafter Weise auch dort
angewendet, wenn wenigstens an einer Achse keine direkte Er
fassung der Achslast erfolgt.
Bei einem solchen Fahrzeug sind für jede Achse Reduzierfak
toren vorgesehen, wobei während des Bremsvorgangs aus Achs
lastmeßwerten an einer Achse mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise die Reduzierfaktoren für die anderen Achsen
bestimmt werden. Verfügt das Fahrzeug beispielsweise über
zwei Hinterachsen und eine Vorderachse und ist der Achslast
geber einer Hinterachse zugeordnet, so wird als Reduzierfak
tor für die andere Hinterachse im einfachsten Fall der der
sensierten Achse angenommen, während der für die Vorderachse
wie oben dargestellt berechnet wird. Beim zwei Vorderachsen
wird der für eine Achse berechnete Faktor im einfachsten
Fall auch zur Bremsensteuerung der zweiten Achse verwendet.
Selbstverständlich kann der Reduzierfaktor der jeweils zwei
ten Achse auch leicht modifiziert werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird in vorteilhafter
Weise mit umgekehrten Vorzeichen auch bei Rückwärtsfahrt des
Fahrzeugs angewendet.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden
während der ungebremsten Fahrt nicht die statischen Lastmeß
werte gespeichert, sondern die auf den Basis der statischen
Lastmeßwerte ermittelten Reduzierfaktor KHA(a) und KVA(a)
der Hinter- bzw. Vorderachse. Während des Bremsvorgangs ste
hen diese Werte als statische Reduzierfaktoren zur Verfü
gung.