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Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
mit wenigstens einem Bremskreis, dessen Bremsdruck in Ab-Ahängigkeit von Fahrzustandsgrößen
veränderbar ist.
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l)crart,ige Bremsanlagen werden in zunehmendem Maße aus Sicherlleitsgriinden
in Kraftfahrzeuge eingebaut, wobei durch Bremsdrjckmodulation das Blockieren der
Fahrzeugräder verhindert und damit der Bremsweg verkürzt und die Fahrstabilität
erhöht werden soll. Üblicherweise wird als Fahrzustandsgröße das Drehbewegungsverhalten
eines oder mehrerer Fahrzeugräder über entsprechende Sensoren abgetastet. In Abhängigkeit
von den Meßw=ten dieser Sensoren werden dann in einem Schaltkreis Schaltsignale
erzeugt, über die Bremsdrucksteuergeräte, meist elektromagnetische Einlaß- und Auslaßventile
in den einzelnen Bremskreisen in geeigneter Weise gesteuert werden. Mit derartigen
Antiblockierreglern kann die Fahrsicherheit beträchtlich erhöht werden, doch sind
die bisher verwendeten Systeme in der llerstellung so teuer, daß diese Antiblockierregler
meist nur als Sonderausstattung in Fahrzeuge der gehobenen Klasse eingebaut werden.
Im übrigen gibt es Sonderfälle, bei denen ge-Eenüber der Bremsung ohne Antiblockierregler
eine wesentliche Bremswegverlängerung zustande kommt. Dies gilt beispielsweise beim
Fahren auf Tiefschnee, Sand, Straßen mit relativ dünner Eisschicht oder Schotter.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage zu
schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und mit der eine wirksame Verkürzung
des Bremsweges bei ungünstigsten Betriebsverhältnissen erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht dabei darin, daß der
Sensor nicht das Drehbewegungsverhalten der Räder, sondern das Bewegungsverhalten
des Fahrzeugaufbaus abtastet und daraus Signale zur Steuerung des Bremsdruckes abgeleitet
werden1 wobei das Blockieren der Räder durchaus in Kauf genommen wird.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß bei einer Vollbremsung
eines Kraftfahrzeuges der gegenüber dem Rahmen abgefederte Fahrzeugaufbau eine Nickbewegung
um eine Querachse ausführt. Bei einer Vollbremsung des Fahrzeuges verschiebt sich
der Vorderteil des Kraftfahrzeugaufbaus ruckartig zur Fahrbahn hin und schwingt
dann um ein gewisses Maß zurück. Aus diesem Bewegungsverhalten des Fahrzeugaufbaus
können nun Meßwerte zur Steuerung der Bremsanlage abgeleitet werden, wobei der Bremsdruck
periodisch von einem vorgegebenen Maximalwert auf einen vorgegebenen Minimalwert
umgestellt wird.
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Die Bremsanlage wird also intermittierend mit vollem Bremsdruck beaufschlagt
bzw. entlüftet, wobei zumindest die Druckentlastungsphase mit dem Bewegungsverhalten
des Fahrzeugaufbaus verknüpft ist. Vorzugsweise wird der Bremsdruck dann abgesenkt,
wenn der vordere Teil des Fahrzeugaufbaus seinen tiefsten Punkt einnimmt.
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Als Sensor kann ein Beschleunigungsmesser dienen, der die Vertikalbeschleunigung
des vorderen Teils des Fahrzeugaufbaus abtastet. Besonders einfach sind aber Ausführungen,
bei denen als Sensor ein Wegrnesser dient, der den Abstand zwischen dem Karosserieaufhau
und dem Rahmen abtastet.
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Dabei sind Ausführungen denkbar, bei denen der Bremsdruck zeitabhängig
wieder auf den vorgegebenen Maximalwert erhöht wird.
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Bei einer anderen Ausführung wird dagegen der Bremsdruck in Abhängigkeit
von dem Sensorsignal wieder auf den vorgegebenen Maximalwert erhöht. Die Bremsanlage
nach der vorliegenden Erfindung arbeitet also nach dem Prinzip einer "Stotterbremse",
die wobei jedoch Bremsdruck steuerung vom Bewegungsverhalten der Karosserie abhängt.
Eine solche "Stotterbremse" wird von manchen Fahrern auch durch entsprechend periodische
Einwirkung
auf das Bremspedal erreicht, doch hängt dabei der Zeitpunkt
der Bremsdruckentlastung nicht von dem Bewegungsverhalten der Karosserie ab. Vielmehr
wird die Bremse meist dann entlastet, wenn die Fahrstabilität nicht mehr gegeben
ist.
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Man kann die Bremsanlage so aufbauen, daß der Maximalwert des Brelnsdruckes
durch die Stellung des vom Fahrer betätigten Brelllspedales vorgegeben ist. Das
bedeutet, daß bei einer vom Fahrer eingeleitete Vollbremsung ins er ein voller Bremsdruck
æfgsebalJt wird, obwohl schon ein geringerer Bremsdruck das Rad blockieren würde.
Bei dieser Ausführung wird also unnötigerweise Energie verbraucht.
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Man kann die Anlagen aber auch so aufbauen, daß mittels eines weiteren
Sensors periodisch der Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn abgetastet wird und der
Bremsdruckmaximalwert auf einen von dem Meßwert dieses Sensors abhängigen Wert begrenzt
wird. Bei einer vom Fahrer eingeleiteten Vollbremsung wird also der Bremsdruck dem
Reibwert der Straße angepaßt, so daß eine feinere Bremsdruckregelung möglich ist
und die Gefahr eines Schleuderns des Fahrzeuges verringert wird. Dabei kann der
Bremsdruck so ausgelegt werden, daß das Rad gerade noch nicht blockiert. Denkbar
sind aber auch Ausführungen, bei denen der Bremsdruck so erhöht wird, daß das Rad
zum Stillstand kommt, wobei man dann dafür sorgen wird, daß die Intervalle zwischen
zwei Druckaufbauphasen bzw. zwischen zwei Druckentlastungsphasen kürzer ist. Dieser
Gedanke der Reibwertmessung und die Begrenzung des maximalen Bremsdruckes kann auch
bei den herkömmlichen Antiblockierreglern verwendet werden, weswegen für diesen
Gedanken selbständiger Schutz beansprucht wird.
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Die Reibwertmessung kann so erfolgen, daß bei einer Mehrkreisbremsanlage
periodisch der Bremsdruck in dem Bremskreis eines nicht angetriebenen Rades bis
zum Blockieren des Rades erhöht wird und der Bremsdruck bei blockiertem Rad als
Meßwert für den Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn ausgewertet wird.
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Diese Reibwertmessung kann unabhängig von einem beabsiclltigten Bremsvorgang
in bestimmten Zeitabständen eingeleitet werden, wobei dann die Messung für die Bremsdruckbegrenzung
des folgenden Bremsvorganges herangezogen wird. Bei dieser Alteniative wird also
kurzzeitig ein Rad gebremst auch wenn der Fahrer eine Bremsung nicht eingeleitet
hat. Dies ist aber nicht 1>esonders störend, weil nur ein Rad sehr kurzzeitig
abgebremst wird.
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Denkbar wäre auch eine Ausführung, bei der die Reibwertmessung nicht
automatisch in bestimmten Zeitintervallen, sondern willkürlich vom Fahrer durch
Betätigung einer Taste einleitbar ist.
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Natürlich kann das System in der Weise weitergebildet werden, daß
auch während des Bremsvorganges laufend der Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn ermittelt
wird und fortlaufend der Maximalwert des Bremsdruckes verändert wird.
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Bei einer automatisch eingeleiteten Reibwertmessung kann man die Zeitabstände
zwischen zwei Messungen in Abhängigkeit von dem zuletzt gemessenen Reibwert verändern,
wobei bei kleineren Reibwerten die WA3erholfrequenz des Meßvorganges kleiner ist
als bei großen Reibwerten. Diese Weiterbildung geht von der Überlegung aus, daß
während des überwiegenden Fahrbetriebes ein hoher Reibwert gemessen wird und dieser
Reibwert auch nahezu unverändert bleibt. Im Winter ändert sich aber der Fahrbahnzustand
sehr oft, so daß hier eine größere Meßwiederholfrequenz vorteilhaft ist.
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Die Grundgedanken der Erfindung sind an sich bei den bekannten Antiblockierreglern
durchaus anwendbar und verbessern auch dort das Bremsverhalten und den Steuerungsaufwand.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei der in jedem Bremskreis ein eigener,
vorzugsweise elektromotorisch arbeitender Bremskraftverstärker eingebaut ist. Diese
Ausfii} g ist besoll(3ers deshalb voteilhaft, weil damit der Bremsdruck in einem
Bremskreis zur Reibwertinessung auf einfache Weise erhöht werden kann.
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i)i e E'1:i ndung wird nachfo <reid anfiand des in der Zeichllun)
dargestellten Ausführllngsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Übersichtsbild einer Bremsanlage
eines Kraftfahrzeuges und Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
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In Fig. 1 sind mit 10 und 11 das linke bzw. rechte Vorderrad und mit
12 und 13 das linke bzw. das rechte Hinterrad eines Kraftfahrzeuges bezeichnet.
Jedem dieser Räder ist ein Radbremszylinder 14,15,16 bzw. 17 zugeordnet. Mit 20
ist ein Bremspedal bezeichnet, das in herkömmlicher Weise einen Hauptbremszylinder
21 beeinflußt. Zwischen diesem Hauptbremszylin der 21 und den einzelnen Radbremszylindern
sind vier Bremskreise vorgesehen, wobei jeweils zwei Bremskreise miteinander gekoppelt
sind. In jedem dieser Bremskreise ist ein Bremsdrucksteuergerät 30,31,32 bzw. 33
eingebaut. Dabei kann es sich um die bei bekannten Antiblockierreglern verwendeten
Baueinheiten mit einem Einlaß- und Auslaßventil handeln, über die der Bremsdruck
modulierbar ist. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei der jedes Bremsdrucksteuergerät
30 bis 33 einen separaten Bremskraftverstärker beinhaltet, wobei besonders ein elektromotorisch
arbeitender Bremskraftverstärker bevoriugt wird.
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Zu der Bremsanlage gehört ein Schaltkreis 40, über den diese Bremsdrucksteuergeräte
30 bis 33 in geeigneter Weise angesteuert werden. Diesem Schaltkreis 40 wird das
Signal wenigstens eines Sensors 41 zugeführt, der das Bewegungsverhalten des Fahrzeugaufbaus
42 abtastet. Bei der Ausführung nach Fig. 2 handelt es sich bei diesem Sensor 41
um einen Wegmesser in Form eines veränderbaren Widerstandes, der den Abstand zwischen
dem Fahrzeugaufbau 42 und dem Rahmen 43 des Fahrzeuges abtastet.
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Normalerweise liegt der Fahrzeugaufbau 42 im wesentlichen parallel
zu dem in Fig. 2 gestrichelt angedeuten Rahmen 43. Wird nun eine Vollbremsung des
Fahrzeuges eingeleitet, nimmt der Fahrzeugaufbau 42 eine gegenüber dem Rahmen 43
geneigte Lage ein, wie das in Fig. 2 dargestellt ist. Die vordere Partie des Fahrzeugaufbaus
bewegt sich in Richtung auf die Fahrbahn 44, so daß der Abstand A zwischen einem
Teil des Fahrzeugaufbaus 42 und dem Rahmen 43 abnimmt.
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Insgesamt kann also gesagt werden, daß der Sensor das Bewegungsverhalten
des Fahrzeugaufbaus abtastet, nämlich insbedie sonderevbei einer Vollbremsung des
Kraftfahrzeuges auftretende Schwingung des vorderen Teils des Fahrzeugaufbaues auswertet.
Damit kann die Funktion der erfindungsgemäßen Bremsanlage im Prinzip bereits erläutert
werden.
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Es wird davon ausgegangen, daß über das Bremspedal 20 eine Vollbremsung
des Kraftfahrzeuges eingeleitet wurde. Dabei werden über das Bremspedal 20 und den
Schaltkreis 40 die Bremsdrucksteuergeräte 30 bis 33 so aktiviert, daß in dem Bremskreis
ein hoher Druck aufgebaut wird, der bei griffiger Fahrbahn die Fahrzeugräder blockiert.
Aufgrund der starken Verzögerung des Fahrzeugaufbaus 42 schwingt dieser in die in
Fig. 2 gezeigte Stellung. Sobald der Meßwert des Sensors einen bestimmten Schwellwert
erreicht, werden über die Bremsdrucksteuergeräte 30 bis 33 die Bremsdrücke in den
einzelnen Bremskreisen auf einen Minimalwert abgesenkt. Dadurch schwingt der Fahrzeugaufbau
42 wieder in Pfeilrichtung P und schließlich wird über den Sensor 41 erneut ein
Schaltsignal derart ausgelöst, daß nunmehr wieder der Bremsdruck auf den vorgegebenen
Maximalwert ansteigt. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend, bis das Fahrzeug
zum Stillstand kommt oder der Bremsvorgang abgebrochen wird. Fahrversuche haben
gezeigt, daß mit dieser "Stotterbremse" bei bestimmten Fahrbahnzuständen ein kürzerer
Bremsweg erreicht wird als bei den bekannten, wesentlich aufwendigeren Antiblockierreglern.
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ldei den in der Zeichnung dargestellten Ausftihrungst)eis-)iel ist;
Wegmesser der Sensor alsvausgebildet. Denkbar wäre auch eine Ausfii}lruxlg, bei
der der Sensor ein Beschleunigungsmesser ist und die Vertikalbeschleunigung des
vorderen Teils des Fahrzeugaufbaues auswer tet .
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Bei der vorliegenden Erfindung wird auf jeden Fall der Bremsdrucabbau
in einem Bremskreis in Abhängigkeit von dem Bewegungsverhalten des Fahrzeugaufbaus
gesteuert. Die Druckaufl)auphase kann zeitabhängig gesteuert werden oder auch erneut
in Abhängigkeit von dem Sensorsignal nämlich dann, wenn der Fahrzeugaufbau um ein
gewisses Maß zurückgeschwungen ist.
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Der maximale Bremsdruck kann von der Stellung des vom Fahrer i)etätigten
Bremspedal abhängen. Auch der minimale Bremsdruckwert könnte von dieser Bremspedalstellung
abhängen, doch könnte man auch jeweils die Bremse vollständig lüften.
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In Fig. 1 ist nun ein zweiter Sensor mit 50 bezeichnet, der das Drehbewegungsverhalten
des nicht angetriebenen rechten Vorderrades 11 abtastet. Mit 51 ist ein Taktgeber
bezeichnet, der über das ODER-Gatter 52 das Bremsdrucksteuergerät 31 unabhängig
von einem eingeleiteten Bremsvorgang kurzzeitig ansteuern kann. Auch über einen
Tastschalter 53 ist dieses Bremsdrucksteuergerät 31 aktivierbar. Im Bremskreis befindet
sich ein Druckmesser 54, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung 55 mit einer
Anzeigeeinrichtung 56 zugeführt wird. Mit diesen Bauteilen kann der Reibwert zwischen
dem Rad und der Fahrbahn abgetastet werden.
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Dieses System arbeitet folgendermaßen: Der Taktgeber 51 aktiviert
in gewissen Zeitabständen das Bremsdrucksteuergerät 31 derart, daß das Rad 11 blockiert.
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Der dazu notwendige Bremsdruck wird von dem Druckmesser 54 erfaßt
und über die Auswerteschaltung 55 dem Schaltkreis 40 zugeführt. Bei einem folgenden
Bremsvorgang wird nun der Bremsdruckmaximalwert in Abhängigkeit on dem zuvor gemessenen
Reibwert
begrenzt.
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Diese Reibwertmessung wird periodisch über den Taktgeber 51 eingeleitet,
auch wenn das Bremspedal nicht betätigt ist.
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Dabei ist durch die Wirkungslinie 57 angedeutet, daß die Zeitabstande
zwischen zwei Reibwertmessungen verkleinert werden, wenn der Reibwert selbst abnimmt.
Umgekehrt wird die Meßwiederholfrequenz gesenkt, wenn der Reibwert zunimmt und damit
von einer trockenen Fahrbahn ausgegangen werden kann. Natürlich kann diese Reibwertmessung
auch während eines Bremsvorganges fortlaufend wiederholt werden.
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Uber den Tastschalter 53 kann die Reibwertmessung auch willkürlich
vom Fahrer eingeleitet werden. Es handelt sich dabei also um eine Alternative zu
der selbstätigen Auslösung eines Meßvorganges, die den Vorteil hat, daß der Fahrer
auf ein kurzzeitiges Blockieren eines Rades vorbereitet ist. Die Begrenzung des
Bremsdruckmaximalwertes in Abhängigkeit von dem gemessenen Reibwert hat den Vorteil,
daß bei einer Vollbremsung die Bremsdrucksteuergeräte nicht unnötigerweise voll
ausgesteuert werden, so daß eine feinere Regelung des Bremsdruckes möglich ist,
ohne daß dadurch der Bremsweg verlängert würde.
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Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß die Anzeige 56dem Fahrer
einen kritischen Reibwert unterhalb einer bestimmten Schwelle signalisieren soll,
so daß er sein Fahrverhalten den Straßenverhältnissen anpaßt.