DE20021110U1 - Beladungsabhängige Bremseinrichtung für einen Anhänger - Google Patents

Beladungsabhängige Bremseinrichtung für einen Anhänger

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Description

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Beladungsabhängige Bremseinrichtung für einen Anhänger
Die Erfindung bezieht sich auf eine beladungsabhängige Bremseinrichtung für einen Anhänger, einen Auflieger oder einen Wohnwagen. Diese von einer Zugmaschine gezogenen Vorrichtungen sind im folgenden zusammengefaßt als Anhänger bezeichnet.
Eine derartige Bremseinrichtung ist aus dem amerikanische Patent US 5,620,236 bekannt. Das Patent beschreibt ein Steuerungssystem für elektrische Bremsen eines Anhängers, wobei sich in der Fahrerkabine der Zugmaschine ein Steuerkasten befindet, der die Stärke des an die Bremsen zugeführten Bremsstroms steuert. Der Fahrer stellt die Bremskraft manuell am Steuerkasten je nach Beladung des Anhängers ein.
Gegen diese Art der Bremseinrichtung gibt es Bedenken, da die Einstellung per Hand erfolgt, wobei eine Wägung oder Schätzung des Ladungsgewichtes des Anhängers stattfinden muß, bevor eine Fahrt mit dem Anhänger unternommen werden kann. Es besteht daher das Risiko einer falschen oder unterlassenen Einstellung der Bremskraft, wodurch das Bremssystem keine, zu viel oder zu wenig Bremskraft entwickelt, was im Straßenverkehr zu äußerst gefährlichen Situationen führen kann. Außerdem kann dies zu unerwünscht hohen mechanischen Belastungen an der Zugmaschine oder dem Anhänger, an Teilen davon oder an Verbindungselementen führen, wodurch diese ganz oder teilweise ausfallen können.
Andere bekannte Bremssysteme für Anhänger werden ausschließlich über die Messung der Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte am Anhänger oder über die Messung der zwischen Zugmaschine und Anhänger auftretenden Kräfte geregelt, um die gewünschte Bremskraft zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische, selbstregulierende Bremseinrichtung für einen Anhänger zu schaffen, die eine Messung des Ladegewichtes mittels einer Bremseinrichtung umfaßt.
Die Aufgabe ist durch eine Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Eine derartige Bremseinrichtung ist einfach herzustellen und zu bedienen, die Komponenten können am Anhänger angebracht sein, und sie bietet ausgezeichnete Bremsergebnisse.
Die Bestimmung des Ladegewichtes nach Anspruch 3 verhindert Meßfehler, die während der Messung des Ladegewichtes bei einem fahrenden Anhänger als Folge von Unebenheiten in der Straßendecke zu unterschiedlichen Meßwerten auftreten können. Da die vorausbestimmte Zeit angemessen lang gewählt ist, wird das Beladungsmeßsignal haupt-
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sächlich in der Praxis bei Stillstand des Anhängers bestimmt, wobei das Ladegewicht des Anhängers am genausten bestimmt werden kann.
Eine weitere Verbesserung der Wirkung der Bremseinrichtung wird erzielt durch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 4-6.
Die Erfindung wird mittels beigefügter Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch die verschiedenen Komponenten der Bremseinrichtung sowie die elektrischen Verbindungen.
Figur 2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Beladung eines Anhängers, einem Ausgangsignal von einem oder mehreren Sensoren und dem Bremsstrom in Abhängigkeit von der Spannung der Stromquelle der Bremsvorrichtung.
Figur 3 zeigt in einem Blockschema die verschiedenen Bauteile der Bremseinrichtung.
Figur 4 zeigt in einem Flußdiagramm die generelle Arbeitsweise der Steuerung der Bremseinrichtung.
Figur 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die Verarbeitung eines Beladungsmeßsignals durch die Bremseinrichtung.
Figur 1 zeigt eine auf einem Anhänger anzubringende ladungsabhängige elektrische Bremseinrichtung, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle (Akku) 2 mit einem Plus- und einem Minuspol, einer Spannungsabfallsicherung 4, einem dreipoligen Stecker 6, Bauteilen der Bremssteuerungsmittel 8, einer Abreißsicherung 10, einem Beschleunigungssensor 11, zwei Rotationspotentiometem 12, vier elektrischen Bremsen 14 und den elektrischen Verbindungen. Die Pole 6a, 6b, und 6c des Steckers 6 sind entsprechendverbindbar mit einem Bremslichtsignalgeber, einem Minuspol und einem Pluspol der Zugmaschine. Dabei sorgt die Spannungsabfallsicherung 4 in der Verbindung zwischen Pol 6c und dem Pluspol vom Akku 2 dafür, daß die Bremseinrichtung elektrisch aus der Zugmaschine versorgt wird, sobald die Spannung des Akkus 2 unter einen bestimmten Wert sinkt. Zeitgleich wird der Akku 2 aufgeladen. Die Bremssteuerungsmittel 8 werden vom Akku 2 gespeist , wobei zwischen dem Pluspol des Akkus 2 und den Bremssteuerungsmitteln 8 eine Überstromsicherung 16 geschaltet ist.
Über den Pol 6a des Steckers 6 wird ein Bremslichtsignal des Zugfahrzeuges (woraus ableitbar ist, daß der Fahrer des Zugfahrzeuges die Bremse betätigt) an die Bremssteuerungsmittel 8 übermittelt, die ausschließlich bei Vorhandensein des genannten
Bremslichtsignals einen Bremsstrom auslösen.
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Der Beschleunigungssensor 11, der von den Bremssteuerungsmittel gespeist und gelesen wird, nimmt die auf den Anhänger wirkenden Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auf, sowie auch eine mögliche Schräglage des Anhängers auf einer schiefen Ebene.
Die Potentiometer 12 sind in Serie geschaltet und werden von denBremssteuerungsmitteln 8 ausgelesen; sie besitzen je ein Arm 18, der in nicht näher dargestellter Weise mit der Aufhängung der Räder des Anhängers verbunden ist. Bei einer Änderung des Ladegewichtes des Anhängers ändert sich die Lage der Arme 18 und damit der. Drehwinkel der Potentiometer und die dazugehörenden Widerstandswerte.
In der gezeigten Ausführung besitzt der Anhänger vier Bremsen 14 für ebenfalls vier Räder, wobei jeweils zwei Räder eine Achse bilden; es handelt sich also um einen Zweiachser. Das erste der zwei Potentiometer 12 ist beim linken Rad der ersten Achse angeordnet, während das andere Potentiometer 12 beim rechten Rad der zweiten Achse angeordnet ist.
Infolge der Serienschaltung der beiden Potentiometer ist gewährleistet, daß sowohl bei einer gleichmäßigen als auch bei einer ungleichmäßigen Beladung des Anhängers die durch die Potentiometer gegebenen Widerstand werte einen zuverlässigen Wert der Gesamtbeladung des Anhängers angeben. Auf der Grundlage der durch den Beschleunigungssensor 11 und die Potentiometer 12 ermittelten Meßwerte erzeugen die Bremssteuerungsmittel 8 einen Bremsstrom, mit dem die untereinander parallel geschaltete Bremsen 14 beaufschlagt werden .
Für den Fall, daß die Abreißsicherung 10 das Abreißen des Anhängers von der Zugmaschine registriert, stellt die Abreißsicherung 10 eine Verbindung zwischen den beiden Anschlußleitungen her, so daß die Bremsen 14 ohne Beteiligung der Bremssteuerungsmittel 8 betätigt werden.
Figur 2 zeigt die in den Bremssteuerungsmitteln 8 eingestellte (programmierte) Funktion zwischen einerseits einem Widerstandswert R der in Serie geschalteten Potentiometer 12 oder, proportional hierzu, einer bestimmten Beladung L des Anhängers (horizontale Achse) und anderseits dem Strom I (vertikale Achse), der durch die Bremssteuerungsmittel 8 den Bremsen 14 zugeführt wird, abhängig von der durch den Akku 2 gelieferten Spannung, wobei drei verschiedene Akkuspannungszustände U1, U2, U3 dargestellt sind. Obwohl in Figur 2 das Verhältnis zwischen der Variablen R oder L einerseits und der Variablen I anderseits linear dargestellt ist, ist es natürlich auch möglich, das Verhältnis zwischen den Variablen anders einzustellen, wobei das Verhältnis zwischen den Variablen so ist, daß je nach Zunahme des Ladungsgewichtes L der dazu gehörende Widerstandswert R der Po-
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tentiometer 12 zu- oder abnimmt, der Wert des Stroms I jedoch zunimmt. Die Bremssteuermittel 8 bewirken also, daß bei einer zunehmenden Beladung des Anhängers dieser stärker gebremst wird.
Zusätzlich zur Beladung wird mit Hilfe des Beschleunigungssensors 11 die Verzögerung und die Schräglage des Anhängers gemessen, wobei die Bremssteuerungsmittel 8 den Bremsstrom erhöhen, wenn die Verzögerung zunimmt und /oder der Anhänger im Abhang steht oder abwärts fährt.
Die Bremssteuerungsmittel 8 bestimmen den Bremsstrom I aus dem Produkt der mittels der Potentiometer 12 gemessenen Beladung L des Anhängers und der mittels des Beschleunigungssensors 11 gemessenen Verzögerung und/oder des Neigungswinkels des Anhängers.
Figur 3 zeigt die verschiedene Teile der Bremssteuerungsmittel 8 die in der Form von elektronischen Schaltungen und Komponenten ausgeführt sind. Die Verbindungen zwischen den Teilen, wie auch die elektrischen Eingänge und Ausgänge sind vereinfacht nur mit einfachen Linien dargestellt, obwohl sie in Wirklichkeit mehrfach ausgeführt sein können. Elektrische Wirkungslinien sind nicht dargestellt.
Zentrale Komponente des Systems ist eine Arbeitseinheit oder Mikrocontroller 302, wie z.B. der Typ PIC16C73 des Herstellers Microchip. Die zwei Anschlüsse 304 und 306 für die Potentiometer 12 sind über eine Signalaufbereitungs- und Filterschaltung 308 für die RFI-Unterdrückung (Entstörung) und Dämpfung mit dem Mikrocontroller 302 verbunden. Auf diese Weise werden die Widerstandwerte der Potentiometer 12 übermittelt. Eine Beschleunigungssensorenschaltung 310, die den Beschleunigungssensor 11 einschließt, ist über eine Signalkonditionierungssignal- und Temperaturkompensationsschaltung 312 mit dem Mikrocontroller 302 zur Übermittlung repräsentativer Signale aus der Verzögerung oder aus dem Neigungswinkel des Anhängers verbunden. Außerdem ist ein Anschluß 314 über eine Signalkonditionierungsschaltung 316 mit dem Mikrocontroller 302 zur Übermittlung des Bremslichtsignals des Zugfahrzeugs verbunden. Eine mit dem Mikrocontroller 302 verbundene Diagnoseschaltung 318 überwacht die ordnungsgemäßen Funktionen der Bremssteuerungsmittel 8. Der Mikrocontroller 302 liefert den Bremsstrom I über eine Strompuffereinheit 320 an die Anschlußpole 322. Ein Oszillator 324 steuert den zeitlichen Ablauf der durch den Mikrocontroller 302 verarbeiteten Signale.
Figur 4 zeigt den Ablauf der im Mikrocontroller 302 gespeicherten Programme. Nach dem Start des Programmes (Schritt 402) folgt die Initialisierung (Schritt 404) des Mikrocontrollers 302, wobei die Variablen im Programm definiert werden und der Mikrocontroller 302
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eingestellt wird, wie die Definition der Ports, z.B. einige als Eingang oder andere als Ausgang. Während das Programm aktiviert ist, kontrolliert es laufend die Funktionen und den korrekten Anschluß der Komponenten der Bremseinrichtung. Ferner wird die vorhandene Beladung anhand der Widerstandwerte der Potentiometer 12 bestimmt (Schritt 406). Dieser Beladungswert wird als Startwert genutzt (Schritt 408) und gespeichert. Dann wird der Bremsstrom I ausgeschaltet (Schritt 410) und die Beladung erneut bestimmt (Schritt 412). Ändert sich innerhalb von 10 Sekunden die gemessene Beladung nicht (Schritt 414), wird dieser als gültig gespeicherte Wert (Schritt 416) zur Berechnung des Bremsstroms I benutzt und erneut gespeichert.
Hat sich jedoch innerhalb 10 Sekunden die Beladung geändert, wird der ursprünglich gespeicherte Wert der Beladung benutzt, um den Bremsstrom I zu berechnen. Wenn ein veränderter Wert der Beladung innerhalb bestimmter Grenzen gleichbleibt, wird der ursprünglich gespeicherte Wert durch den veränderten Wert ersetzt. Dieser veränderte Wert der Beladung wird ab diesem Zeitpunkt als gültiger Wert genutzt. Weiterhin werden die Verzögerung und der Neigungswinkel gemessen (Schritt 418) und der Bremsstrom I anhand des ermittelten gespeicherten Wertes der Beladung und der gemessenen Verzögerung und Neigungswinkel berechnet (Schritt 420).
Wenn der Mikrocontroller 302 kein Bremslichtsignal empfängt (Schritt 422), wird zu Schritt 410 zurückgekehrt und von dort das Programm fortgeführt. Wird das Bremslichtsignal empfangen, dann wird der berechnete Bremsstrom I zu den Bremsen geleitet (Schritt 424) und zu Schritt 418 zurückgekehrt. Es ist anzumerken, daß bei Anwesenheit eines Bremslichtsignals die Schritte 418, 420, 422 und 424 immer wieder durchlaufen werden, wobei der gespeicherte Wert der Beladung, nach einer eventuellen Anpassung in Schritt 416, in Schritt 420 benutzt wird.
Figur 5 zeigt detailliert die Bestimmung des Ladungsgewichtes.
Im Speicher befindet sich der gespeicherte Wert der Beladung LM. Nachdem die Beladung gemessen wurde, wird ein Timer gestartet sowie der niedrigste und der höchste Grenzwert LMIN und LMAX bestimmt. Solange sich darauf folgende Messungen innerhalb der durch MIN und LMAX bestimmten Grenzwerte befinden, läuft die Zeituhr durch, bis zehn Sekunden verstrichen sind (time-out des Timers), wobei der Wert der Beladung L beim Start der Zeituhr als Speicherwert LM gespeichert wird.
Wenn jedoch innerhalb zehn Sekunden nach dem Start des Timers ein Wert der Beladung L gemessen wird, der größer als LMAX oder kleiner als LMIN ist, werden die Grenzwerte LMAX und LMIN um diese letzte Messung gelegt; derTimer wird zurückgesetzt und erneut
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gestartet. Der Speicherwert LM wird angepaßt, wenn sich innerhalb von 10 Sekunden aufeinanderfolgende Messungen innerhalb der durch LMIN und LMAX bestimmten Grenzwerte befinden. Der neue Speicherwert LM wird dann zur Berechnung des Bremsstroms I benutzt (Schritt 420 in Figur 4).
Es wird deutlich, daß man die erfindungsgemäße Bremseinrichtung auch anwenden kann, wenn der Anhänger nur 1 Achse oder mehr als 2 Achsen besitzt. Die Bremseinrichtung benötigt minimal ein Potentiometer, der mit der Achsaufhängung gekoppelt ist.
Es ist möglich, die Bremseinrichtung mit einem oder mit mehreren Potentiometern pro Rad sowie mehreren Potentiometern pro Achse auszuführen. Die Potentiometer können Drehpotentiometer sein, die über einen Arm, einem Bügel dergleichen verstellbar sind. Es sind auch lineare Potentiometer einsetzbar, die zum Beispiel in einer Federung oder in einem Stoßdämpfer der Achsenaufhängung integrierbar sind. Anstatt der Potentiometer können auch drehbare oder lineare kapazitive oder induktive Sensoren genutzt werden, deren Kapazität beziehungsweise Induktivität mit der Beladung des Anhängers variiert und durch die Bremssteuerungsmittel ausgewertet wird, um den Bremsstrom zu berechnen.

Claims (13)

1. Beladungsabhängige Bremseinrichtung für einen Anhänger mit einer oder mehreren Achsen, umfassend mindestens einen auf dem Anhänger montierten Meßwertaufnehmer zum Erzeugen eines Beladungsmeßsignals, dessen Wert in etwa proportional mit der Beladung des Anhängers ist, mindestens eine mit einem Bremsstrom zu beaufschlagende elektrische Bremse pro Achse, Bremssteuerungsmittel zum Empfangen eines Bremssteuersignals, und - als Reaktion darauf - zum Erzeugen des Bremsstroms, dessen Wert in etwa proportional ist mit dem Wert des Beladungsmeßsignals.
2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bremssteuerungsmittel zum Erzeugen des Bremsstroms, dessen Wert direkt proportional zum Wert des Beladungsmeßsignals ist.
3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerungsmittel Mittel zum fortwährenden Überprüfen der Werte des Beladungsmeßsignals in vorbestimmter Zeit umfassen und Mittel zum Speichern eines dieser überprüften Werte, der innerhalb dieser vorbestimmten Zeit innerhalb vorbestimmter minimaler und maximaler Grenzwerte geblieben ist, wobei die Werte des Bremsstromes anhand des Wertes des gespeicherten Beladungsmeßsignals bestimmt werden.
4. Bremseinrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Beschleunigungssensor (11) zur Messung des Wertes der statischen und/oder dynamischen Beschleunigung des Anhängers, wobei die Bremssteuerungsmittel den Wert des Bremsstroms aus dem Produkt aus dem Wert des Beladungsmeßsignales und den Werten der statischen und/oder dynamischen Beschleunigung des Anhängers bestimmen.
5. Bremseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerungsmittel Mittel zur Erhöhung des Bremsstroms aufweisen für den Fall, daß der Beschleunigungssensor anzeigt, daß sich die Anhängervorderseite tiefer als die Anhängerrückseite befindet, oder für den Fall, daß mindestens ein Beschleunigungssensor anzeigt, daß der Anhänger in Fahrtrichtung verzögert wird.
6. Bremseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerungsmittel Mittel zum Herabsetzen des Bremsstroms aufweisen für den Fall, daß der Beschleunigungssensor anzeigt, daß sich die Anhängerrückseite tiefer als die Anhängervorderseite befindet.
7. Bremseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten der Bremseinrichtung am Anhänger montiert sind und daß die Bremseinrichtung dadurch aktiviert wird, daß ein Bremssteuersignal durch die Betätigung der Bremseinrichtung des Zugfahrzeugs ausgelöst wird.
8. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Achse des Anhängers mit einem Sensor versehen ist.
9. Bremseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anhänger mindestens zwei Achsen hat, wobei die Sensoren der aufeinanderfolgenden Achsen abwechselnd an der linken Seite und an der rechten Seite des Anhängers angeordnet sind.
10. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Sensoren vorgesehen sind, die miteinander in Serie geschaltet sind.
11. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit einer federnden Aufhängung eines Rades oder einer Achse verbunden ist, wobei die mit dem Sensors gemessene Größe mit der Variation der Federung der Aufhängung variiert.
12. Bremseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Drehelement ist, das über einen Arm mit der Aufhängung verbunden ist.
13. Bremseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Potentiometer ist, insbesondere ein Drehpotentiometer.
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