DE19707210A1 - Verfahren zur achslastabhängigen Bremskraftverteilung in einer Bremsanlage eines Fahrzeuges - Google Patents
Verfahren zur achslastabhängigen Bremskraftverteilung in einer Bremsanlage eines FahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur achslastabhän
gigen Bremskraftverteilung in einer Bremsanlage eines
Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 195 01 286 A1
bekannt.
Bei einer Abbremsung eines Fahrzeuges ist es üblicher
weise erwünscht, einen möglichst kurzen Bremsweg zu er
zielen. Hierbei soll außerdem ein stabiler, vom Fahrer
beherrschbarer Fahrzustand beibehalten werden, d. h. es
soll beispielsweise das Blockieren einer Fahrzeugachse
vermieden werden. Eine bekannte Vorgehensweise zur Er
zielung möglichst hoher Verzögerungswerte unter Beibe
haltung eines stabilen Fahrzustandes besteht darin, die
einzelnen Fahrzeugachsen in Abhängigkeit der jeweils
vorhandenen Achslast gesondert mit Bremskräften zu be
aufschlagen.
Bei den Achslasten wird nach einem statischen Anteil,
der bei Fahrzeugstillstand vorliegt, sowie einem dyna
mischen Anteil, der bei einer Beschleunigung oder
Verzögerung des Fahrzeuges dem statischen Anteil
überlagert ist und zu einer Veränderung der momentanen
Achslast führt, unterschieden. Als momentane Achslast
wird daher der beschleunigungs- und verzögerungsabhän
gige Momentanwert einer Achslast (Summe aus statischem
und dynamischem Anteil) bezeichnet. So wird z. B. bei
einer Abbremsung eines zweiachsigen Fahrzeuges bei Vor
wärtsfahrt die Hinterachse um ein bestimmtes Maß entla
stet und die Vorderachse um dasselbe Maß zusätzlich be
lastet. Dieses Maß ist abhängig von dem Verzögerungs
wert, den statischen Achslasten der Vorder- und der
Hinterachse sowie von den geometrischen Daten des Fahr
zeuges wie z. B. Länge und Schwerpunkthöhe. Die stati
schen Achslasten sind im wesentlichen durch die Kon
struktion und die Geometrie des Fahrzeuges sowie durch
die Beladung bestimmt.
Bei Anhängefahrzeugen ist es zur Vermeidung von unzu
lässigen Kopplungskräften zum Zugfahrzeug erforderlich,
daß der Verzögerungswert des Anhängefahrzeuges dem Ver
zögerungswert des Zugfahrzeuges bzw. dem Verzögerungs
wunsch des Fahrers entspricht. Gemäß der Richtlinie
ECE-13 Serie 09 über Bremsanlagen bei Nutzfahrzeugen
darf bei Anhängefahrzeugen keine adaptive Anpassung des
Sollwertes der Fahrzeugverzögerung an einen gemessenen
Istwert nach Art eines Regelkreises erfolgen. Unter
Heranziehung der Grundgleichung der Mechanik (Kraft =
Masse . Beschleunigung) ist es statt dessen möglich, die
physikalisch korrekten Absolutwerte der Bremskräfte,
gemessen in Newton, an den Fahrzeugachsen zur Erzielung
eines dem Zugfahrzeug entsprechenden Verzögerungswertes
einzustellen.
Zur Bestimmung der korrekten Absolutwerte der Brems
kräfte an den Fahrzeugachsen ist daher die Kenntnis der
momentanen Achslast jeder Fahrzeugachse notwendig. Es
wäre denkbar, die Information über die momentanen Achs
lasten durch jeweils einen an jeder Fahrzeugachse ange
ordneten Achslastsensor zu ermitteln. Dies wäre jedoch
aufwendig und teuer. Bei dem bekannten Verfahren zur
achslastabhängigen Bremskraftverteilung wird vorge
schlagen, nur eine der Fahrzeugachsen mit einem Achs
lastsensor auszustatten. Gemäß dem dort beschriebenen
Verfahren wird aus dem Signal des Achslastsensors bei
ungebremster Fahrt die statische Achslast der mit dem
Achslastsensor versehenen Fahrzeugachse und während ge
bremster Fahrt die dann vorherrschende momentane Achs
last ermittelt. Aus der Differenz zwischen momentaner
Achslast und statischer Achslast kann auf die momentane
Achslast der anderen, nicht mit einem Achslastsensor
versehenen Fahrzeugachse geschlossen werden.
Bei dem bekannten Verfahren ist der während der unge
bremsten Fahrt bestimmte statische Achslastwert auf
grund von Störeinflüssen durch Fahrbahnunebenheiten
oder Kurvenfahrt relativ ungenau. Bei Fahrzeugen mit
mehr als zwei Fahrzeugachsen ist das bekannte Verfahren
nicht einsetzbar, es sei denn, es werden weitere Achs
lastsensoren eingesetzt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur achslastabhängigen Bremskraftverteilung
in einer Bremsanlage eines Fahrzeuges anzugeben, das
unabhängig von den statischen Achslasten bei Verwendung
nur eines Achslastsensors eine achslastabhängige Brems
kraftverteilung an beliebig vielen Achsen eines Fahr
zeuges derart ermöglicht, daß möglichst hohe Verzöge
rungswerte des Fahrzeuges unter Beibehaltung eines sta
bilen Fahrzustandes erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange
gebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteil
hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Es wird im folgenden unterschieden zwischen der Fahr
zeuggeschwindigkeit und den Drehgeschwindigkeiten der
einzelnen Achsen oder Räder des Fahrzeuges. Die Dreh
geschwindigkeit kann von der Fahrzeuggeschwindigkeit
verschieden sein, z. B. bei durchdrehender Antriebs
achse des Fahrzeuges oder blockierenden Rädern.
Als Drehgeschwindigkeitssignal einer Fahrzeugachse wird
im folgenden ein von einem oder mehreren Sensiermitteln
abgegebenes Signal verstanden.
Im Falle eines einzelnen Sensiermittels pro Fahrzeug
achse ist dieses üblicherweise so angeordnet, daß der
arithmetische Mittelwert der Drehgeschwindigkeiten der
einzelnen Fahrzeugräder der betreffenden Fahrzeugachse
sensiert wird. Im Falle der Hinterachse eines Fahrzeu
ges ist das Sensiermittel dann z. B. am Getriebeausgang
vor dem Differentialgetriebe angeordnet.
Bei Verwendung mehrerer Sensiermittel an einer Fahr
zeugachse, z. B. jeweils eines Impulsdrehzahlgebers pro
Fahrzeugrad, wird als Drehgeschwindigkeitssignal der
Fahrzeugachse im folgenden eine Verknüpfung der einzel
nen Drehgeschwindigkeitssignale der Räder verstanden.
Zur Verknüpfung der Einzelsignale zu dem Drehgeschwin
digkeitssignal der Fahrzeugachse wird vorzugsweise eine
arithmetische Mittelwertbildung vorgenommen. Ein Sen
siermittel kann z. B. in bekannter Weise als ein elek
tromagnetisch wirkender Impulsdrehzahlgeber ausgebildet
sein, der mit einem mit dem Fahrzeugrad mitdrehenden
Zahnrad, welches an einem Teil der Radaufhängung des
Fahrzeuges oder der Bremseinrichtung befestigt sein
kann, in Wirkverbindung steht.
Das zuvor Gesagte gilt sinngemäß auch für das Achslast
signal, das die momentane Achslast einer Fahrzeugachse
repräsentiert. Das Achslastsignal wird von weiteren
Sensiermitteln erzeugt, die entweder als ein einziger
die Achslast ermittelnder Achslastsensor, der vorzugs
weise in der Mitte der Fahrzeugachse angeordnet ist,
oder auch durch einzelne im Bereich der Räder der Fahr
zeugachse angeordnete Radlastsensoren ausgebildet sein
können. Im Falle mehrerer Radlastsensoren erfolgt vor
zugsweise eine arithmetische Mittelwertbildung der Ein
zelsignale zu dem Achslastsignal.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß zur Bestimmung der
Bremskräfte für die einzelnen Fahrzeugachsen die vor
handenen Komponenten der Bremsanlage des Fahrzeuges
verwendet werden können und keine zusätzlichen Kompo
nenten, insbesondere kein weiterer Achslastsensor, er
forderlich ist. Durch die Verwendung von Zuordnungsein
richtungen, die aufgrund von Eingangssignalen als
Ausgangssignale Bremsanforderungssignale erzeugen, mit
denen dann zur Erzeugung der Bremskräfte an den Fahr
zeugachsen angeordnete Bremseinrichtungen beaufschlagt
werden, ist eine besonders einfach an verschiedene
Fahrzeugtypen anpaßbare Art der Signalverarbeitung und
-erzeugung möglich.
Dadurch, daß wenigstens einer Zuordnungseinrichtung als
eines der Eingangssignale statt dem Signal eines zu
sätzlichen Achslastsensors ein Hilfssignal zugeführt
wird, das ausschließlich aufgrund der Drehgeschwindig
keitssignale der Fahrzeugachsen ermittelt wird, ist
eine sehr einfache und effiziente Verwendung der vor
handenen Sensiermittel möglich. Darüber hinaus kann
eine in der Praxis recht ungenaue und aufwendige Er
mittlung der statischen Achslast durch die Verwendung
des Hilfssignales vermieden werden. Daher kann die Er
findung auch in solchen Fällen angewandt werden, in de
nen kurzfristige, große Änderungen der statischen Achs
last auftreten, z. B. bei einem Verrutschen der Bela
dung des Fahrzeuges in Folge einer Notbremsung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
das Hilfssignal als ein Differenzwert (ΔX) aus wenig
stens einem ersten und einem zweiten Drehgeschwindig
keitssignal durch Subtraktion ermittelt. In besonders
einfacher Weise wird dabei das erste Drehgeschwindig
keitssignal von dem zweiten Drehgeschwindigkeitssignal
abgezogen. Es ist auch möglich, den Differenzwert (ΔX)
aus solchen Signalen zu bilden, die durch eine
Signalaufbereitung, z. B. Filterung, aus den
Drehgeschwindigkeitssignalen abgeleitet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen
die Zuordnungseinrichtungen Kennlinienfelder zur Zuord
nung ihrer Eingangssignale zu ihrem Ausgangssignal auf.
In besonders vorteilhafter Weise sind die Kennlinien
felder auf die physikalischen Gegebenheiten der jewei
ligen Fahrzeugachse derart abgestimmt, daß mit dem als
Ausgangssignal erzeugten Bremsanforderungssignal ein
Istwert der Verzögerung des Fahrzeuges erreicht wird,
der wenigstens näherungsweise der vom Fahrer vorgegebe
nen Sollverzögerung (Z) entspricht. Hierfür werden
keine weiteren Eingangssignale, wie z. B. ein aus den
Drehgeschwindigkeitssignalen ermittelter Istwert der
Verzögerung, benötigt. Dadurch ist es möglich, eine Ab
bremsung sowohl von Zugfahrzeugen als auch von Anhänge
fahrzeugen gemäß der Richtlinie ECE-13 Serie 09 über
Bremsanlagen bei Nutzfahrzeugen durchzuführen. Ein ge
eignetes Verfahren zur Bestimmung der Kennlinienfelder
ist z. B. in der DE 41 42 670 A1 angegeben.
Eine Möglichkeit, aus dem Differenzwert (ΔX) das
Hilfssignal zu erzeugen, besteht darin, in einem zeit
kontinuierlichen System ein Integral über den Diffe
renzwert zu berechnen oder in einem zeitdiskreten Sy
stem die einzelnen Differenzwerte aufzusummieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird das Hilfssignal immer dann automatisch verändert,
wenn der Differenzwert (ΔX) einen bestimmten
Wertebereich, dessen Obergrenze durch einen ersten
Schwellenwert und dessen Untergrenze durch einen
zweiten Schwellenwert festgelegt wird, verläßt.
Anderenfalls wird das Hilfssignal konstant gehalten.
Hierdurch kann ein Fehlansprechen bei der Ermittlung
des Hilfssignals, z. B. aufgrund von Störungen der
Drehgeschwindigkeitssignale, vermieden werden. Die
automatische Vergrößerung des Hilfssignals bei
Überschreiten des ersten Schwellenwertes bzw. die
automatische Verkleinerung bei Unterschreiten des
zweiten Schwellenwertes kann nach einer geeigneten
mathematischen Funktion oder vorzugsweise mit einem
festgelegten Gradienten zeitproportional erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Er
findung erfolgt die Bestimmung des Hilfssignals aus dem
Differenzwert (ΔX) derart, daß das Hilfssignal die mo
mentane Achslast der zweiten, nicht mit einem Achslast
sensor versehenen Fahrzeugachse repräsentiert. Hier
durch ist es einerseits möglich, die erste und die
zweite Zuordnungseinrichtung nahezu identisch auszubil
den. Insbesondere bei Einsatz eines ein Programm aus
führenden Mikroprozessors zur Ausführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens ist es dann möglich, die Zuord
nungseinrichtungen als ein mehrfach aufrufbares Unter
programm für den Mikroprozessor auszubilden, wobei die
Daten der Kennlinienfelder achsabhängig dem Unterpro
gramm als Parameter übergeben werden können. Anderer
seits ist es durch diese Weiterbildung der Erfindung
auch möglich, die Gesamtmasse des Fahrzeuges zu ermit
teln und bei Bedarf über eine Anzeigeeinrichtung, die
z. B. im Führerhaus des Fahrzeuges angeordnet sein
kann, darzustellen.
Mit dem Begriff "Signalskalierung" wird eine Skalierung
von Signalen bezeichnet. Als Signalskalierung bzw.
Drehgeschwindigkeitsskalierung wird im folgenden das
Verhältnis zwischen einem durch Sensiermittel abgegebe
nen Signal bzw. Drehgeschwindigkeitssignal und der phy
sikalisch wirklich vorliegenden Größe bzw. Drehge
schwindigkeit angesehen. Einflußgrößen für die Drehge
schwindigkeitsskalierung sind z. B. Reifengröße, Ge
triebeübersetzung oder Anzahl der Zähne bei Verwendung
eines Impulsdrehzahlgebers und eines Zahnrades als Sen
siermittel.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft einsetzbar,
wenn die Signalskalierungen der zur Bestimmung des Dif
ferenzwertes (ΔX) herangezogenen Drehgeschwindigkeits
signale gleich oder nahezu gleich sind. In einer vor
teilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher zur
Bestimmung des Differenzwertes (ΔX) ein aus wenigstens
einem der Drehgeschwindigkeitssignale abgeleitetes
Signal vorgesehen, das die gleiche Signalskalierung
aufweist wie das andere zur Bestimmung des Differenz
wertes (ΔX) verwendete Drehgeschwindigkeitssignal. Ein
derartiges abgeleitetes Signal kann beispielsweise von
einer von Antiblockiersystemen her bekannten Einrich
tung zum Reifenabgleich gemäß DE 41 14 047 A1 erzeugt
werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
zur Erzeugung des abgeleiteten Signals ein Korrektur
wert vorgesehen, der während ungebremster Fahrt des
Fahrzeuges aus den Drehgeschwindigkeitssignalen ermit
telt wird. Hierdurch ist die Erfindung auch ohne eine
Einrichtung zum Reifenabgleich vorteilhaft einsetzbar.
Die zur Erzeugung des Achslastsignals vorgesehenen wei
teren Sensiermittel sind in einer vorteilhaften Weiter
bildung der Erfindung als wenigstens ein Kraftsensor
ausgebildet. Hierdurch ist eine einfache und direkte
Verarbeitung des Achslastsignals ohne Umrechnungsver
fahren möglich. Im Falle eines einzigen Kraftsensors
ist dieser im mittleren Bereich der zu sensierenden
Fahrzeugachse angeordnet und ermittelt somit die Ge
wichtskraft der Fahrzeugachse. Im Falle mehrerer Kraft
sensoren sind diese im Bereich der der Fahrzeugachse
zugeordneten Räder angeordnet und ermitteln die am je
weiligen Fahrzeugrad vorliegende Gewichtskraft, die
auch als Radlast bezeichnet wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Er
findung wird als weitere Sensiermittel wenigstens ein
Wegsensor verwendet, der einen Abstand zwischen der
Fahrzeugachse und dem Fahrzeugrahmen ermittelt. Als
Fahrzeugrahmen wird in diesem Zusammenhang jedes Fahr
zeugteil angesehen, welches aufgrund der Wirkung der
Fahrzeugfederung seinen Abstand zu der Fahrzeugachse
ändern kann. Unter Berücksichtigung der Federungskenn
linie der sensierten Fahrzeugachse wird dann aus dem
Wegsensorsignal bzw. den Wegsensorsignalen die momen
tane Achslast bestimmt. Bei Anwendung der Erfindung in
einem Fahrzeug, das eine Niveauregelung aufweist, kön
nen in besonders vorteilhafter Weise die zur Niveausen
sierung dann vorhandenen Wegsensoren mitbenutzt werden,
so daß keine weiteren Komponenten zur Achslastermitt
lung am Fahrzeug installiert werden müssen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung, die ins
besondere für Fahrzeuge geeignet ist, die mit einer
Druckmittelfederung und/oder einer Niveauregelung aus
gestattet sind, werden als weitere Sensiermittel wenig
stens ein den momentanen Druck in der Druckmittelfede
rung sensierender Drucksensor eingesetzt. Dies hat den
Vorteil, daß die weiteren Sensiermittel sehr kostengün
stig sind. Da eine Druckmittelfederung bzw. eine Ni
veauregelung vorzugsweise an der den überwiegenden Teil
der Fahrzeugnutzlast tragenden Hinterachse des Fahrzeu
ges angeordnet ist, wird gemäß einer weiteren vorteil
haften Weiterbildung der Erfindung die Hinterachse des
Fahrzeuges als erste Fahrzeugachse verwendet. Hierdurch
können die für die Druckmittelfederung bzw. die Niveau
regelung ohnehin vorhandenen Sensiermittel auch zur Er
mittlung des Achslastsignals verwendet werden, ohne daß
weitere Komponenten erforderlich sind.
Eine vorteilhafte Einrichtung zur Ausführung des zuvor
beschriebenen Verfahrens weist neben den bereits be
schriebenen Sensiermitteln zur Erzeugung der Drehge
schwindigkeitssignale, des Achslastsignals und des
Sollverzögerungssignals (Z) noch Bremsen sowie die
Bremsen betätigende Aktuatoren, die zusammen die erste
und die zweite Bremseinrichtung bilden, und ein Steuer
gerät auf.
Die Bremsen können in üblicher Weise als Trommel- oder
Scheibenbremse ausgebildet sein, die über ein Betäti
gungsgestänge von jeweils einem Aktuator betätigt wer
den.
Ein Aktuator weist bei Verwendung der Erfindung in ei
ner druckmittelbetätigbaren Bremsanlage vorzugsweise
einen Stellzylinder und ein Ventil auf, das den Druck
mittelzufluß und -abfluß zu dem Stellzylinder steuert.
Das Ventil kann z. B. durch elektrische Signale betä
tigbar sein. Die elektrischen Signale können dem Ventil
über eine elektrische Leitung von dem Steuergerät zuge
führt werden. Bei Verwendung der Erfindung in einem
elektrischen Bremssystem (EBS) ist es vorteilhaft, dem
Ventil Schnittstellenmittel zuzuordnen, durch die ein
Bremsanforderungssignal von dem Steuergerät in ein
elektrisches Schaltsignal für das Ventil umgewandelt
werden können. Hierdurch sind die Aktuatoren direkt mit
den als Informationssignale ausgebildeten Bremsanforde
rungssignalen beaufschlagbar.
Das Steuergerät ist vorzugsweise als elektronisches Ge
rät mit einem ein Programm ausführenden Mikroprozessor
ausgestattet und weist außerdem signalempfangende Mit
tel zur Umwandlung der Drehgeschwindigkeitssignale, des
Sollverzögerungssignals (Z) und des Achslastsignals in
Rechengrößen erster Art und signalabgebende Mittel zur
Umwandlung von Rechengrößen zweiter Art in Betätigungs
signale, insbesondere Bremsanforderungssignale, für die
Aktuatoren auf.
Die signalempfangenden Mittel können beispielsweise als
Analog/Digital-Wandler, Schnittstellenmittel für den
Empfang serieller Daten oder Schmitt-Trigger ausgebil
det sein. Als signalabgebende Mittel können beispiels
weise Digital/Analog-Wandler oder Schalttransistoren
eingesetzt werden. Durch in dem Steuergerät außerdem
vorhandene Rechenmittel, insbesondere ein Mikropro
zessor, wird aufgrund der Rechengrößen erster Art eine
Berechnung der Rechengrößen zweiter Art durchgeführt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der die Erfin
dung betreffenden Komponenten einer Bremsan
lage eines Fahrzeuges sowie eine Steuerein
richtung dafür und
Fig. 2 einen Teil der signalverarbeitenden Mittel in
der Steuereinrichtung als Blockschaltbild und
Fig. 3 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens als Flußdiagramm.
In den Fig. 1, 2 und 3 werden gleiche Bezugszeichen für
einander entsprechende Teile und Signale verwendet.
In der Fig. 1 sind die Verbindungslinien zwischen den
äußeren mechanischen, elektrischen oder elektromechani
schen Komponenten (1, 2, 3, 4, 7, 10, 11, 12, 13, 17)
mit Signalnamen (V2R, V2L, P2R, P2L, Z, V1R, V1L, P1R,
P1L, P) bezeichnet. Diese Verbindungslinien sind unab
hängig von der physikalischen Repräsentation der
Signale als logische Signalkanäle zu verstehen. Die
Richtung des Signalflusses in den Signalkanälen ist
durch Pfeile gekennzeichnet. Die in der Fig. 1 darge
stellten Signalkanäle sind ausschnittsweise auch in der
Fig. 2 mit gleichen Bezeichnungen dargestellt. Die
Signale werden vorzugsweise als elektrische Digital
signale dargestellt. Als Signalkanäle werden dann elek
trische Leitungen benutzt, die z. B. als serielles Bus
system ausgebildet sein können. In diesem Ball können
die verschiedenen logischen Signalkanäle gemäß Fig. 1
auch als ein einziges Bussystem, an das die Komponenten
(1, 2, 3, 4, 7, 10, 11, 12, 13, 17) angeschlossen sind,
physikalisch repräsentiert werden.
In der Fig. 1 ist ein elektrisch steuerbares Bremssy
stem (EBS) dargestellt, das als mechanische Komponenten
die Radbremsen (5, 6) an der Vorderachse und die Rad
bremsen (14, 15) an der Hinterachse aufweist. Zusätz
lich ist an der Hinterachse des Fahrzeugs zur Federung
und zum Niveauausgleich bei unterschiedlicher Beladung
ein Luftfederbalg (16) angeordnet. Dem Luftfederbalg
(16) kann zur Einstellung des Fahrzeugniveaus an der
Hinterachse über eine nicht dargestellte pneumatische
Anlage, die z. B. einen Druckmittelvorrat und Ventile
aufweist, Druckluft zugeführt werden bzw. wieder abge
führt werden.
Die Radbremsen (5, 6, 14, 15) sind zur Betätigung mit
jeweils einem Aktuator (3, 4, 12, 13) ausgestattet. Die
Aktuatoren (3, 4, 12, 13) betätigen über mechanische
Gestänge die ihnen jeweils zugeordneten Radbremsen (5,
6, 14, 15). Die Aktuatoren werden mit den Bremsanforde
rungssignalen (P1R, P1L, P2R, P2L) beaufschlagt. Zur
Umsetzung eines Bremsanforderungssignals in eine Betä
tigungskraft bzw. einen Betätigungshub für die Rad
bremse ist ein Aktuator vorzugsweise mit einer elektro
nischen Steuereinrichtung zur Verarbeitung des Bremsan
forderungssignals, einem Druckmittelanschluß und einem
hiermit verbundenen Ventil zur Zuführung des Druckmit
tels zu einem Stellzylinder ausgestattet. Hierbei steu
ert die elektronische Steuereinrichtung das Ventil der
art, daß der Bremsdruck an der Radbremse dem Bremsan
forderungssignal entspricht. Der Druckmittelanschluß
des Aktuators ist mit einer hier nicht dargestellten
Druckmittelanlage, die z. B. einen Kompressor und einen
Druckluftvorratsbehälter aufweisen kann, verbunden.
Weiterhin ist jedem Rad ein Drehgeschwindigkeitssensor
(1, 2, 10, 11) zugeordnet, der mit einem an dem jewei
ligen Rad angebrachten Polrad (nicht dargestellt) in
Wirkverbindung steht und ein die Drehgeschwindigkeit
des Rades darstellendes Signal (V1R, V1L, V2R, V2L) an
das Steuergerät (9) abgibt. Die Ermittlung von Drehge
schwindigkeiten von Fahrzeugrädern ist im übrigen im
Zusammenhang mit Antiblockiersystemen hinreichend be
schrieben worden. Ein weiteres Eingangssignal (Z) für
das Steuergerät (9) wird von einem Bremswertgeber (7)
erzeugt, der mechanisch mit dem Bremspedal (8) des
Fahrzeuges verbunden ist. Bei Betätigung des Bremspe
dals (8) durch den Fahrer gibt der Bremswertgeber (7)
ein Signal (Z) ab, das der von dem Fahrer gewünschten
Verzögerung des Fahrzeuges entspricht.
Eine weitere Sensoreinrichtung (17) gibt ein Signal (P)
an das Steuergerät (9) ab, das dem Druck in dem Luftfe
derbalg (16) entspricht.
Das Steuergerät (9) führt eine Reihe von Steuerungs- und
Regelungsaufgaben in dem Fahrzeug aus. Eine dieser
Aufgaben besteht darin, in Abhängigkeit von dem Verzö
gerungswunsch (Z) des Fahrers unter Zuhilfenahme weite
rer Eingangssignale (V1R, V1L, V2R, V2L, P) die Rad
bremsen über die Ausgangssignale (P1R, P1L, P2R, P2L)
derart anzusteuern, daß das Fahrzeug die gewünschte
Verzögerung erreicht und während dieser Abbremsung ei
nen stabilen Fahrzustand beibehält. Hierzu führt das
Steuergerät (9) verschiedene sich gegenseitig beein
flussende und einander überlagerte Verfahren durch, wie
z. B. Blockierschutz (ABS) auf niedrigen Reibwerten,
Minimierung des Bremsbelagverschleißes und eine achs
lastabhängige Bremskraftverteilung zwischen den Achsen
des Fahrzeuges. Diese Verfahren sind in der Fig. 1
durch die Blöcke (9a, 9b, 9c) symbolisch dargestellt.
Jedem der Verfahren (9a, 9b, 9c) stehen sämtliche Ein
gangssignale des Steuergerätes (9) zur Verfügung, so
weit diese benötigt werden.
Eines der zuvor genannten Verfahren, nämlich eine Ver
teilung der Bremskraft auf die Achsen des Fahrzeuges in
Abhängigkeit von der Achslast, ist in der Fig. 2 näher
dargestellt. In dem Verfahren (9a) gemäß Fig. 2 wird in
dem Block (20) eine Zuordnung von dem
Sollverzögerungssignal (Z) zu dem Bremsanforderungs
signal (P1) der Hinterachse, aus dem die Bremsanforde
rungssignale (P1L, P1R) für die einzelnen Aktuatoren
(12, 13) der Hinterachse erzeugt werden, vorgenommen.
Die Zuordnungsfunktion in dem Block (20) ist dort als
mehrspaltige Tabelle gespeichert. Das Ausgangssignal
(P1) entspricht dann einem Tabellenwert, dessen Tabel
lenzeile durch das Eingangssignal (Z) und dessen Tabel
lenspalte durch das Eingangssignal (M1) festgelegt
wird. Das Eingangssignal (M1) für den Block (20) wird
aus dem Signal (P), das den Druck im Luftfederbalg (16)
repräsentiert, in dem Block (18) durch Multiplikation
des Signals (P) mit einem Umrechnungsfaktor K gewonnen.
Der Block (21) erzeugt in analoger leise wie der Block
(20) das Bremsanforderungssignal (P2) für die Vorder
achse des Fahrzeuges. Aus dem Signal (P2) werden die
einzelnen Bremsanforderungssignale (P2L, P2R) für die
Aktuatoren (3, 4) erzeugt. Der Block (21) ordnet ebenso
wie der Block (20) aufgrund der Eingangssignale (Z, M2)
aus einer mehrspaltigen Tabelle das Ausgangssignal (P2)
zu. Während das Signal (M1) unter Berücksichtigung der
Meßtoleranzen annähernd der physikalischen Achslast der
Hinterachse entspricht, wird das Signal (M2) hingegen
in den Blöcken (19, 22) aus den Drehgeschwindigkeits
signalen der einzelnen Räder (V1L, V1R, V2L, V2R) sowie
dem Sollverzögerungssignal (Z) gewonnen. Daher ent
spricht das Signal (M2) nur unter bestimmten Voraus
setzungen den physikalischen Achslastsignal der Vorder
achse. Folgende Voraussetzungen sind hierfür zu
erfüllen:
- I. Die Zuordnungstabellen in den Blöcken (20, 21) müssen eine physikalisch korrekte Zuordnung zwi schen den Eingangsgrößen und der Ausgangsgröße er möglichen.
- II. Das Signal (M1) muß die physikalisch richtige Achslast der Hinterachse darstellen.
- III. Es dürfen keine weiteren, die Bestimmung der Bremsanforderungssignale (P1, P2) beeinflussenden Funktionen des Steuergerätes, z. B. Blockierschutz (9b) oder Verschleißoptimierung (9c), wirksam sein oder dem Verfahren (9a) überlagert sein.
Wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, was
bei Abbremsungen mit hoher Verzögerung auf Fahrbahnen
mit hohem Reibwert regelmäßig der Fall ist, dann wird
in dem Block (19) in Abhängigkeit von den Eingangs
signalen (V1, V2, Z) das Ausgangssignal (M2) als physi
kalisch korrektes Achslastsignal der Vorderachse des
Fahrzeuges erzeugt.
Dem Block (19) ist zur Umwandlung der Drehgeschwindig
keitssignale (V1L, V1R, V2L, V2R) der einzelnen Räder
in die Drehgeschwindigkeitssignale (V1, V2) der Fahr
zeugachsen ein Block (22) vorgeschaltet. Die Umwandlung
erfolgt achsweise durch arithmetische Mittelwertbildung
der der jeweiligen Fahrzeugachse zugeordneten Drehge
schwindigkeitssignale. Bei Verwendung nur eines Sen
siermittels an einer Fahrzeugachse entfällt für diese
Achse die beschriebene Umwandlung der Drehgeschwindig
keitssignale.
Die in dem Block (19) zur Verarbeitung der Eingangs
signale bzw. zur Erzeugung des Ausgangssignals durchzu
führenden Verfahrensschritte sind in der Fig. 3 nach
Art eines Flußdiagramms dargestellt. Das Verfahren be
ginnt mit dem Block (23).
In einem Verzweigungsblock (24) wird abgefragt, ob ge
rade ein Verzögerungswunsch des Fahrers bzw. eine Ab
bremsung des Fahrzeuges vorliegt. Wenn nicht gebremst
wird (Z = 0), dann wird in einem Zuweisungsblock (27)
der Skalierfaktor (S) als Quotient aus den Drehge
schwindigkeiten der Hinterachse (V1) und der Vorder
achse (V2) berechnet. Mit dem Block (34) endet in die
sem Fall das Verfahren.
Wenn hingegen das Fahrzeug gebremst wird (Z ≠ 0), dann
wird von dem Verzweigungsblock (24) zu dem Anweisungs
block (25) verzweigt. Dort wird ein korrigiertes Dreh
geschwindigkeitssignal der Vorderachse (V2KORR) als
Produkt aus dem Skalierfaktor (S) und dem Drehgeschwin
digkeitssignal der Vorderachse (V2) gebildet. Mittels
des korrigierten Drehgeschwindigkeitssignales (V2KORR)
kann eine Fehlfunktion des Verfahrens bei unterschied
lichen Drehgeschwindigkeitsskalierungen zwischen der
Vorderachse und der Hinterachse, z. B. aufgrund unter
schiedlicher Reifengrößen, vermieden werden. In dem
darauf folgenden Anweisungsblock (26) wird daher das
Differenzsignal (ΔX) aus der Differenz zwischen dem
korrigierten Drehgeschwindigkeitssignal (V2KORR) und
dem Drehgeschwindigkeitssignal der Hinterachse (V1) be
rechnet.
In den Verzweigungsblöcken (28, 29) wird untersucht, ob
das Differenzsignal (ΔX) größer als ein oberer Schwel
lenwert (ΔXMAX) oder kleiner als ein unterer Schwellen
wert (ΔXMIN) ist. Bei Überschreitung des oberen Schwel
lenwertes (ΔXMAX) wird das Verfahren mit dem weiteren
Verzweigungsblock (30) fortgesetzt. Bei Unterschreitung
des unteren Schwellenwertes (ΔXMIN) wird das Verfahren
mit dem Verzweigungsblock (31) fortgesetzt. Anderen
falls endet das Verfahren in dem Block (34).
Der obere Schwellenwert (ΔXMAX) und der untere Schwel
lenwert (ΔXMIN) sind fahrzeugspezifisch z. B. durch
Versuche zu ermitteln. Geeignete Werte hierfür sind z. B.
ΔXMIN = 0,4 Km/h und ΔXMAX = 0,4 Km/h.
In dem Verzweigungsblock (30) wird geprüft, ob das Si
gnal (M2) den ihm zugeordneten oberen Grenzwert (M2MAX)
bereits überschritten hat. In diesem Fall endet das
Verfahren ebenfalls in dem Block (34). Anderenfalls
wird vom Verzweigungsblock (30) zu dem Zuweisungsblock
(33) verzweigt. Dort wird das Signal (M2) um einen
Schritt (ΔM) erhöht. Daraufhin endet das Verfahren in
dem Block (34).
Wenn aufgrund einer Unterschreitung des unteren Schwel
lenwertes (ΔXMIN) in dem Verzweigungsblock (29) zu dem
Verzweigungsblock (31) verzweigt wird, dann wird dort
überprüft, ob das Signal (M2) den ihm zugeordneten un
teren Grenzwert (M2MIN) bereits unterschritten hat. In
diesem Fall endet das Verfahren in dem Block (34). An
derenfalls wird in dem Zuweisungsblock (32) das Signal
(M2) um den Schritt (ΔM) verkleinert. Daraufhin endet
das Verfahren mit dem Block (34).
Der obere Grenzwert (M2MAX) und der untere Grenzwert
(M2MIN) sind abhängig vom Fahrzeugtyp. Als geeignete
Werte können hierbei z. B. für M2MAX die höchste zuläs
sige Achslast und für M2MIN die Achslast im unbeladenen
Zustand, gemäß der Fahrzeugzulassung, verwendet werden.
Der Schritt (ΔM) ist ebenfalls durch Versuche zu ermit
teln. Ein geeigneter Wert bei Ausführung des Verfahrens
gemäß Fig. 3 im zeitlichen Abstand von 5 ms ist ΔM = 10 kg.
Die Schritte (ΔM) in den Zuweisungsblöcken (32, 33)
können auch verschiedene Werte (ΔM1, ΔM2) aufweisen.
Vor der erstmaligen Ausführung des Verfahrens gemäß
Fig. 3 wird außerdem das Signal (M2) auf einen Anfangs
wert gesetzt. Als Anfangswert wird vorzugsweise der un
tere Grenzwert (M2MIN) verwendet. Das Setzen des An
fangswertes ist in der Fig. 3 nicht dargestellt. Es er
folgt vorzugsweise direkt nach dem Einschalten des
Steuergerätes (9).
Claims (13)
1. Verfahren zur achslastabhängigen Bremskraftvertei
lung in einer Bremsanlage eines Fahrzeuges mit fol
genden Merkmalen:
- a) Es ist wenigstens eine erste und eine zweite Fahrzeugachse vorhanden,
- b) zur Sensierung der Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugachsen sind Sensiermittel (1, 2, 10, 11) vorgesehen, die ein der ersten Fahrzeug achse zugeordnetes erstes Drehgeschwindigkeits signal (V1) und ein der zweiten Fahrzeugachse zugeordnetes zweites Drehgeschwindigkeitssignal (V2) abgeben,
- c) zur Abbremsung der Fahrzeugachsen sind Brems einrichtungen (3, 4, 5, 6, 12, 13, 14, 15) vor gesehen, die in Abhängigkeit von einem der er sten Fahrzeugachse zugeordneten ersten Bremsan forderungssignal (P1) und einem der zweiten Fahrzeugachse zugeordneten zweiten Bremsanfor derungssignal (P2) betätigbar sind,
- d) es ist eine erste Zuordnungseinrichtung (20) zur Erzeugung des ersten Bremsanforderungs signales (P1) und eine zweite Zuordnungsein richtung (21) zur Erzeugung des zweiten Brems anforderungssignales (P2) vorhanden,
- e) jede Zuordnungseinrichtung (20, 21) bestimmt das von ihr abgegebene Bremsanforderungssignal (P1, P2) aufgrund eines ersten und wenigstens eines zweiten Eingangssignales,
- f) als erstes Eingangssignal für die erste und die zweite Zuordnungseinrichtung (20, 21) ist ein von einem Bremswertgeber (7) aufgrund der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer erzeugtes Sollverzögerungssignal (Z) vorgesehen, das die gewünschte Fahrzeugverzögerung repräsentiert,
- g) als zweites Eingangssignal für die erste Zuord
nungseinrichtung (20) ist ein von weiteren Sen
siermitteln (17, 18) abgegebenes Achslastsignal
(M1) vorgesehen, das die momentane Achslast der
ersten Fahrzeugachse repräsentiert,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - h) als zweites Eingangssignal für die zweite Zu ordnungseinrichtung (21) ist ein Hilfssignal (M2) vorgesehen, das aufgrund der ersten und der zweiten Drehgeschwindigkeitssignale (V1, V2) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Hilfssignal (M2) aufgrund eines
Differenzwertes (ΔX) bestimmt wird, welcher aus der
Differenz des zweiten Drehgeschwindigkeitssignals
(V2) oder eines daraus abgeleiteten Signals zu dem
ersten Drehgeschwindigkeitssignal (V1) oder einem
daraus abgeleiteten Signal bestimmt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zuordnungseinrichtungen (20,
21) die jeweils erforderlichen Bremsanforderungs
signale (P1, P2) achsweise aus jeweils einem Kenn
linienfeld derart bestimmen, daß die Istverzögerung
des Fahrzeuges wenigstens näherungsweise der vom
Fahrer vorgegebenen Sollverzögerung (Z) entspricht.
4. Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3, gekenn
zeichnet durch folgende Merkmale:
- a) das Hilfssignal (M2) wird automatisch vergrö ßert, wenn der Differenzwert (ΔX) einen ersten Schwellenwert (ΔXMAX) überschreitet,
- b) das Hilfssignal (M2) wird automatisch verklei nert, wenn der Differenzwert (ΔX) einen zweiten Schwellenwert (ΔXMIN) unterschreitet,
- c) in allen anderen Fällen wird das Hilfssignal (M2) konstant gehalten.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Hilfssignal (M2) die momentane Achslast der zweiten
Fahrzeugachse repräsentiert.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Patentansprüche
2 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) wenigstens eines der zur Bestimmung des Diffe renzwertes (ΔX) verwendeten Signale ist ein aus wenigstens einem der Drehgeschwindigkeitssig nale (V1, V2) abgeleitetes Signal (V2KORR),
- b) die zur Bestimmung des Differenzwertes (ΔX) verwendeten Signale (V1, V2KORR) weisen die gleiche Signalskalierung, inbesondere die glei che Drehgeschwindigkeitsskalierung, auf.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- a) während ungebremster Fahrt des Fahrzeuges wird ein Korrekturwert (S) aus den Drehgeschwindig keitssignalen (V1, V2) ermittelt,
- b) während einer Abbremsung des Fahrzeuges wird aus dem Korrekturwert (S) und einem der Drehge schwindigkeitssignale (V1, V2) das abgeleitete Signal (V2KORR) ermittelt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Fahrzeugachse die Hinterachse des Fahrzeuges
ist.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
weiteren Sensiermittel (17, 18) als wenigstens ein
Kraftsensor ausgebildet sind.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Patentansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren
Sensiermittel (17, 18) als wenigstens ein einen Ab
stand zwischen der Fahrzeugachse und dem Fahrzeug
rahmen ermittelnder Wegsensor ausgebildet sind und
die Achslast aus dem Wegsensorsignal bzw. den Weg
sensorsignalen unter Berücksichtigung der Fede
rungskennlinie der sensierten Fahrzeugachse be
stimmt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Patentansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den
weiteren Sensiermitteln (17, 18) versehene Achse
eine Druckmittelfederung aufweist und die weiteren
Sensiermittel als wenigstens ein den momentanen
Druck in der Druckmittelfeder bzw. in den Druckmit
telfedern sensierender Drucksensor (17) ausgebildet
sind.
12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Patentansprüche, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- a) Es ist wenigstens eine weitere Fahrzeugachse vorhanden,
- b) zur Sensierung der Drehgeschwindigkeit der wei teren Fahrzeugachse sind Sensiermittel vorgese hen, die ein der weiteren Fahrzeugachse zuge ordnetes weiteres Drehgeschwindigkeitssignal abgeben,
- c) zur Abbremsung der weiteren Fahrzeugachse ist eine weitere Bremseinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von einem der weiteren Fahr zeugachse zugeordneten weiteren Bremsanforde rungssignal betätigbar ist,
- d) es ist eine weitere Zuordnungseinrichtung zur Erzeugung des weiteren Bremsanforderungssigna les vorhanden,
- e) die weitere Zuordnungseinrichtung bestimmt das von ihr abgegebene Bremsanforderungssignal auf grund des Sollverzögerungssignales (Z) und ei nes weiteren Hilfssignales, das aufgrund der Drehgeschwindigkeitssignale der ersten und der weiteren Fahrzeugachse ermittelt wird.
13. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach we
nigstens einem der vorhergehenden Patentansprüche
mit folgenden Merkmalen:
- a) Es ist wenigstens eine erste und eine zweite Fahrzeugachse vorhanden,
- b) zur Sensierung der Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugachsen sind Sensiermittel (1, 2, 10, 11) vorgesehen, die ein der ersten Fahr zeugachse zugeordnetes erstes Drehgeschwindig keitssignal (V1) und ein der zweiten Fahr zeugachse zugeordnetes zweites Drehgeschwindig keitssignal (V2) an wenigstens eine Steuerein richtung (9) abgeben,
- c) zur Abbremsung der Fahrzeugachsen sind Bremsen (5, 6, 14, 15) vorgesehen, die durch wenigstens einen der ersten Fahrzeugachse zugeordneten er sten Aktuator (3, 4) und wenigstens einen der zweiten Fahrzeugachse zugeordneten zweiten Ak tuator (12, 13) von dem Steuergerät (9) betä tigbar sind,
- d) ein durch die Bremspedalbetätigung des Fahrers betätigbarer Bremswertgeber (7) gibt ein Soll verzögerungssignal (Z), das die gewünschte Fahrzeugverzögerung repräsentiert, an das Steu ergerät (9) ab,
- e) ein mit der ersten Fahrzeugachse in Wirkverbin dung stehender Sensor (17) gibt ein die momen tane Achslast der ersten Fahrzeugachse reprä sentierendes Signal (P) an das Steuergerät ab,
- f) das Steuergerät (9) weist signalempfangende Mittel zur Umwandlung der Drehgeschwindigkeits signale (V1, V2), des Sollverzögerungssignals (Z) und des die momentane Achslast der ersten Fahrzeugachse repräsentierendes Signals (P) in Rechengrößen erster Art auf,
- g) das Steuergerät (9) weist signalabgebende Mit tel zur Umwandlung von Rechengrößen zweiter Art in Betätigungssignale für den ersten und den zweiten Aktuator (3, 4, 12, 13) auf,
- h) das Steuergerät (9) weist Rechenmittel, insbe sondere einen ein Programm ausführenden Mikro prozessor, zur Berechnung der Rechengrößen zweiter Art aus den Rechengrößen erster Art auf.
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Owner name: WABCO GMBH & CO. OHG, 30453 HANNOVER, DE |
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