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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Bremsanlage eines Fahrzeugs, gemäß Anspruch 1 und Anspruch 9.
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Bei
derartigen Bremsanlagen ist es zur Verbesserung des Bremsvorgangs
wünschenswert,
bei der Steuerung bzw. Regelung der Bremsanlage die während der
Bremsung auftretende Achslastverlagerung zu berücksichtigen. Aus dem Stand
der Technik sind dazu verschiene Lösungen bekannt. Beispielsweise
wird in der
DE 34 16
979 A1 eine elektronische Bremskraftregelung vorgeschlagen,
bei welcher das Fahrzeuggewicht mit Hilfe der Bremsdrücke und
der Verzögerung
errechnet und daraus eine neue Bremsdruckverteilung bestimmt wird.
Zur Bestimmung der Bremsdruckverteilung ist also eine Kopplung von Bremsdruck,
Verzögerung
und korrigiertem Bremsdruck herzustellen, die sowohl einen hohen
Rechen- als auch einen hohen Zeitaufwand für das Einschwingen des Systems
erfordert. Da nur eine zeitaufwändige
indirekte Erfassung der Achslast vorgesehen ist, kann eine dynamische
Achslastverlagerung während des
Bremsvorgangs nur unvollkommen berücksichtigt werden.
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Eine
gattungsgemäße Vorrichtung
bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren
sind in der
DE 33 45 913
A1 offenbart. Als Auslegungskriterium für die Bestimmung der Bremsdrücke an der
einen bzw. an der anderen Achse wird beim Stand der Technik eine gleiche
Kraftschlussbeanspruchung an beiden Achsen herangezogen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bzw. eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden,
dass der Funktionsumfang erweitert ist.
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Bei
dem Verfahren bzw. bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass lastabhängige
Reduzierfaktoren anhand einer vorbestimmten Kennlinie ermittelt
werden, welche die Abhängigkeit
der Betriebsgröße zum Fahrerwunsch
bestimmen.
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Vorteile der Erfindung
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Beispielsweise
können
vom Fachmann auf die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasste Kennlinien
vorgegeben werden, welche die Abhängigkeit der als Betriebsgrößen vorzugsweise
heranzuziehenden Vorder- und Hinterachsbremsdrücke vom Bremsbetätigungssignal
vorgeben. Der der Vorder- bzw. Hinterachse zugeordnete Reduzierfaktor entspricht
dann beispielsweise der Steigung der jeweiligen Kennlinie.
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Die
mit diesen Kennlinien erzielbaren Vorteile sind insbesondere darin
zu sehen, dass abhängig vom
Fahrerwunsch, d. h. abhängig
von der Stellung des Bremspedals unterschiedliche Reduzierfaktoren vorgeben
werden können,
welche an die jeweils geforderte Bremsleistung optimal angepasst
sind. Beispielsweise kann im Hinblick auf einen möglichst
kurzen Bremsweg bei einer Vollbremsung eine bezogen auf die Vorder-
und Hinterachse andere Bremskraftverteilung gefordert sein als dies
bei einer Bremsung mit demgegenüber
reduzierter Bremsleistung der Fall ist.
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Besonders
vorteilhaft dabei ist, dass die Erfassung der Achslast 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.
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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 vorzeichenrichtiger
Lastverlagerung erfasst wird.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 eine Skizze einer elektrisch steuer- bzw. regelbaren
Bremsanlage eines Fahrzeugs, während
in 2 die grundlegenden Zusammenhänge für eine Bremsdruckverteilung
zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse dargestellt sind. 3 zeigt
am Beispiel eines Flußdiagramms
die erfindungsgemäße Berücksichtigung
der Achslastveränderung
bei der Bremsanlagensteuerung, während
in den 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.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die
in 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 Druckregelmodul 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
Hinterachse 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 Ausführungsbeispiel
ein der Hinterachse zugeordneter Drucksensor zur Erfassung des Drucks
in einem Luftfederbalg 42 der Hinterachse ist.
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Die
Vorgabe für
die Bremsung erfolgt bei der in 1 dargestellten
Bremsanlage durch den Fahrer durch eine Kraft- und/oder Wegbetätigung des Bremswertgebers 36,
der ein der Betätigung
entsprechendes Signal an das elektronische Steuergerät 32 gibt.
Durch den Belastungssensor 40 wird zusätzlich der Beladungszustand
an wenigstens einer Achse des Fahrzeugs erfaßt. Im Steuergerät 32 wird
nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit
das Betätigungs-
mit dem Lastsignal verknüpft
und über
das Kommunikationssystem 30 den achszugeordneten Druckregelmodulen 10 und 12 der
jeweils einzuregelnde Druckwert mitgeteilt. Letztere regeln den Druck
in den Bremszylindern auf den vorgegebenen Wert ein.
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Die
nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise wird in vorteilhafter
Weise in Bremsanlagen mit pneumatischer, 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 eingeregelt werden. Zusätzlich zur beschriebenen Bremsanlage
kann das Fahrzeug ein ABS-System besitzen und weitere Sensoren,
z. B. zur Erfassung der Bremsentemperatur, des Bremsenverschleiß, der Koppelkraft,
etc. vorgesehen sein, deren Meß werte bei
der Bestimmung der Bremsdruckverteilung berücksichtigt werden. Ferner ist
eine Achslasterfassung nicht nur bei luftgefederten, sondern auch
bei blattgefederten Fahrzeugen vorgesehen.
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Beim
Bremsen eines Fahrzeugs erfolgt eine Gewichtsverlagerung von der
Hinterachse auf die Vorderachse, die von der Masse des Fahrzeugs,
seiner Verzögerung
und dem Verhältnis
der Schwerpunkthöhe
zum Radstand abhängt.
Nach der Richtlinie der europäischen
Gemeinschaft 71/320/EWG über
Bremsanlagen ist bei Nutzfahrzeugen neben der Bremskraftverteilung
auf die Achsen von Einzelfahrzeugen auch eine bestimmte Bremskraftsumme an
den Rädern
vorgegeben, um die Kompatibilität zwischen
ziehenden und gezogenen Fahrzeugen einzuhalten. In vielen Fällen muß deshalb
an beiden Achsen der Bremsdruck beladungsabhängig (lastabhängig) beeinflußt werden.
Unter Berücksichtigung der
genannten Vorschrift ergibt sich für das beladene und das unbeladene
Fahrzeug in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Verteilung
der Bremsdrücke
auf die Fahrzeugachsen, wie sie in 2a am Beispiel
eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und wenigstens einer Hinterachse
dargestellt ist. Dabei bezeichnet die punktiert dargestellte Kennlinie
(3) die Vorgabe des Bremsdrucks 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 dynamischen) der Druckanstieg
an der Vorder- und Hinterachse gegenüber 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 geeeignet
vorgegeben.
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Entsprechendes
gilt für
die in 2b dargestellte Abhängigkeit
der Vorder- und Hinterachsbremsdrücke vom Betätigungssignal BWG. Dabei kann
die Vorgabe durch den Bremswertgeber 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 dabei ist lediglich, daß das Verhältnis dieser zu der oder den
anderen Achsen stimmt. Die Steigung der jeweiligen Kurve entspricht
dem Reduzierfaktor K. Dieser Reduzierfaktor bezeichnet den Faktor,
um den der an das der jeweiligen Achse zugeordnete Druckregelmodul ausgegebene
Druckwert von der 1:1-Zuordnung (strichliert dargestellt) abweicht.
Diese Reduzierfaktoren sind lastabhängig entsprechend der vorgegeben.
gewünschten
Bremsdruckverteilung.
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Eine
Realisierungform der lastabhängigen Steuerung
der Bremsanlage als Programm des wenigstens einen Mikrocomputers
der elektronischen Steuereinheit ist am Beipiel des Flußdiagramms nach 3 dargestellt.
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Nach
Start des in 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 Abfrageschritt 102 wird überprüft, ob ein
Bremsvorgang vorliegt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis des
Vorgabesignals BWG. Überschreitet
dieses Signal einen vorgegebenen Schwellwert, wird von einer Bremspedalbetätigung des
Fahrers ausgegangen und im Schritt 102 ein Bremsvorgang
erkannt. Liegt kein Bremsvorgang vor, wird gemäß Schritt 104 der aktuell
vorliegende Lastsignalwert als statischer Lastsignalwert ULstat
gespeichert. Da die Speicherung bis zum Beginn eines Bremsvorgangs
erfolgt, repräsentiert
der gespeicherte Lastsignalwert während des Bremsvorgangs die
unmittelbar vor Einleiten des Bremsvorgangs herrschende statische
Belastung. Nach Speichern des Lastsignalwertes wird der Programmteil
beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.
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Wurde
im Schritt 102 festgestellt, daß ein Bremsvorgang vorliegt,
werden gemäß Schritt 106 die
Reduzierfaktoren KHA und KVA für
Hinter- und Vorderachse bestimmt. Konkrete Vorgehensweisen zur Bestimmung
der Reduzierfaktoren werden in den 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 Bremsdruckregelmodule zur Bremsdruckregelung abgegeben. Danach
wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.
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Die
Bestimmung der Reduzierfaktoren für die Vorder- und Hinterachse
wird anhand der in 4 und 5 bzw. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Im
Beispiel gemäß 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
Bremsdruckverteilung 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 angeordnet ist.
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Im
ungebremsten Zustand weise die Achslast UL einen Wert a auf. Dieser
Wert sei als statische Belastung ULstat gespeichert. Die statische
Beladung der Vorderachse wird aus diesem Meßwert auf der Basis von gespeicherten
Eckdaten für
den beladenen und unbeladenen Zustand für Vorder- und Hinterachse bestimmt.
Bei einer Beladung a würde
die Bremsdruckregelung 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 Bremsvorgang
und dem Reduzierfaktor KHA(b) reduziert, da der Reduzierfaktor 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.
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Diese
im Schritt 106 durchgeführte
Bestimmung der Reduzierfaktoren ist anhand des Flußdiagramms
nach 5 verdeutlicht. Danach wird im ersten Schritt 200 der
gespeicherte Achslastmeßwert ULstat
= a im ungebremsten Zustand eingelesen. 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 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 Bremsdruckregelung verwendet.
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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 dynamischer Lastverlagerung
durchgeführt
wird.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
zeigt 6 und 7. Auch hier wird von einem
Fahrzeug ausgegangen, bei welchem ein wie in 6 dargestellter Zusammenhang
zwischen dem Achslastsignal 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 Vorderachse. Soll diese Änderung
der Achslast während
des Bremsens in die Druckansteuerung der Vorder- und Hinterachse
eingehen, so muß während des
Bremsvorgangs die dynamische Achslast berücksichtigt werden.
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Während des
Bremsvorgangs werden aus den aktuellen und statischen 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) direkt auf der Basis
der Kennlinie ermittelt. Da die Lastverringerung 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 Proportionalitätsfaktor
M beinhaltet z. B. das Verhältnis
der Bremsenübersetzung
vorn zu hinten. Durch diese Maßnahme
wird an der Vorder- und an der Hinterachse die gleiche Kraftschlußausnutzung
eingestellt.
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Wie
anhand 6 strichliert dargestellt erfolgt die dynamische Änderung
des Reduzierfaktors KVA entlang einer anderen Kurve als die statische Änderung.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die dynamische Änderung des Reduzierfaktors
auf bestimmte Wertebereiche begrenzt ist (vgl. waagrechte Begrenzungen
der strichlierten Gerade). Das Umschalten vom statischen Reduzierfaktor
auf den dynamischen Reduzierfaktor für die Vorderachse erfolgt mit
Beginn der Bremsung (vgl. 3).
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Diese
Vorgehensweise ist anhand des Flußdiagramms nach 7 verdeutlicht.
Danach wird im ersten Schritt 300 der gespeicherte Wert
der Achslast ULstat = a eingelesen und im darauffolgenden Schritt 302 die
Reduzierfaktoren im statischen Fall (KHA(a) und KVA(a)) und der
Reduzierfaktor der Hinterachse im dynamischen Fall KHA(b) nach Maßgabe der Kennlinie
nach 6 und des aktuellen Lastwerts b (vgl. Schritt 100 in 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 3 fortgeführt.
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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
Achslastsensoren an mehreren Achsen vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird in vorteilhafter Weise auch dort angewendet, wenn wenigstens
an einer Achse keine direkte Erfassung der Achslast erfolgt.
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Bei
einem solchen Fahrzeug sind für
jede Achse Reduzierfaktoren vorgesehen, wobei während des Bremsvorgangs aus
Achslastmeßwerten
an einer Achse mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Reduzierfaktoren
für die
anderen Achsen bestimmt werden. Verfügt das Fahrzeug beipielsweise über zwei
Hinterachsen und eine Vorderachse und ist der Achslastgeber einer
Hinterachse zugeordnet, so wird als Reduzierfaktor 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 zweiten Achse auch leicht modifiziert werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird in vorteilhafter Weise mit umgekehrten Vorzeichen auch bei
Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs angewendet.
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In
einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden während der
ungebremsten Fahrt nicht die statischen Lastmeßwerte 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 Verfügung.