DE3434512A1

DE3434512A1 - Elektrische steuereinrichtung fuer eine elektromagnetische bremse eines fahrzeuganhaengers

Info

Publication number: DE3434512A1
Application number: DE19843434512
Authority: DE
Inventors: Dirk-W. Dipl.-Wirtschafts-Ing. 3000 Hannover Morche; Ingo 4500 Osnabrück Remmert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-20
Filing date: 1984-09-20
Publication date: 1986-03-27
Also published as: EP0196321A1; WO1986001779A1

Description

Elektrische Steuereinrichtung für eine elektro-
magnetische Bremse eines Fahrzeuganhängers Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuereinrichtung für eine elektromechanische Bremse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Durch die DE-OS 23 13 077 und 28 25 149 ist die starre Ankopplung von Fahrzeuganhängern bekannt. Über eine eventuelle Abbremsung der zusätzlichen Achse bzw. Achsen des Anhängers ist in diesen Schriften nichts gesagt. Es ist daher davon auszugehen, daß in bekannter Weise eine hydraulische oder pneumatische Abbremsung erfolgt. Hat das Zugfahrzeug ein hydraulisches Bremssystem, so ist der direkte Anschluß einer hydraulischen Bremse des Anhängerfahrzeugs nicht möglich, vielmehr ist eine komplizierte mechanische Ubertragungseinrichtung erforderlich. Dies gilt für alle Personen- und kleinere Lastkraftwagen. Aber auch bei Verwendung von pneumatischen Bremssystemen ergibt sich ein beträchtlicher Aufwand für zusätzliche Druck- und Vorratsbehälter.
Durch die US-PS 39 53 084, 39 09 075, 39 67 863 und 39 81 544 ist es zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten bereits bekannt, unabhängig von dem Bremssystem des Zugfahrzeugs die Bremsverzögerung des gesamten Fahrzeugs mittels eines federbelasteten Pendels festzustellen, dessen Ausschlag abgetastet und zur elektrischen Steuerung einer elektromagnetischen Bremse des Anhängerfahrzeugs verwendet wird. Ein derartiges Bremssystem hat den Nachteil der Labilität, da mit zunehmender abgetasteter Verzögerung ein Steuersignal zur Erhöhung der Verzögerung durch Betätigung der zusätzlichen Bremse des Fahrzeuganhängers erzeugt wird, was zu einem Aufschaukeln führen kann. Außerdem besteht der Nachteil, daß vor jeder Fahrt vom Fahrer unter Berücksichtigung der jeweiligen Zuladung die Stärke der Bremskraft der Anhängerachse mittels eines Potentiowerden muß, meters eingestellt / wobei er noch durch Bremsversuche die richtige Einstellung festzustellen hat, bei der gerade noch kein Blockieren der zusätzlichen Anhängerbremse erfolgt.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Bremssystems besteht darin, daß der Ausschlag des Pendels lediglich von der Fahrzeugverzögerung und der Masse des Pendels abhängig ist, so daß kein exakter Zusammenhang zwischen der tatsächlichen und erforderlichen zusätzlichen Bremskraft besteht. Schließlich besteht auch der Nachteil, daß das Verzögerungspendel auch auf Straßengefälle anspricht und dadurch eine Verzögerung simuliert, die zu einem Ansprechen der Bremse des Anhängerfahrzeugs führt. Schließlich ist von Nachteil, daß bei Bremsvorgängen bei Rückwärts fahrt das Pendel überhaupt nicht ausschlägt und dadurch die Bremse des Anhängerfahrzeugs nicht zur Wirkung kommt. Aufgrund aller dieser Nachteile sind Fahrzeuge mit einem Bremssystem dieser Art von den amtlichen Stellen für den deutschen und europäischen Straßenverkehr nicht zugelassen worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steuereinrichtung für eine elektromechanische Bremse eines Fahrzeuganhängers der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die die geschilderten Nachteile nicht aufweist, also ein Aufschaukeln ausschließt, die eine Korrektur und Einstellung von Hand erübrigt, einen genauen Zusammenhang zwischen gewünschter und tatsächlicher Bremsverhat, zögerung/ unempfindlich gegen Straßenneigung ist und auch bei Bremsvorgängen bei Rückwärts fahrt anspricht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.
Diese Lehre beruht auf dem Grundgedanken, zum Zwecke des einfachen Anschlusses der Steuerung für die Bremse des Anhängerfahrzeugs eine elektromagnetische Betätigung mrzu- sehen, trotzdem aber das Steuersignal hierfür mittels eines mechanisch/elektrischen Wandlers von den Betätigungsstellungen und/oder -kräften im Bremssystem des Zugfahrzeugs abzuleiten, um so eine von äußeren Einflüssen freie Steuerung der zusätzlichen Bremse des Anhängerfahrzeugs durch das Bremspedal des Fahrers im Zugfahrzeug zu ermöglichen. Dabei bereitet es keine Schwierigkeiten, die Bremscharakteristik, also die Abhängigkeit von der St-ellung des Bremspedals im Zugfahrzeug bzw. der BetätigungsRkraft und der erzeugten Bremswirkung nach Belieben durch Einsqhalten an sich bekannter Glieder einzustellen.
Einjustierungen von Hand sind nicht erforderlich, und Gefällestrecken sind ohne Einfluß. Die Steuereinrichtung spricht auch bei Rückwärts fahrt an.
Der mechanisch/elektrische Wandler kann die Kraft und/ oder den Weg von Betätigungsorganen des Bremssystems im Zugfahrzeug abtasten, es kann sich z.B. um einen Dehnungsmeßstreifen, einen piezoelektrischen Wandler oder auch induktiven Wandler handeln, wie er z.B. in der Längenmeßtechnik bekannt ist. Solche Wandler lassen sich meistens ohne Schwierigkeiten und ohne Eingriff in bereits vorhandene Bremssysteme in Zugfahrzeugen einbauen. Es ist aber auch möglich, einen hydraulisch/elektrischen Wandler zu verwenden, der an das hydraulische Bremssystem des Zugfahrzeugs angeschlossen wird.
Das von dem mechanisch/elektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal ist meistens ein Analogsignal, wobei es zweckmäßig ist, dieses mittels eines Pulsformers in eine Impulsfolge umzuwandeln, deren Frequenz und/oder deren mittlerer Gleichspannungswert von dem Ausgangssignal des Mechanisch/elektrischen Wandlers abhängt. Eine solche Impulsfolge kann dann unmittelbar zur Steuerung der elektromechanischen Bremse verwendet werden. Insbesondere ermöglicht der Übergang zu Impulsen die zweckmäßige Verwendung von Halbleitern zu Verstärkungszwecken.
Zwar kann die Betätigung der Bremsbacken der Bremse des Anhängerfahrzeugs unmittelbar durch einen Elektromagneten erfolgen, dessen Anker m den Bremsbacken verbunden ist, jedoch liegt es auch im hahmen der Erfindung, die Bremsbetä- tigung im Anhängerfahrzeug mittels eines eigenen hydraulischen Bremssystems durchzuführen, indem der Druck durch einen hydraulischen Zylinder erzeugt wird, in dem ein Kolben mittels eines Elektromagneten bewegt wird.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist in Anspruch 9 angegeben. Nach dieser Lehre wird in Abhängigkeit von der Beladung des Fahrzeuganhängers die Bremskraft der Bremse des Fahrzeuganhängers verändert, also z.B. bei höherer Beladung vergrößert. Die Abtastung der Beladung kann in einfacher Weise durch einen mechanisch/elektrischen Längenmeßtaster erfolgen, der die Einfederung unmittelbar abtastet oder die Längen- oder Formänderungen von Federn. Handelt es sich um Luftfedern, so kann der Taster den Druck darin abtasten.
Um zu verhindern, daß Federungsvorgänge bei Fahrt den abgetasteten mittleren Einfederungswert beeinflussen, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Mittel vorgesehen, die eine Auswertung des Einfederungswertes nur im Stillstand des Fahrzeugs sicherstellen. Bei Fahrt bleibt der im Stand abgetastete Einfederungswert in einem Speicher gespeichert, der dann von dem Taster angekoppelt ist.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Steuereinrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 verdeutlicht in grafischer Darstellung das durch die elektrische Steuereinrichtung herbeigeführte Bremsverhalten, Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 2, Fig. 4 ist ein Blockschaltbild und verdeutlicht die Signalverarbeitung in der Steuereinrichtung und Fig. 5 ist eine grafische Darstellung eines Bremskraftkurvenverlaufs ähnlich Fig. 3.
In Fig. 1 sind links von einer gestrichelten Linie 1 die für das Verständnis eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wichtigen Teile in einem Zugfahrzeug dargestellt, das eine Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3 aufweist, deren hydraulische Bremsen 4 und 5 über Bremsleitungen 6 und 7 an einen Bremszylinder 8 angeschlossen sind, der in bekannter Weise durch ein Bremspedal 9 betätigt wird. Alle diese Teile sind bekannter Natur und bedürfen daher keiner Erläuterung.
Mit dem Zugfahrzeug ist ein Fahrzeuganhänger starr verbunden, dessen für das Verständnis wesentlichen Teile rechts von der gestrichelten Linie dargestellt sind. Das Anhängerfahrzeug weist eine Achse 10 auf, die mittels einer elektromechanischen Bremse 11 bremsbar ist, die über eine elektrische Leitung 12 und eine lösbare Steckverbindung 13 sowie eine elektrische Leitung 14 mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden ist.
Die Steuereinrichtung 15 erhält Steuersignale von einem hydraulisch/elektrischen Wandler 16, der an den Bremszylinder 8 und damit an das hydraulische System angeschlossen ist und ein dem in dem hydraulischen System herrschenden Druck proportionales elektrisches Signal in die Steuereinrichtung 15 einspeist.
Die Steuereinrichtung 15 erhält außerdem über eine Leitung 17 und eine Steckverbindung 18 eine Steuerspannung von einem Taster 19, der die Einfederung von Luftfedern 20, mit denen die Achse 10 abgestützt ist, abtastet und ein erzeugt, entsprechendes elektrisches Signal/ das über die Leitung 17 in die Steuereinrichtung 15 gelangt.
Die Steuereinrichtung 15 ist außerdem über eine Leitung 21 mit einem Anlaßschalter 22 des Zugfahrzeugs und einem Schaltkontakt 23 verbunden, der bei Einlegen des 1. Ganges des Zugfahrzeuges betätigt wird. Werden beide Schalter 22 und 23 bei Ingangsetzen des Fahrzeugs geschlossen, so wird in einem in der Steuereinrichtung 15 enthaltenen, nicht näher gezeigten Speicher der auf der Leitung 17 ankommende, der Einfederung der Luftfedern 20 entsprechende Wert gespeichert, um damit während der weiteren Fahrt unabhängig von der jeweiligen kurzzeitigen iinfederung der Luftfedern 20 die Bremscharakteristik für die elektromagnetische Bremse 11 zu beeinflussen. Wird bei Fahrt gebremst, so wird von dem hydraulisch/elektrischen Wandler 16 an die Steuereinrichtung 15 ein elektrisches Signal abgegeben, das entsprechend der eingespeicherten und von dem Taster 10 beeinflußten Charakteristik und nach Verstärkung und Impuls formung mittels nicht näher gezeigter Einrichtungen in eine Impuls folge 24 umgewandelt wird, die hier schematisch dargestellt ist und die in die elektromagnetische Bremse 11 eingespeist wird und so dort eine entsprechende Bremskraft hervorruft.
Fig. 2 zeigt das Verhältnis der Bremskraft f der v Bremse 4 der Vorderachse zu der Bremskraft fh der Bremse 5 der hinteren Achse 3. Erfahrungsgemäß gilt jedoch für alle Beladungszustände, daß f größer f ist bei Abbremsungen v h im Bereich von 0,15 - 0,8, d.h. die Bremskraft der vorderen Achse ist größer als die der hinteren Achse, und die Bremskraft der dritten Achse 10 darf maximal die der hinteren Achse 3 sein. Das Verhältnis f : f3 ist zudem bei jedem Fahrzeug in allen Bremssituationen konstant, wie das Fig. 3 zeigt.
Durch die erfindungsgemäße Ankopplung des hydraulisch/ elektrischen Wandlers 16 an den Bremszylinder 8 oder an das Bremspedal, wie das in Fig. 1 alternativ mit 16' angedeutet ist, und die Verwendung des weiteren Tasters 19 am Federsystem der Achse 10 des Anhängers ist bei entsprechender Signalverarbeitung in der Steuereinrichtung 15 die Proportionalität des Steuersignals für die elektromagnetische Bremse 11 und dessen konstantes Verhältnis zu f und fh gewährleistet.
Außerdem weist dieses System einen deutlichen Nullpunkt auf.
Die Signalverarbeitung in der Steuereinrichtung 15 wird nachfolgend anhand der Fig. 5 erläutert. Analoge Signale werden über einen Analog/Digital-Wandler 25 in digitale Signale umgewandelt, die unverarbeitet in eine Prüfvorstufe 26 kommen, wo eine Fehlererkennung hinsichtlich zu hoher oder zu niedriger Frequenz erfolgt. Ein Fehler liegt z.B. bei einem Wandler- oder Tasterdefekt vor, was zur Folge hätte, daß entweder kein Signal vorhanden ist oder daß das Signal außerhalb des zulässigen, eingespeicherten Frequenzfensters liegt. Die Folge wäre eine Fehlermeldung über einen Fehlermelder 27, der eine Leuchtdiode 28 im Störungsfalle zum Aufleuchten bringt.
Liegt kein fehlerhaftes Signal vor, geht das Signal in ein Parameterfeld 29 über, wo die Bremskraftkennlinie gemäß Fig. 2 gespeichert ist. Dort erfolgt die Feststellung, welchen momentanen Bremskraftwert f das Bremssystem des Zugfahrzeugs erzeugt, und dieser Wert geht in eine in einer Einrichtung 30 eingespeicherte Bewertungsformel ein, wo die neue Bremskraftverteilungsfunktion durch Berechnung des Verhältnisses von f : f3 der Achse 10 erfolgt. Dieser Wert, der ständig über das Parameterfeld 29 mit dem aktuellen Tastwert verglichen und angepaßt wird, gelangt in einen Leistungsverstärker 37, wo der Wert verstärkt und zur Speisung der elektromagnetischen Bremse 11 in ein gleichgerichtetes Impulssignal umgesetzt wird, dessen Stromstärke bzw. Signalabstand die Bremskraft analog beeinflußt. Der zusätzlich angeschlossene Taster 19 zur Abtastung des Ladezustandes wird, wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, erst dann ausgewertet, wenn der Anlaßschalter 22 und der Schaltkontakt 23 durch Einlegen des 1. Ganges betätigt werden. Dieses Signal ist in diesem Falle wird analog und /in einem Analog/Digital-Wandler in ein Digitalsignal umgewandelt, das in eine Einrichtung 32 zur Fehlererkennung gelangt und dort nach dem Prinzip keine Frequenz -zu große Frequenz untersucht. Bei einem fehlerhaften Signal erfolgt eine Anzeige durch eine Leuchtdiode 28 sowie ein Umschalten auf den Bremsdruckwert des hydraulisch/elektrischen Wandlers 16.
Liegt das Signal hingegen im zulässigen Bereich, so wird es in einem flüchtigen Ladegewichtsspeicher 34 abgespeichert. Mit einem in einem Festspeicher 35 abgespeicherten Wert geht das Ladegewichtssignal in eine Bewertungseinrichtung 36 ein. Mittels der Bewertung in der Einrichtung 30 durch den Bremsdruck und der Bewertung durch das Ladegewicht in der Bewertungseinrichtung 36 wird dann eine optimale Bremskraftkurve f/f3 errechnet, so daß der neue Bremskraftkurvenverlauf variabel wird, wie das aus Fig. 51 ersichtlich ist. Dabei sind im Rechner bis zu fünfzig verschiedene Beladungszustände zugrundegelegt, aus denen sich dann der tatsächliche Kurvenverlauf der Bremskraftfunktion unter Berücksichtigung von Bremsdruck und Zuladung ergibt. Störsignale wie Bodenwellen, Kurvenfahrten oder dergleichen haben auf die Bremskraftverteilungskurve keinen Einfluß, da das Signal in dem flüchtigen Ladegewichtsspeicher 34 zwischengespeichert ist und der Wert während der Fahrt nicht verändert werden kann. Das Fahrzeugleergewicht ist hingegen in dem Festspeicher 35 fest gespeichert. Damit ist ein irrtümliches Einspeisen des Leergewichts unmöglich. Das Ergebnis der endgültigen Bewertung oder Bewichtung aus Bremskraftkennlinie, Bremsdrucktastwert, Leergewicht und Ladegewicht gelangt dann in einen Leistungsverstärker 37, wo es verstärkt wird und dann die elektromechanische Bremse 11 (Fig. 1) nach der optimalen Bremskraftverteilungskurve ansteuert. Dieser Leistungsverstärker ist kurzschlußsicher, da er durch eine Feinsicherung abgesichert ist und elektronisch durch einen Mikroprozessor überwacht wird.
Zudem wird ein Kurzschluß durch Aufleuchten einer Leuchtdiode 28 angezeigt.
DieErfindung ist bei allen Arten von Fahrzeugen anwendbar, also nicht nur bei Straßenfahrzeugen, sondern auch bei Schienenfahrzeugen, z.B. Schienenbussen, Zahnradbahnen sowie Seil- und Schwebebahnen.

Claims

Ansprüche: 1. Elektrische Steuereinrichtung für eine elektromagnetische Bremse eines Fahrzeuganhängers, der beweglich oder starr an ein Zugfahrzeug ankoppelbar ist, das ein hydraulisches Bremssystem aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem hydraulischen Bremssystem ein mechanisch/elektrischer Wandler (16) angeordnet ist, der die Bremskraft in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt und dessen Ausgang über eine elektrische Leitung (14), die zwischen Fahrzeuganhänger und Zugfahrzeug ein lösbares elektrisches Verbindungselement (13) aufweist, mit der elektromechanischen Bremse (11) des Fahrzeuganhängers verbunden ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wandler (16') an ein Bremspedal (9) oder einen Bremszylinder des hydraulischen Bremssystems angekoppelt ist und die Betätigungskraft und/oder den Betätigungsweg abtastet.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wandler ein Kraft- oder Wegtaster, insbesondere ein Dehnungsmeßstreifen, ein piezoelektrischer Wandler oder ein induktiver Wandler ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wandler (16) ein hydraulisch/ elektrischer Wandler ist, der an das hydraulische Bremssystem des Zugfahrzeugs angeschlossen ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß dem mechanisch/elektrischen Wandler (16) ein Pulsformer nachgeschaltet ist, der das Ausgangssignal des mechanisch/elektrischen Wandlers (16) in eine Impulsfolge (24) umwandelt, deren Frequenz und/oder deren mittlerer Gleichspannungswert von dem Ausgangssignal des mechanisch/elektrischen Wandlers (16) abhängt.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der elektromechanischen Bremse (11) des Fahrzeuganhängers ein elektrischer Leistungsverstärker (37) vorgeschaltet ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die elektromechanische Bremse des Anhängerfahrzeugs einen Elektromagneten aufweist, der mittels einer Kolben/Zylinderanordnung den hydraulischen Druck in hydraulischen Bremszylindern der Bremse des Fahrzeuganhängers erzeugt.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Bremse des Fahrzeuganhängers pneumatisch und von einem Ventil gesteuert ist, das elektromagnetisch durch das Ausgangs signal des Verstärkers gesteuert ist.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß ein Taster (19) vorgesehen ist, der die vorzugsweise mittlere Einfederung der Achse (10) des Fahrzeuganhängers abtastet und so ein der Beladung des Fahrzeuganhängers entsprechendes elektrisches Signal erzeugt und an eine Steuereinrichtung (15) angeschlossen ist, die dem elektromechanischen Wandler (16) nachgeschaltet ist, derart, daß in Abhängigkeit von der Beladung des Fahrzeuganhängers die Bremskraft der Bremse (11) des Fahrzeuganhängers verändert wird.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Taster (19) den Druck, insbesondere den Druckanstieg bei Beladung, in Luftfedern (20) des Anhängerfahrzeugs abtastet.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß dem Taster (19) ein Speicher (34) nachgeschaltet ist, der den abgetasteten Wert speichert, und daß eine Schalteinrichtung (22, 23) vorgesehen ist, die die Einspeicherung eines abgetasteten Wertes lediglich im Stillstand des Fahrzeuganhängers zuläßt.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schalteinrichtung mit dem elektrischen Anlaßschalter (22) des Fahrzeugs und/oder dessen Gangschaltung (23) verbunden ist, derart, daß der Taster (19) nur kurzzeitig bei Betätigen des Anlaßschalters oder Einlegen des 1. Ganges mit dem Speicher (34) verbunden ist.
13. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Ausgangssignal des mechanisch/ elektrischen Wandlers ein Digitalsignal ist oder daß dem Wandler ein Analog/Digital-Wandler nachgeschaltet ist und daß die Weiterverarbeitung des Signals digital erfolgt.