DE3851360T2

DE3851360T2 - Bremssteuersystem.

Info

Publication number: DE3851360T2
Application number: DE3851360T
Authority: DE
Inventors: Thomas Arthur Gee; Mark Wayne Sullivan
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-04-16
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2008-04-17
Also published as: US4768840A; JP2593336B2; EP0288846B1; DE3851360D1; EP0288846A2; EP0288846A3; CA1323083C; AU1523188A; AU603748B2; JPS63275462A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungen für Bremssysteme für Fahrzeugsysteme, wie bsp. Einzelfahrzeugsysteme (d. h. Trucks, Busse und Personenwagen) und Mehrfachfahrzeugsysteme (d. h. Sattelzüge). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Steuerungen für Fahrzeugbremssysteme, die in Abhängigkeit von der Höhe der Fahrerbremsanforderungen die Bremskraft zwischen den individuell steuerbaren Fahrzeugbremsstellen, wie bsp. Räder, Achsen, Achsgruppen und/oder Fahrzeugabschnitt-Bremssysteme aufteilen, um ein ausgewogenes Bremsen (balanced braking), ein proportionales Bremsen (proportional braking) oder einen Kompromiß zwischen diesen zu erreichen.

Beschreiben des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Bremssysteme und Steuerungen für diese für Kraftfahrzeuge einschließlich Schwerlastfahrzeuge, wie es bsp. Trucks sind, bekannt.
Im allgemeinen sind Bremssysteme für Personenwagen etwas anders auszulegen als Bremssysteme für Schwerlastfahrzeuge wie bsp. Trucks, da die Beladung und Wartung von Personenfahrzeugen sich nicht in dem Ausmaß ändert wie die Beladung und Wartung bei einem Truck variiert, wie bsp. die Beladung auf dem Zugfahrzeug eines Sattelzugs, der ein einzelnes Zugfahrzeug, ein Zugfahrzeug mit einem leeren oder leicht beladenen Sattelauflieger, oder ein Zugfahrzeug mit einem schwer beladenen Sattelauflieger sein kann.
Bremssysteme vom Antiblockiertyp sind für alle Arten von Fahrzeugen aus dem Stand der Technik bekannt. Kurz gesagt dienen diese Systeme dazu, eine maximale Fahrzeugstabilität (d. h. einen maximierten Reibungskoeffizienten der gebremsten Räder in Querrichtung) zu erbringen, indem der Längsschlupf der gebremsten Räder innerhalb bestimmter Grenzen gehalten wird. Dies erfordert üblicherweise das Regulieren der Bremskräfte auf der Basis eines einzelnen Rades und/oder einer individuellen Achse, um wenigstens einige Räder in Drehung zu halten.
Beispiele für Antiblockiersysteme nach dem Stand der Technik sind die US-PSn 3,767,270; 3,768,872; 3,854,556; 3,893,696; 3,939,383; 3,929,382; 3,966,267; 4,392,202 und 4,591,213, auf die hiermit Bezug genommen ist.
Bremssysteme, die das Bremsen steuern, um einer Fahreranforderung zu genügen, wobei die Fahreranforderung nach der Art "brake-by-wire" erfaßt wird, die den Reibungskoeffizient erfassen und die Bremskräfte entsprechend abwandeln, die die Radlast erfassen und die Bremskraft entsprechend modifizieren, die den Radschlupf und/oder elektronische Signale verwenden, um eine Bremsreaktion des Sattelaufliegers zu erzielen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patenten Nrn. 4,140,352; 4,327,414, 4,494,199; 4,512,615; 4,545,240; 4,591,213; 4,606,586; 4, 616,881 und 4.648,663 ersichtlich ist, auf die hiermit Bezug genommen ist.
Während die Bremssysteme nach dem Stand der Technik, die die Bremskraft in Abhängigkeit von erfaßten Parametern modifizieren, um verschiedene Ziele zu erreichen, wie es die Fahrzeugstabilität oder ähnliches ist, im allgemeinen ein verbessertes Fahrzeugbremsen erbringen, unterliegen sie insofern weiterer Verbesserung, als in Abhängigkeit von der Fahreranforderung sowohl ausgewogenes Bremsen (balanced braking), als auch proportionales Bremsen (proportional braking), nicht vorgesehen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind viele der Nachteile des Standes der Technik überwunden oder minimiert worden, indem ein Bremssteuersystem mit vielen Betriebsarten für Fahrzeuge vorgesehen worden ist, das insbesondere für Schwerlastfahrzeuge ganz besonders die genannten Fahrzeugsysteme mit mehreren Fahrzeugen, wie bsp. Sattelzüge geeignet, jedoch nicht auf diese beschränkt ist. Das System ist sowohl hinsichtlich der Betriebskosten, als auch der Sicherheit verbessert, während es billiger ist, als Bremssysteme nach dem Stand der Technik.
Das obige wird erreicht, indem ein Bremssteuersystem vorgesehen wird, das Mittel zur Erfassung der Größe der von dem Fahrer geforderten Bremskraft (üblicherweise erfaßt als ein Prozentsatz der Auslenkung des Fahrzeugbremspedales) und Mittel zum Verteilen der Bremskraft zwischen den gebremsten Rädern oder Sätzen von gebremsten Rädern aufweist, um ein ausgewogenes Bremsen bei Anforderung einer relativ geringen Bremskraft durch den Fahrer und ein proportionales Bremsen bei Bedingungen zu erreichen, bei denen der Fahrer eine hohe Bremskraft anfordert. Vorzugsweise wird die Bremskraft bei einer mittleren Bremsanforderung durch Fahrer zwischen den Rädern in einer Weise übergangsweise aufgeteilt, daß ein weicher Übergang von dem ausgewogenen zu dem proportionalen Bremsmodus erreicht wird, um den Komfort für den Fahrer zu wahren und die Fahrzeugstabilität aufrecht zu erhalten.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerung für ein Fahrzeugbremssystem zu schaffen, um die Bremskraft zwischen den gesondert steuerbaren Bremsrädern oder Radsätzen auf zuteilen, um ein ausgewogenes (balanced) Bremsen zu erzielen, wenn der Fahrer eine leichte (normale) Kraft auf das Bremspedal ausübt, und um ein proportionales Bremsen in Reaktion auf eine größere als normale vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübte Kraft zu erzielen.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu sehen sind, ersichtlich.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Grafik, die die vielen Betriebsarten beim Bremsen von Fahrzeugen, die von der vorliegenden Erfindung erbracht werden, illustriert.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Einzelfahrzeugsystems, bei dem das Bremssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Mehrfahrzeugsystems, bei dem das Bremssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Lastsensors nach dem Stand der Technik, der bei dem erfindungsgemäßen Bremssystem verwendet werden kann.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Bremssystems gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Einzelfahrzeugsystem, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Bremssystems gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Mehrfachfahrzeugsystem nach Fig. 3.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Standardbremssystems für einen Sattelauflieger, der mit dem Bremssystem nach Fig. 6 verwendet werden kann.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Bremssystems eines Sattelaufliegers, der speziell ausgerüstet ist, um mit dem in Fig. 6 dargestellten Zugfahrzeugbremssystem zusammenzuwirken, um ein verbessertes Mehrfahrzeugbremssystem zu schaffen.
Fig. 9 ist ein Kraftdiagramm für ein gebremstes Rad.
Fig. 10 ist ein Diagramin der Gleichgewichtskräfte eines Mehrfahrzeugssystems nach Fig. 3.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Steuereinrichtung eines Bremssteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Grafik 10 der Fig. 1 sind die unterschiedlichen Betriebsarten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbremssystems dargestellt. Kurz gesagt, minimiert das System, wie in Abschnitt 12 ausgeführt ist, bei relativ geringen Anforderungen für die Bremskraft (festgestellt durch die auf das Fahrzeugbremspedal ausgeübte Kraft und/oder dessen Verschiebung) die Abnutzung an den reibenden Bremsflächen, indem die Bremsen so gesteuert werden, daß die Bremskraft ausgewogen ist. Wie in Abschnitt 14 dargestellt ist, verteilt das System bei relativ hohen Bremskraftanforderungen die Bremskraft proportional zu der Last, um die Fahrzeugbremsfähigkeit und -stabilität zu maximieren. Bei mittleren Bremskraftanforderungen, Abschnitt 16, wird die Bremskraft in einer Weise verteilt, daß ein glatter Übergang von der ausgewogenen zu der proportionalen Verteilung der Bremskraft erzielt wird.
Vorzugsweise hat das System, wie in Abschnitt 18 dargestellt ist, eine Antiblockierbetriebsart, bei der, wenn eine tatsächliche oder drohende Radblockierung bei einem oder mehreren Rädern festgestellt wird, die Bremsen betätigt und freigegeben werden (üblicherweise mit einer proportionalen Verteilung der Bremskraft), um die Räder am Drehen zu halten und die höhere Adhäsion von nicht blokkierten Rädern in Seitenrichtung zu nutzen.
Zusätzlich kann das System, wenn das Fahrzeug mit verlangsamenden Mitteln für den Antriebsstrang und/oder den Motor ausgerüstet ist, solche Verlangsamer bei niedrigeren Bremskraftanforderungen, wie sie in Abschnitt 20 dargestellt sind, als einen Ersatz oder eine Ergänzung für die Kraftfahrzeugbremsen nutzen, um die Betriebskosten des Fahrzeugs zu minimieren.
Das Fahrzeugbremssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung dient dazu, die Bremskraft zwischen den individuell gesteuerten, gebremsten Rädern oder Radsätzen des Fahrzeuges in mehreren Betriebsarten als eine Funktion in der Größe der Fahreranforderung zu steuern.
Eine der Betriebsarten, die hier als "Proportionalbrems"-Betriebsart bezeichnet ist, ist in der Fahrzeugindustrie bekannt und verwendet das "Bremsverhältnis", das das Verhältnis der tangentialen Reibkraft zu der radialen Last (d. h. FF/FN in Fig. 9) an der Berührungsstelle zwischen Reifen und Straße ist.
Der begrenzende Wert ist selbstverständlich der Reibkoeffizient ("u"). Wenn jedes Rad oder jeder Radsatz eine tangentiale Reibkraft (oder Bremskraft) in der gleichen Proportion oder im gleichen Verhältnis zu der Last entwickelt, dann kann das Fahrzeug unter der Voraussetzung, daß jedes der Räder das gleiche u-zu-Schlupf-Verhältnis aufweist, alle verfügbare Adhäsion an allen seiner Räder zur gleichen Zelt nutzen. Dieses Prinzip und der vorteilhafte Effekt, daß gleiche Bremsverhältnisse an jedem Rad erzielt werden, ist in der Bremsenindustrie bekannt.
Das spezifische, hier verwendete proportionale Bremsen meint eine Bremskraftverteilung an einem Fahrzeug, während das Verhältnis der tangentialen Bremskraft zu der radialen Belastungskraft für alle Räder oder Radgruppen gleich (oder im wesentlichen gleich) ist. Die Räder können einzeln oder in Gruppen betrachtet werden. Die Gruppen können aus allen Radern einer Achse, allen Rädern eines Tandemachspaars (ein "Bogey"-Satz) oder allen Rädern eines Teilfahrzeuges bestehen, wenn das Fahrzeug das aus mehreren Teilfahrzeugen bestehende kombinierte Ganze ist.
Ein anderes unterschiedliches Prinzip zur Verteilung der Bremskraft bei einem Fahrzeugbremssystem liegt darin, Bremsenergieeingangssignale zu erzeugen, die von einigen Brems- oder Fahrzeugsystemparametern abhängen, die von den Lasten oder dem Haftungsfaktor von Reifen zu Straße unterschiedlich sind. Einige dieser Parameter sind: Ausgewogene Abnutzung, ausgewogenes Arbeiten oder ausgewogene Temperatur zwischen den Bremsen. Welche Parameter auch immer ausgewählt sein mögen, um diese auszugleichen ist die Verteilung der Bremskraft im allgemeinen unterschiedlich zu der Verteilung der Bremskraft beim proportionalen Bremsen.
Ausgewogenes Bremsen, wie hierin verwendet, ist eine Bremskraftverteilung an einem Fahrzeug, wobei die Verteilung der Bremskraft nicht von den radialen Lastkräften abhängt, und erzielt den gewünschten Ausgleich, wie gleiche Abnutzung, Bremskraft, Bremsbelagtemperatur oder direkt mit der Bremsabnutzung verbundene Parameter. Die Abnutzungsrate moderner Bremsen hängt in erster Linie von der von der Bremse umgesetzten Arbeit (d. h. Bremsdrehmoment · Umdrehungen) multipliziert mit der Bremsentemperatur, insbesondere der Temperatur der Bremsbeläge ab. Der Temperaturfaktor ist für die Abnutzung besonders gravierend. Bspw. ist die Abnutzungsrate von Bremsbelägen bei 427ºC mehr als 4 mal größer, als die Abnutzungsrate bei 140ºC. Bei Bremsen mit ähnlicher Größe und Konfiguration, die ähnliche Wärmeumsetzungseigenschaften haben, weist die Bremse, die die meiste Arbeit verrichtet, die höchste Temperatur auf und nutzt sich mit einer Rate ab, die gegen den Unterschied der verrichteten Arbeit überhöht ist.
Bei einer gegebenen Gesamtgruppe von Bremsbelägen eines Fahrzeugbremssystems hat die Gesaintgruppe die höchste Lebenserwartung, wenn alle Bremsbeläge bei der niedrigstmöglichen Temperatur arbeiten. Dies erfolgt, wenn die Wärme (Energie) gleichmäßig über die Trommel- oder Scheibenflächenbereiche verteilt werden. Es sollte außerdem angemerkt werden, daß der Betrieb bei der niedrigstmöglichen Temperatur außerdem dazu tendiert, die höchste Reservekapazität hinsichtlich der Energieabsorption zu erbringen. Hohe Energiemengen an einer Bremse können schließlich dazu führen, daß diese mit verhängnisvoller Wirkung ausfällt, obwohl Fading bis zu einem gewissen Maß eine Selbstschutzeigenschaft ist. Entsprechend kann die Bremstemperatur oder ein anderes Maß für die Bremsenergie einschließlich der Bremskraft dazu verwendet werden, die Bremskraft zu verteilen, um die Abnutzung bei einem Fahrzeugbremssystem auszugleichen.
Eine Vielzahl von Studien über den Betrieb von Fahrzeugbremsen, insbesondere den Betrieb von Schwerlastfahrzeugbremsen, zeigt, daß die meisten Bremsbetätigungen mit niedriger (Bremskraft-)Anforderung ablaufen. Bspw. liegen bei Fahrzeugen, die mit einer luftbetätigten Bremse mit einer Kapazität von 7 bar Bremsdruck ausgerüstet sind, 90 % (neunzig Prozent) aller Betätigungen unter 1,4 bar. Der Großteil der Bremsabnutzung erfolgt bei relativ geringen Bremsdrehmoment-Anforderungen durch den Fahrer. Bei der Mehrheit der Stops wird die Adhäsionsreserve von dem Reifen zu der Straße nicht erreicht. Eine Bremsbetätigung von 1,4 bar an einer vollbelasteten Tragachse erfordert üblicherweise nicht mehr als 0,1 des Reibungskoeffizienten. Bei trockenen Straßen kann ein Reibungskoeffizient von 0,6 bis 1,0 erreicht werden, während nasser Asphalt einen Reibungskoeffizienten von 0,3 liefern kann. Deshalb genügen Bremskraftverteilungen, die auf der Bremsfähigkeit im Extremen beruhen, ohne die Größe der Bremskraftanforderung des Fahrers in Betracht zu ziehen, nicht den Anforderungen des Fahrzeugeigners und/oder Fahrers.
Das Bremssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist an Einzelfahrzeugsystemen wie dem Truck 22, der in Fig. 2 dargestellt ist und an Mehrfahrzeugsystemen verwendbar, wie bsp. an dem Sattelzugsystem 24, das in Fig. 3 dargestellt ist. Kurz gesagt weist der Truck 22, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein Fahrzeug mit einem einzelnen Rahmen auf, der wenigstens eine hintere Antriebsachse 26 und eine vordere Steuerachse 27 aufweist. Das in Fig. 3 dargestellte Sattelzugsystem 24 weist ein Zugfahrzeug 28 und einen an diesem über ein Verbindungsmittel 32 befestigten Sattelanhänger 30 auf, das als an dem Zugfahrzeug befestigte Aufsattelplatte 34 bekannt ist, die der wahlweisen Aufnahme eines an dem Sattelanhänger befestigten Königszapfens dient. Das Zugfahrzeug weist typischerweise ein Paar oder Tandemsatz von hinteren Antriebsachsen 36, 38 und eine vordere Steuerachse 40 auf. Der Sattelanhänger 30 weist typischerweise einen Tandemsatz oder Paar nicht steuerbarer, nicht angetriebener Anhängerachsen 42 und 44 auf. Typischerweise, jedoch nicht zwingend, weisen die Vorderachsen 27 und 40 nicht angetriebene, steuerbare Räder auf.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Einzelfahrzeugsystem wie einen Truck 22, der eine Verteilung der Bremskraft innerhalb des Fahrzeuges aufweist. Das Bremssystem nach der vorliegenden Erfindung enthält, soweit es sich auf ein Mehrfahrzeugsystem, wie bsp. ein Sattelzug-Zugfahrzeug-Sattelauflieger-System 24 bezieht, wenigstens die innerhalb des Fahrzeuges wirkende Bremskraftverteilung für das Zugfahrzeug 28 und kann außerdem die innerhalb des Fahrzeuges wirkende Bremskraftverteilung an dem Sattelanhänger 30 und die zwischen den Fahrzeugen wirkende Bremskraftverteilung zwischen dem Zugfahrzeug 28 und dem Sattelanhänger 30 aufweisen.
Es ist vorteilhaft, eine Steuerung für ein Bremssystem, vorzugsweise ein computergesteuertes Bremssystem vorzusehen, das die Bremskraftverteilung auf der Basis des aktuellen Zustandes des Fahrzeuges, der Umgebung und des gewünschten Ergebnisses umschalten kann. Zu Zeitpunkten, wenn die Adhäsion im allgeineinen nicht kritisch ist, kann das Ziel der Bremskraftverteilung an einigen anderen wichtigen Faktoren, bsp. gleichmäßiger Abnutzung, ausgerichtet werden. Bei anderen Zeitpunkten, wie bsp. dann, wenn die Fahreranforderung höhere Bremsniveaus erreicht, kann sich das Systemziel ändern, bspw. zu einer Echtzeitlastproportionierung. Zu anderen Zeitpunkten, wenn die Anforderung bei einem mittleren Niveau liegt, können die Ziele hinsichtlich der Bremskraftverteilung darin liegen, ausgewogenes und proportionales Bremsen zu vermischen, oder von einem zum anderen überzugehen, ohne das Fahrzeug stoßartig zu belasten. Weil es immer möglich ist, daß einige der Räder geringe Reifenadhäsion haben (d. h. wenn es auf einem Eisfleck o.a. ist), könnte ein Antiblockiersystem die Blockierbedingung des Rades überwachen und bewirken, daß das mittlere Bremsmoment an einzelnen Bremsen oder Bremssätzen vermindert wird, um die Richtungskontrolle zu behalten.
Bei Verwendung eines elektrisch gesteuerten Bremssystems mit Rückkopplung ist eine optimale Antwortgeschwindigkeit und -genauigkeit des Systems möglich. Zusätzlich ist das Zielergebnis nicht festgelegt, wie es bei der konventionellen Technologie der Fall ist, sondern es ist in Abhängigkeit von vorbestimmten logischen Regeln innerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit variabel. Das Bremskraftverteilungssystem mit mehreren Betriebsarten nach der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung existierender Bremssysteme dahingehend, daß das System so gesteuert werden kann, daß es einen optimalen Kompromiß hinsichtlich der Maximierung der Bremsreservekapazität und der Optimierung des Bremsweges des Fahrzeugs bei einer Vielzahl von Fahrzeugbedingungen mit hoher Richtungsstabilität und Steuerbarkeit erbringt. Es ist wesentlich, daß diese Eigenschaften sowohl bei Zugfahrzeugen, Anhängefahrzeug-Kombinationen, als auch bei Einzelfahrzeugen etwas unabhängig von dem Zustand der Bremsen jedes der individuellen Teilfahrzeuge erbracht werden können.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit Bezug auf Fig. 5 ersichtlich, die ein Bremssystem für den Truck 22 darstellt. Der Truck 22 enthält eine hintere Antriebsachse 22, die durch einen Motor 46 über ein Getriebe 48 und einen Antriebsstrang 50 angetrieben ist. Ein Paar getriebener Räder 52, 54 sind mit der hinteren Antriebsachse 26 und ein Paar Vorderrädern 56, 58 sind mit der vorderen, gesteuerten Achse 27 verbunden. Luftbetätigte Bremsen 60, 62 sind zum Bremsen der Drehung der Räder 52 bzw. 54 vorgesehen, und luftbetätigte Bremsen 64, 66 sind zum Bremsen der Drehzahl der Räder 56 bzw. 58 vorgesehen. Die hinteren Bremsen 60, 62 sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, von gleicher Größe und gleichem Typ und ähnlich sind dies die Vorderbremsen 64, 66. In dem dargestellten System sind die Bremsen luftbetätigte Bremsen eines der bekannten Typen, wie bsp. dem Trommelbremsentyp mit Spreiznocken in S-Form oder der luftbetätigten Scheibenbremse, deren Einzelheiten aus dem Stand der Technik bekannt sind und in detaillierterer Form aus den US-Patenten Nrn. 4,476,968 und 4,457,407 ersichtlich sind, auf die hiermit Bezug genommen ist. Wie es bekannt ist, ist es, während beide der Vorderbremsen und bei der Hinterbremsen jeweils von der gleichen Größe und dem gleichen Typ sein sollten, nicht erforderlich, daß die Vorderbremsen 64, 66 die selbe Größe und/oder den selben Typ wie die Hinterbremsen 60, 62 aufweisen. Druckluft zur Betätigung der Bremsen wird über eine Vielzahl von Versorgungsspeichern 68, von denen lediglich einer dargestellt ist, von dem Fahrzeugkompressor (nicht dargestellt) oder ähnlichem geliefert. Das Bremssystem enthält eine Steuereinheit 70, die wegen der Flexibilität und der Ansprechempfindlichkeit vorzugsweise eine auf einem elektronischen Mikroprozessor basierende Steuereinheit ist, die Mittel 72 zum Empfangen einer Vielzahl von Eingangssignalen, Mittel zum Verarbeiten der Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln, sowie Mitte 74 zum Ausgeben von Befehlssignalen an verschiedene Systembetätigungsglieder aufweist.
Ein Sensor 76 erfaßt die Auslenkung eines Bremspedals 78 durch den Fahrer, um ein Eingangssignal zu liefern, das für die Anforderung des Fahrers hinsichtlich der Fahrzeugbremskraft kennzeichnend ist. Sensoren dieses Typs sind aus dem Stand der Technik bekannt und können in größerer Detailliertheit aus den US-Patenten Nrn. 4.140.352; 4.327,414; 4.512.615 entnommen werden. Typischerweise erfassen solche Meßwertaufnehmer die Auslenkung des Bremspedals 78 und/oder die auf dieses ausgeübte Kraft und liefern ein dazu proportionales Ausgangssignal. Ein die Verzögerung des Fahrzeuges kennzeichnendes Eingangssignal kann mittels eines Verzögerungsmeßgerätes, das an dem Fahrzeug befestigt ist, oder mittels eines Drehzahlsensors 82 der Getriebeausgangswelle erzeugt werden, der ein die Drehzahl des Antriebsstrangs kennzeichnendes Signal liefert, das durch die CPU 70 differenziert werden kann. Kraftsensoren 82, 84, 86 und 88 werden verwendet, um Eingangssignale zu erzeugen, die die Brems- und Lastkräfte an den Rädern 52, 54, 56 bzw. 58 kennzeichnen. Die Kraftsensoren können auf der Basis von Dehnungsineßstreifen und/- oder von dem Meßwertaufnehmertyp mit linearer, variabler Verschiebung sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Um eine genauere Verteilung der Bremskraft während der Ausgleichsbetriebsart zu erhalten, können Temperatursensoren 90, 92, 94 und 96 vorgesehen sein, um die Temperaturen der Bremsen bei den Rädern 52, 54, 56 bzw. 58 zu erfassen. Die Temperatursensoren können berührungslose Infrarotsensoren oder ähnliches sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Um dem Bremssystem eine Antiblokkierbetriebsart zu ermöglichen, sind Drehzahlsensoren 98, 100, 102 und 104 vorgesehen, um Eingangssignale zu liefern, die die Drehzahl der Räder 52, 54, 56 bzw. 58 kennzeichnen.
Die zentrale Verarbeitungseinheit verarbeitet, wie im einzelnen weiter unten erläutert ist, die Eingangssignale gemäß vorbestimmter Regeln, um Befehlsausgangssignale für die Steuerventile 106 und 108 zu erzeugen. Kurz gesagt ist das Steuerventil 106 mit dem Versorgungsspeicher 68 über eine Versorgungsleitung 110 verbunden und liefert entsprechend dem Befehlsausgangssignal der CPU 70 unter Druck stehendes Fluid über einen Leitungszweig 112 zu der Bremse 60 und über einen Leitungszweig 114 zu der Bremse 62. Das Steuerventil 108 ist mit der von einem der Versorgungsspeicher kommenden Leitung 110 verbunden und liefert gemäß den Befehlsausgangssignalen über einen Leitungszweig 116 Druckluft an die Bremse 64 und über einen Leitungszweig 118 an die Bremse 66. Das Ventil 108 setzt die Leitungen 116 und 118 unabhängig voneinander unter Druck. Entsprechend ist es ersichtlich, daß die Bremskraft an jedem der Räder innerhalb einer geschlossenen Schleife von den Befehlsausgangssignalen gesteuert werden kann, die von der CPU 70, gesteuert von den Eingangssignalen, erzeugt worden sind, die empfangen und von dieser verarbeitet wurden.
Das Verfahren zur Steuerung der Verteilung der Bremskraft zwischen den Fahrzeugrädern 52, 54, 56 und 58 in dem Bremssystem des Trucks 22 wird in detaillierterer Form untenstehend beschrieben. Während das erfindungsgemäße Bremssystem die Verteilung der Bremskraft auf jedes der Räder umfaßt, mißt und steuert das System die Parameter der Bremskraft an jedem der Räder als ein genaues Kennzeichen der Bremskräfte.
Bei einem etwas einfacheren und weniger teuren alternativen System, das etwas weniger genau ist, als das in Fig. 5 dargestellte sind Drucksensoren, wie die Drucksensoren 120, 124, 126 und 128, die die Kraftsensoren 82, 84, 86 bzw. 88 teilweise ersetzen können, als Sensoren zum Liefern eines Eingangssignales vorgesehen, das die Bremskraft bei den Rädern 52, 54, 56 bzw. 58 kennzeichnet. Kurz gesagt ist herausgefunden worden, daß bei einer gegebenen luftbetätigten Bremse mit bekannten Parametern, wie Bremsengröße und -typ, Druckluftantriebsgröße und -typ, Bremsbelagtyp, Größe und Typ der Spielanstellung und ähnliches, die von der Bremse ausgeübte Bremskraft in einer bekannten Weise mit dem an den Druckluftantrieb gelieferten Druck mit einer Genauigkeit von ungefähr +/- 10% übereinstimmt.
Während die Kraftsensoren 82, 84, 86 und 88 von dem Typ sein können, der Signale liefert, die sowohl für die tangentiale (d. h. Brems-) Kraft, als auch für die Radial- (d. h. Last-)Kraft kennzeichnend ist, können separate Lastsensoren als Alternative benutzt werden. Lastsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, die einen typischen Lastsensor 130 nach dem Stand der Technik darstellt. Solche Lastsensoren können für jedes Rad vorgesehen, oder an einer Achs-zu-Achs- Basis vorgesehen sein.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Bremskraft (FF in Fig. 9) der gemessene und gesteuerte Parameter zur Aufteilung der Bremskraft oder Bremsarbeit zwischen den Fahrzeugrädern. Wie in Fig. 1 angedeutet, wird die Bremskraft in einer Ausgleichsbetriebsart aufgeteilt, wenn die Anforderung des Fahrers für die Bremskraft relativ gering ist (Anforderung zwischen 0% und A % von 100%). Wenn die Bremskraftanforderung des Fahrers relativ hoch ist (Anforderung zwischen B % und 100%), wird die Kraft in einer Proportionalbremsbetriebsart aufgeteilt. Bei einer mittleren Anforderung durch den Fahrer (Anforderung von A % bis B %), wird die Bremskraft übergangsmäßig aufgeteilt, um einen glatten Übergang von der ausgewogenen Betriebsart zu der Proportionalbremsbetriebsart zu erbringen. Typischerweise liegt A bei 15% bis 20%, während B bei 30% bis 35% liegt. Vorzugsweise werden in die Werte von A und B im Hinblick auf die Anforderungen des Fahrers, die erwarteten Belastungszyklen, die Gewohnheiten bei der Wartung des Kraftfahrzeugsparks und ähnliches, variiert. Die Werte von A und B können außerdem im Hinblick auf die erfaßten Fahrzeugbetriebsbedingungen (d. h. hohe Gefahr von Radblockierungen und ähnlichem) in der Art einer geschlossenen Schleife gesteuert werden.
Während sich dieses Beispiel auf eine innerhalb eines Fahrzeuges erfolgende Bremskraftaufteilung zwischen den Rädern 52, 54, 56 und 58 des Trucks 22 bezieht, sind die selben Betriebsarten bei der innerhalb eines Fahrzeuges erfolgenden Aufteilung der Bremskraft zwischen den Rädern des Sattelanhängers 30 und bei der zwischen den Fahrzeugen erfolgenden Aufteilung der Bremskraft zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger eines Mehrfahrzeugsystems 24 anwendbar (d. h. zwischen Zugfahrzeug und Sattelanhänger ausgeglichenes und proportionales Bremsen).
Während des Betriebs in der ausgeglichenen Bremsbetriebsart beträgt die Bremskraft (BF) bei jedem Rad eines Bremssystems mit N-Rädern:
wobei: BFXB = die Bremskraft bei dem Rad X bei ausgeglichenem Bremsen.
CX = eine auf der relativen Bremsgröße und dem Bremstyp basierende Konstante. CX ist keine Funktion der Last VX und der Last des Rades X.
g = die Funktion für das ausgeglichene Bremsen.
D = die erfaßte Anforderung.
Mit anderen Worten, ist die Bremskraft bei jedem Rad (oder jedem Satz von Rädern) während des ausgeglichenen Bremsens eine Funktion (g) der erfaßten Anforderung durch den Fahrer (D) mal einer Konstanten (C), die mit bekannten individuellen Bremsparametern in Beziehung steht (Größe, Typ, Motorgröße usw.).
Die CPU 70 erfaßt die Bremskraft
bei jedem Rad und gibt Befehlsausgangssignale an die Steuerventile 106, 108 ab, um die Bremsen 60, 62, 64 und 66 mit Druck zu beaufschlagen und den Fehler (EXB) der Gleichung:
zu minimieren.
Wenn EXB positiv ist, wird ein erhöhter Druck an die Bremse angelegt, wenn EXB negativ ist, wird der an die Bremse angelegte Druck vermindert.
Im allgemeinen besteht das Ziel beim ausgewogenen Bremsen darin, die Abnutzung gegenseitig anzugleichen. Wenn die Temperatur nicht erfaßt wird, wird der Wärmeumsatz an gleichen Bremsen als gleich betrachtet, und weil das ganze Fahrzeug die gleiche Geschwindigkeit hat, ist unter Vernachlässigung kleiner Abweichungen des Radschlupfes das Produkt von (BF) · (Fahrzeuggeschwindigkeit) · (Zeit) gleich der Eingangsbremsenergie (d. h. der von der Bremse aufgenommenen Energie). Um eine gleiche Energieaufnahme zu erreichen, sollten alle CX gleich sein. Wenn Temperatursensoren (90, 92, 94 und 96) verwendet werden, kann eine genauere Abnutzungsangleichung erreicht werden. Dabei ist
wobei Tx die Temperatur bei dem Rad X ist.
Die Kraft an der Bremse X wird gemäß dem Verhältnis der an der Bremse X erfaßten Temperatur zu der Temperatur an den anderen Bremsen (N-1) modifiziert. Je höher die an der Bremse erfaßte Temperatur in Bezug auf die Temperaturen der anderen Bremsen ist, desto niedriger ist BFXB. Bei solchen Systemen mit Temperatursensoren mögen die Eingangsenergien zu Beginn gleich sein, jedoch würde, wenn die Temperaturunterschiede in Folge von Unterschieden in den Wärmeumsetzungseigenschaften auseinander laufen, die Energieverteilung entsprechend umverteilt.
Beim Betrieb in der Proportionalbremsbetriebsart sind die Bremskräfte bei jedem Rad an einem Bremssystem mit N Rädern
wobei: BFXP = die Bremskraft an dem X Rad beim proportionalen Bremsen;
KX = eine auf relativen Bremsparametern basierende Konstante;
f = eine Funktion für das proportionale Bremsen;
D = die erfaßte Anforderung;
LX = die Last an dem Rad X.
Mit anderen Worten ist beim proportionalen Bremsen die Bremskraft an jedem Rad eine Funktion (f) der erfaßten Anforderung (D) und der Last (L) an dem Rad. Die Last kann durch einen Kraftsensor 82, 84, 86 und 88 oder gesonderte Lastsensoren, wie einen Sensor 130, erfaßt werden, der an jedem der N-Räder vorgesehen sein kann.
Wie beim ausgeglichenen Bremsen erfaßt die CPU 70 beim proportionalen Bremsen die Bremskraft an jedem Rad (BFSX) und gibt Befehlsausgangssignale an die Steuerventile 106 und 108 ab, um (EPX) der Fehlergleichung
zu minimieren.
Im allgemeinen ist bei der Proportionalbremsbetriebsart die an jedes Rad anzulegende Bremskraft direkt proportional zu der Anforderung durch den Fahrer multipliziert mit dem Produkt des mittleren Bremsverhältnisses mal der erfaßten Last.
Bei Anwendung einer Übergangsbetriebsart sind in dieser Betriebsart die Bremskräfte an jedem Rad des Bremssystems mit N Rädern
Wobei BFXI = die Bremskraft an dem Rad X während des mittleren Bremsens;
h = die Bremsfunktion für den mittleren Bereich.
Mit anderen Worten ist die Bremskraft an jedem Rad bei mittlerem Bremsen oder Bremsen im Übergangsbereich eine Interpolation der anderen Betriebsarten, die so gestaltet ist, daß ein glatter Übergang zwischen diesen erbracht wird.
Wie bei den anderen Betriebsarten gibt die CPU Befehle aus, um die Ventile so zu steuern, daß (EIX) der Fehlergleichung an jedem Rad minimiert wird.
Wie oben dargestellt, kann ein vergleichsweise weniger teures, jedoch auch etwas weniger genaues Bremssystem für den Truck 22 vorgesehen werden, in dem die Horizontalkraftsensoren 82, 84, 86 und 88, die mit dem jeweiligen Rad 52, 54, 56 bzw. 58 verbunden sind, weggelassen und durch Drucksensoren 120, 124, 126 und 128 ersetzt werden und indem bekannte Vertikallastsensoren 130 an jedem Rad verwendet werden. Bei einem solchen System ist der an jede Bremse angelegte Druck der Parameter, der überwacht und gesteuert wird. Es ist beobachtet worden, daß bei einer Bremse bekannter Größe und Typs der an den Druckluftantrieb angelegte ein relativ genaues Kennzeichen für die von der Bremse aufgebrachte Bremskraft ist.
Das erfindungsgemäße System ist außerdem bei Mehrfahrzeugsystemen, wie bei dem aus dem Zugfahrzeug 28 und dem Sattelanhänger 30 bestehende System 24 anwendbar, das in Fig. 3 dargestellt ist. Aus Fig. 6 ist das Bremssystem des Zugfahrzeugs 28 eines Mehrfahrzeugsystems 24 ersichtlich. Kurz gesagt weist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, das Zugfahrzeug 28 eine gesteuerte Vorderachse 40, die üblicherweise nicht angetrieben ist und ein Tandempaar von hinteren Antriebsachsen auf, das eine vorn liegende hintere Antriebsachse 36 und eine hinten liegende hintere Antriebsachse 38 enthält. Mit der hinten liegenden hinteren Antriebsachse 38 sind Räder 140, 142 verbunden, mit der vorn liegenden hinteren Antriebsachse 36 sind Räder 144, 146 verbunden und mit der gelenkten Vorderachse 40 sind Rader 148, 150 verbunden. Wie es bei Zugfahrzeugen typisch ist, werden bei jedem Rad der hinteren Antriebsachse Zwillingsreifen verwendet. Mit der Ausnahme, daß zusätzliche Sätze von hinteren Bremsen 152, 154 von Lastsensoren 156, 158, von Drehzahlsensoren 160, 162 und von Temperatursensoren 164, 166 erforderlich sind, ist das Bremssystem des Zugfahrzeuges 28, soweit es sich auf die innerhalb des Zugfahrzeugs erfolgende Aufteilung der Bremskraft bezieht, im wesentlichen in Funktion und Aufbau gleich dem Steuersystem des in Fig. 5 dargestellten Trucks 22. Entsprechend sind die Elemente des Bremssteuersystems des Zugfahrzeuges 28, die im Truck 22 verwendet worden sind, entsprechend mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals detailliert beschrieben.
Das hintere Steuerventil 168 ist im wesentlichen identisch dem hinteren Steuerventil 106, das in Fig. 5 dargestellt worden ist - mit der Ausnahme, daß vier individuell gesteuerte Leitungszweige von diesem weggehen.
Kurz gesagt, sind die Luftdruckbremsen 152, 154 im wesentlichen gleich zu den Luftdruckbremsen 60, 62. Die Kraftsensoren 156, 158 sind vorzugsweise auf Dehnungsmeßstreifen basierende Einrichtungen und sind in Aufbau und Funktion im wesentlichen gleich den Geschwindigkeitssensoren 98, 100, während die Temperatursensoren 164 und 166 in Aufbau und Funktion im wesentlichen zu den Temperatursensoren 90, 92 identisch sind.
Mit der Ausnahme, daß das Bremssystem des Zugfahrzeugs 28 im Vergleich zu dem Bremssystem des Trucks 22 sechs anstelle von vier gebremsten Rädern aufweist, (d. h. N = 6, anstelle N = 4), sind die ausgeglichene, die Übergangs- und die Proportionalbremsbetriebsart im wesentlichen gleich den oben in Verbindung mit dem Bremssystem für den Truck 22 beschriebenen gleichen Betriebsarten. Bei einem Zugfahrzeug-Anhänger-Fahrzeugsystem, wie bei dem in Fig. 3 dargestellten System 24, ist die Aufteilung der Bremskräfte zwischen den Fahrzeugen extrem wichtig. Allgemein gesprochen ist im Hinblick auf die Bedeutung, die darin liegt, eine akzeptable Bremsleistung des Fahrzeuges, sowohl im Hinblick auf minimierte Wartung, als auch im Hinblick auf maximale Bremsleistung und erstrebte Stabilität das proportionale und das ausgeglichene Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger wenigstens genauso wichtig, wie das innerhalb des Zugfahrzeugs erfolgende proportionale und ausgeglichene Bremsen und es wird als wichtiger angesehen, als das innerhalb des Sattelanhängers erfolgende proportionale und ausgeglichene Bremsen. Entsprechend ist es bei einem Bremssystem für einen Sattelzug wichtig, daß Mittel vorgesehen sind, um eine Bremskraftaufteilung, wie oben diskutiert, zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger zu erreichen. Außerdem ist es ebenso wichtig, dem Rechnung zu tragen, daß Zugfahrzeuge 28 häufig anderen Personen gehören, als denen, der die Sattelanhänger 30 gehören und sogar in einer Flotte mit in einer Hand befindlichen Zugfahrzeugen und Anhängern typischerweise viel mehr Anhänger als Zugfahrzeuge vorhanden sind. Entsprechend ist es sehr wünschenswert ein Bremssteuersystem für ein Zugfahrzeug-Anhängerfahrzeug- System zu haben, das, wenn überhaupt, lediglich eine geringe, spezielle Ausrüstung an dem Sattelanhänger erfordert, und das ein relativ genaues proportionales Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger und in einem gewissen Grad ausgeglichenes Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger erbringt.
Um ein Zugfahrzeug-Anhänger-Bremssystem zu erhalten, das ein proportionales und ausgeglichenes Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger in einem akzeptablen Ausmaß erbringt, während es keine zusätzliche Ausrüstung an dem Sattelanhänger erfordert, ist das Zugfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Beschleunigungsaufnehmer 80, der ein die Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeuges kennzeichnendes Eingangssignal an die CPU 70 liefert, und einem Paar von Lastsensoren 170, 172 ausgerüstet, die Eingangssignale an die CPU 70 liefern, die für die vertikalen und horizontalen Kräfte an der Sattelaufliegerkupplung 34 zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger kennzeichnend sind. Zusätzlich liefert ein Steuerventil 174, das über Befehlsausgangssignale der CPU 70 gesteuert ist, Pilot- oder Steuersignale an die standardmäßigen Steuerventile des Anhänger-Bremssystems.
In Fig. 7 ist ein standardmäßiges Anhänger-Bremssystem nach dem Stand der Technik dargestellt. Kurz gesagt weist der Sattelanhänger, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, einen Königszapfen 176 zum wahlweisen Verbinden und Trennen mit bzw. von der Sattelaufliegerkupplung 34 des Zugfahrzeugs auf. Der Sattelanhänger weist einen Versorgungsspeicher 178 auf, der mit dem Luftdrucksystem des Zugfahrzeuges über eine Fluidverbindung 180 verbunden ist. Anhängerachsen 42, 44 tragen Anhängerräder 182, 184, 186, 188, während jedes jeweils mit einer Luftdruckbremse 190. 192, 194 bzw. 196 versehen ist. Typischerweise sind alle der Anhängerbremsen über ein Relaisventil 198 mit dem selben Druck gesteuert, das einen mit dem Versorgungsspeicher 178 des Sattelanhängers verbundenen Einlaß 200 aufweist und das einen Steuerventilabschnitt 202 zum Aufnehmen eines Steuerdrucksignals von dem Druckluftsystem des Zugfahrzeuges über eine Verbindung 204 aufweist. Die Verbindung 204 ist für die Verbindung mit dem Verbinder 206 des Zugfahrzeuges vorgesehen. Typischerweise sind die Verbinder 204 und 206 und ähnlich der Verbinder 180 und seine zugeordnete Verbindung zu dem (nicht dargestellten) Fahrzeug-Druckluftsystem die die Fluidverbindung bilden, als "glad hand" bekannt.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist der aus dem Stand der Technik bekannte Standardanhänger 30 mit einem Bremssystem versehen, bei dem jede der Bremsen von einem einzelnen Ausgang 208 des Steuerdruck gesteuerten Relaisventils 198 betätigt ist und die somit alle mit dem selben Druck betätigt sind, der eine Funktion des Drucks des Steuerventilabschnitts 202 ist. Entsprechend ist, wenn alle Bremsen 190, 192, 194 und 196 mit dem selben Druck betätigt werden und wenn eine individuelle Steuerung; der diese betätigenden Drücke bei einem Standard-Anhänger nicht verfügbar ist, die Verteilung der Bremskraft zwischen den Anhängerbremsen zur Erzielung eines ausgeglichenen oder proportionalen Bremsens innerhalb des Sattelanhängers nicht auf gesteuerter Grundlage möglich. Jedoch kann bei Verwendung des in Fig. 6 dargestellten Zugfahrzeug-Bremssystems ein proportionales und bis zu einem gewissen Grad ausgewogenes Bremsen zwischen Zugfahrzeug und Sattelanhänger erreicht werden. Wie aus der Darstellung der statischen Kräfte in Fig. 10, die aerodynamische Steigungs- oder Übergangskräfte nicht enthält, ersichtlich ist, ist:
H&sub1; = +M&sub1;a + HF
V&sub1; = M&sub1;g + VF
H&sub2; = +M&sub2;a - HF
V&sub2; = M&sub2;g - VF,
wobei M&sub1; = die Masse des Zugfahrzeugs 20;
M&sub2; = die Masse des Sattelanhängers 30;
H&sub1; = die Bremskraft des Zugfahrzeuges 28;
H&sub2; = die Bremskraft des Sattelanhängers 30;
HF = die auf die Sattelaufliegerkupplung 34/den Königszapfen 178 wirkende Horizontalkraft;
V&sub1; = das auf den Zugfahrzeugachsen lastende Gewicht;
V&sub2; = das auf den Anhängerachsen lastende Gewicht;
VF = das auf die Sattelkupplung lastende Gewicht;
g = die Gravitationskonstante;
a = die Beschleunigung in Vorwärtsrichtung.
Bei zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger herrschenden proportionalen Bremsbedingungen ist das Bremsverhältnis des Zugfahrzeugs (als eine Einheit genommen) gleich dem Bremsverhältnis des Sattelanhängers (als eine Einheit genommen), oder
H&sub1;/V&sub1; = H&sub2;/V&sub2;.
Entsprechend ist das Bremsverhältnis der Verbindungseinrichtung (HF/VF) gleich dem selben Wert, d. h.:
HF/VF = H&sub2;/V&sub2; = H&sub1;/V&sub1;.
Wenn die obigen Gleichungen gegeben sind, ist ersichtlich, daß, wenn HF/VF = -a, das proportionale Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger erreicht ist. Entsprechend wird durch Modulation des auf die Zugfahrzeugbremsen angelegten Drucks (Steuerung der Ventile 108 und 168) und/oder des auf die Anhängerbremsen angelegten Drucks (Steuerung des Ventils 174), um die Fehlergleichung:
E = HF-VF*a
zu minimieren, ein proportionales Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger ungeachtet der auf dem Sattelanhänger lastenden Last erreicht, wobei keine zusätzlichen Sensoren und/oder Steuereleinente an dem Sattelanhänger erforderlich sind. Aerodynamische Kräfte, Steigungs- und Übergangskräfte sind nicht vernachlässigt, sondern werden aus den Sensordaten ermittelt.
Fahrzeugbeschleunigung/-verlangsamung kann außerdem durch die Verwendung von Raddrehzahlsensoren gemessen werden, wenn eine richtige Annahme für den Schlupf gemacht ist. Ebenfalls kann, in dem das Element 80 zur Messung der Fahrzeugbeschleunigung/-verlangsamung in Kombination mit den Raddrehzahlsensoren verwendet wird, eine sehr genaue Bestimmung des Radschlupfes errechnet werden.
Ein alternatives gänzlich mechanisches, allein an dem Zugfahrzeug 28 befestigtes System zur Aufrechterhaltung des proportionalen Bremsens zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger durch Modulation des Luftdruckes auf die Anhängerbremsen, um die Gleichung:
E = HF-VF*a
zu minimieren, ist in Fig. 11 dargestellt.
Die Sattelaufliegerkupplung 34 ist an dem Zugfahrzeug 28 mittels eines Sattelaufliegerträgers 300 befestigt, der über ein paar Schwingen 302 schwenkbar gehalten ist. Über eine Schwinge 306 ist eine Masse 304 an den Zugfahrzeug 28 schwenkbar befestigt. Ein Ventil 308 zur Steuerung der Drucklieferung an die Anhängerachsenbremsen ist an dem Träger der Sattelaufliegerkupplung befestigt und durch eine sich horizontal erstreckende Ventilstange 310 gesteuert, die an der Schwinge 306 zur gemeinsamen horizontalen Bewegung mit dieser befestigt ist. Das Ventil 308 ersetzt das Ventil 174, das in Fig. 6 dargestellt ist.
Die Schwingen 302 definieren einen Winkel 320 in Bezug auf die Vertikale, während die Schwinge 306 einen Winkel 330 in Bezug auf die Vertikale definiert. Kurz gesagt ist der Tangens des Winkels 330 proportional zu der Fahrzeugverlangsamung "a", während der Tangens des Winkels 320 proportional zu dem Verhältnis VF/HF ist. Somit ist der Tangens des Winkels 330 bei richtiger Bemessung und bei proportionalem Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger (wenn HF/VF = a) gleich dem Tangens des Winkels 320.
Wenn die Zugfahrzeugbremsen mit einem größeren Bremsverhältnis als die Anhängerbremsen betätigt werden, schwingen sowohl die Masse 304, als auch der Träger 300 der Sattelaufliegerkupplung nach vorn, und zwar mit einem Winkel 320, der größer als der Winkel 330 ist. Dieses veranlaßt die Ventilstange 310 sich zunehmend in das Ventil 308 hineinzuerstrecken, um den Steuerluftdruck in der Leitung 206 zu erhöhen, die zu dem Steueranschluß 202 des Anhängersteuerventils führt. Wenn das Anhängerbremsverhältnis größer als das Zugfahrzeugbremsverhältnis ist, ist der Winkel 330 größer, als der Winkel 320 und die Stange 310 erstreckt sich immer weniger in das Steuerventil 308, um den Steuerdruck zu vermindern, der an die Steuerdruckleitung 206 geliefert wird.
Um ein ausgeglichenes Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger bei einem unbekannten Bremsaufbau des Sattelanhängers zu erhalten, sind gewisse Annahmen im Hinblick auf die Anzahl und den Typ der Bremsen erforderlich, mit denen das Anhängerbremssystem ausgerüstet ist.
Bei einem typischen Anhängerbremssystem werden alle Bremsen mit dem selben Druck betätigt. Somit ist die Kenntnis der Anzahl der Anhängerbremsen, (d. h. der Anzahl der mit Bremsen versehenen Anhängerachsen), wichtig, um einen ungefähren Ausgleich zwischen mit Zugfahrzeug und den Anhängerbremsen zu erreichen. Durch Durchführung gewisser Berechnungen und/oder Annahmen im Hinblick auf das Anhängergewicht und durch Kenntnis des an jede Bremse gelieferten Drucks (d. h. des Steuerdrucks an Ventil 198) zur Erzielung einer bekannten Fahrzeugverlangsamung kann die Anzahl der Bremsen (d. h. 2, 4, 6 . . . ) mit einer akzeptablen Genauigkeit geschätzt werden. An diesem Punkt kann jede Bremse so angesehen werden, als daß sie eine durchschnittliche Bremscharakteristik aufweist, und der von dem Ventil 198 gelieferte Druck ist der Druck, der erforderlich ist, daß die Anzahl der Bremsen eine Gesamtmenge von Bremsarbeit verrichten, die gleich der Bremsarbeit ist, die von den Zugfahrzeugbremsen verrichtet wird.
Bei etwas ausgeklügelteren Systemen kann der Sattelanhänger mit einer Identifikationsbuchse 348 versehen sein, die zu einem an dem Zugfahrzeug vorgesehenen Identifikationsstecker paßt, der gewisse grundlegende Systeminformationen über die Anhängerbremsen an die CPU liefert, wie es die Anzahl der Bremsen, der Bremstypen, der Typen der Aktuatoren usw. ist. Diese Information kann an die CPU 70 über eine Fahrertastatur 350 gegeben werden. Mit dieser Information ist ein genaueres, ausgewogeneres Bremsen zwischen dem Sattelanhänger und dem Zugfahrzeug möglich.
Ein Anhängerbremssystem 400 mit Aktuatoren und Sensoren, die spezifisch für die Zusammenwirkung mit der CPU 70 ausgelegt sind, ist in Fig. 8 dargestellt. Eine zum Sattelanhänger gehörige logische Einheit (TLU) 402 ist mit Eingangseinrichtungen 404 zum Empfangen von Eingangssignalen, von Anhängerbremssystemsensoren, mit Eingangseinrichtungen 406 zum Empfangen zu Befehlsausgangssignalen der CPU 70, mit Ausgangseinrichtungen 408 zum Aussenden von Sensoreingangssignalen an die CPU 70 und mit Ausgangseinrichtungen 410 ausgerüstet, um die Befehlsausgangssignale der CPU 70 an die Anhängerbremssystemaktuatoren zu übertragen. Die TLU kann außerdem mit RAM- und/oder ROM-Speichern ausgerüstet sein.
Jede der Anhängerbremsen 190, 192, 194 und 196 an jeder Anhängerachse 40, 42 ist über ein Ventil 412 individuell steuerbar, das über ein elektronisches Bauelement, wie ein Solenoidsatz 414 elektronisch steuerbar ist. Dies ergibt ein Ventil mit relativ schnellerer Ansprechgeschwindigkeit und macht Pilotdruckleitungen und Verbinder überflüssig. Jede der Bremsen oder Achsen kann mit Kraftsensoren 460, Temperatursensoren 418 und/oder Radgeschwindigkeitssenoren 420 ausgerüstet sein.
Außer, daß eine viel genauere Ausgleichsbremsbetriebsart (balanced braking) zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhanger möglich ist, gestattet das Anhängerbremssystem 400 das ausgewogene und das proportionale Bremsen innerhalb des Sattelanhängers, das in der gleichen Weise erreicht wird, wie das innerhalb des Zugfahrzeuges ablaufende oben beschriebene Bremsen.
Demgemäß ist ein Fahrzeugbremssystem und ein Steuerverfahren vorgesehen worden, das in Abhängigkeit von der Größe der von dem Fahrer geforderten Bremskraft die Bremskraft zwischen dem mit Fahrzeugbremsen ausgerüsteten Rädern in einer ausgewogenen Bremsbetriebsart, einer proportionalen Bremsbetriebsart oder einer mittleren Bremsbetriebsart aufteilt. Das Fahrzeugbremssystem ist für Bremskraftaufteilungen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder zur Bremskraftaufteilung zwischen Fahrzeugen geeignet.
Es ist ein Bremssystem für ein Mehrfahrzeugsystem, wie es ein Sattelzug 24 ist, vorgesehen worden, das es gestattet die Bremskraft zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger in einer Weise aufzuteilen, daß ein proportionales Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger erreicht wird, während spezielle Sensoren und eine Steuereinrichtung verwendet werden, die lediglich an dem Zugfahrzeug angeordnet sind. Das System gestattet außerdem eine Aufteilung der Bremskraft, um ein ungefähres, ausgeglichenes Bremsen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Sattelanhänger zu erreichen.

Claims

1. Bremssteuersystem für ein Fahrzeugsystem, das mit einer Vielzahl individuell steuerbarer Bremsstellen (52, 54, 56, 58) ausgerüstet ist, wobei das System Sensormittel zum Liefern von Eingangssignalen, die 1) entweder für die Bremskraft an jeder Bremsstelle und die von jeder Bremsstelle getragene Last oder das Verhältnis der Bremskraft zu der an jeder Bremsstelle (82, 84, 86, 88) getragene Last und 2) für die Höhe der von dem Fahrzeugführer (76) angeforderte Bremskraft kennzeichnend sind, eine Steuereinheit (70) mit Mitteln (72) zu Empfangen der Eingangssignale und zum Verarbeiten dieser Signale gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale (74) auszugeben, sowie Aktuatoren (106, 108) aufweist, die von den Befehlsausgangssignalen zur Modulation eines gesteuerten Parameters an jeder Bremsstelle, bezogen auf die Bremskraft an der Bremsstelle, gesteuert sind, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist,

daß die logischen Regeln den Vergleich des Anforderungseingangssignals mit einem ersten Referenzwert (A) und mit einem zweiten Referenzwert (B) enthalten, der gleich oder größer als der erste Referenzwert ist und,

daß, wenn das Anforderungssignal kleiner als der erste Referenzwert (A) ist, jede der Bremsstellen veranlaßt ist, eine Bremskraft auszuüben, die von dem Wert des Anforderungseingangssignals abhangig und von der Last unabhängig ist, und

daß, wenn das Anforderungssignal gleich oder größer als der zweite Referenzwert (B) ist, jede der Bremsstellen veranlaßt wird, eine Bremskraft auszuüben, die direkt mit dem Wert des Anforderungseingangssignals und der Last an der Bremsstelle in Beziehung steht.

2. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem, wenn das Anforderungssignal gleich oder größer als der zweite Referenzwert (B) ist, die Steuerung die Bremskraft veranlaßt, an jeder der Bremsstellen (52, 54, 56, 58) derart ausgeübt zu werden, daß ein im wesentlichen gleiches Bremsverhältnis

an jeder der Bremsstellen erbracht wird.

3. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem, wenn das Anforderungssignal geringer als der erste Referenzwert A ist, die Steuerung die Bremskraft an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) veranlaßt, derart ausgeübt zu werden, daß eine im wesentlichen gleiche Bremsabnutzung an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) erreicht wird.

4. Bremssteuersystem nach Anspruch 2, bei dem, wenn das Eingangssignal geringer als der erste Referenzwert (A) ist, die Steuerung die Bremskraft an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) veranlaßt, derart ausgeübt zu werden, daß die Bremsabnutzung an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) im wesentlichen gleich ist.

5. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem, wenn das Anforderungssignal geringer als der erste Referenzwert (A) ist, die Bremskraft an jeder Bremse jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) im wesentlichen gleich der Größe des Anforderungssignals multipliziert mit einer Konstante ist, die mit der relativen Bremscharakteristik der Bremsstelle (52, 54, 56, 58) in Beziehung steht.

6. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem Mittel (90, 92, 94, 96) zum Liefern eines Eingangssignales vorgesehen sind, das für die Temperatur des reibenden Materials an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) kennzeichnend ist und, daß, wenn das Signal geringer ist, als der erste Referenzwert (A), die Steuerung die Bremskräfte an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) veranlaßt, moduliert zu wer den, um gleiche Temperaturen an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) zu erzielen.

7. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem Mittel (90, 92, 94, 96) vorgesehen sind, um ein die Temperatur des Bremsreibungsmaterials an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) kennzeichnendes Signal abzugeben und, wenn das Anforderungssignal geringer als der erste Referenzwert (A) ist, die Steuerung die Bremskräfte an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) veranlaßt in Abhängigkeit von der Temperatur moduliert zu werden.

8. Bremssteuersystem nach Anspruch 7, bei dem, wenn das Anforderungssignal geringer als das erste Referenzsignal (A) ist, die bei jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) ausgeübten Bremskräfte in Bezug auf die an anderen Bremsstellen (52, 54, 56, 58) ausgeübten Bremskräfte umgekehrt proportional zu den relativen Temperaturen der Bremsstellen (52, 54, 56, 58) sind.

9. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem Mittel vorgesehen sind, die ein die Dauer der Betätigung jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) kennzeichnendes Eingangssignal liefern, und daß, wenn das Anforderungssignal geringer, als der erste Referenzwert (A) ist, die Steuerung den Steuerparameter moduliert, um den Wert des Produktes der Bremskraft multipliziert mit der Zeit der Betätigung jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) anzugleichen.

10. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Anforderungssignal den vom dem Fahrer hervorgerufenen Hub des Bremspedals (78) kennzeichnet, der als ein Prozentsatz des vollen Wegs ausgedrückt wird, wobei der erste Referenzwert etwa 15% bis 20% des vollen Pedalwegs und der zweite Referenzwert etwa 25% bis 40% des vollen Pedalwegs entspricht.

11. Bremssteuersystem nach Anspruch 2, bei dem das Anforderungssignal die von dem Fahrer hervorgerufene Auslenkung des Fahrzeugbremssignals (78) als einen Prozentsatz der vollen Auslenkung ausdrückt, wobei der erste Referenzwert etwa 15% bis 25% der vollen Auslenkung und der zweite Referenzwert ungefähr 25% bis 40% der vollen Auslenkung entspricht.

12. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem das Anforderungssignal die von dem Fahrer hervorgerufene Auslenkung des Fahrzeugbremssignals (78) als einen Prozentsatz der vollen Auslenkung ausdrückt, wobei der erste Referenzwert etwa 15% bis 25% der vollen Auslenkung und der zweite Referenzwert ungefähr % 25 bis 40% der vollen Auslenkung entspricht.

13. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem Sensoren (98, 100, 102, 104) zum Feststellen des Vorliegens oder des Drohens einer Radblockierbedingung an jeder Fahrzeugbremse vorgesehen sind und bei dem die Steuerung ungeachtet des Wertes des Anforderungseingangssignals die Bremskräfte veranlaßt, moduliert zu werden, um die festgestellte drohende oder existierende Radblockierbedingung zu beenden.

14. Bremssteuersystem nach Anspruch 2, bei dem Sensoren (98, 100, 102, 104) zum Feststellen des Vorliegens oder des Drohens einer Radblockierbedingung an jeder Fahrzeugbremse vorgesehen sind und bei dem die Steuerung ungeachtet des Wertes des Anforderungseingangssignals die Bremskräfte veranlaßt, moduliert zu werden, um die festgestellte drohende oder existierende Radblockierbedingung zu beenden.

15. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem Sensoren (98, 100, 102, 104) zum Feststellen des Vorliegens oder des Drohens einer Radblockerbedingung an jeder Fahrzeugbremse vorgesehen sind und bei dem die Steuerung ungeachtet des Wertes des Anforderungseingangssignals die Bremskräfte veranlaßt, moduliert zu werden, um die festgestellte drohende oder existierende Radblockierbedingung zu beenden, und das dann die Bremskräfte in Abhängigkeit von dem Wert des Anforderungssignals moduliert, um das Bremsverhältnis an jeder Bremsstelle im wesentlichen anzugleichen.

16. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (70) eine auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuerung ist und bei der die Eingangssignale elektronische Signale sind.

17. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit (70) eine auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuerung ist und bei der die Eingangssignale elektronische Signale sind.

18. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem das Fahrzeugsystem einen Zugfahrzeugabschnitt (28) und einen Anhängerabschnitt (30) enthält, wobei das Fahrzeug (29) eine erste Bremsstelle, die das gesamte Zugfahrzeugbremssystem enthält, und eine zweite Bremsstelle aufweist, die das gesamte Anhängerbremssystem enthält.

19. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem das Fahrzeug mit Kraftsensoren (82, 84, 86, 88) zum Erfassen der Brems- und Lastkraft an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) ausgerüstet ist.

20. Bremssteuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Bremsen durch unter Druck stehendes Fluid betätigt werden und bei dem das die Bremskraft an den Bremsstellen (52, 54, 56, 58) kennzeichnende Eingangssignal ein Eingangssignal ist, das den auf die Bremsstellen (52, 54, 56, 58) angelegten Druck kennzeichnet.

21. Bremssteuerverfahren zur Steuerung der Verteilung der Bremskraft zwischen den Bremsstellen eines Fahrzeugsystems, das mit einer Vielzahl von individuell steuerbaren Bremsstellen (52, 54, 56, 58) ausgerüstet ist, wobei das System Sensormittel zum Liefern von Eingangssignalen die für 1) entweder die Bremskraft an jeder Bremsstelle (82, 84, 86, 88) und die von jeder Bremsstelle getragene Last oder das Verhältnis der Bremskraft zu der von jeder Bremsstelle getragenen Last und 2) für das Niveau der von dem Fahrzeugführer angeforderten Bremskraft kennzeichnend sind, eine Steuereinheit (70) mit Mitteln (72) zum Empfangen der Eingangssignale und zum Verarbeiten der Signale gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale auszugeben, und Aktuatoren aufweist, die von den Befehlsausgangssignalen gesteuert sind, um einen gesteuerten Parameter an jeder Bremsstelle (52, 54, 56, 58) entsprechend der Bremskraft an der Bremsstelle zu modulieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,:

daß das Eingangssignal mit einem ersten Referenzwert (A) und mit einem zweiten Referenzwert (B), der gleich oder größer als der erste Referenzwert ist, verglichen wird,

daß, wenn das Eingangssignal kleiner als der erste Referenzwert ist, die Bremskraft veranlaßt wird, zwischen den Bremsstellen (52, 54, 56, 58) aufgeteilt zu werden, um ein ausgewogenes Bremsen zwischen den Bremsstellen (52, 54, 56, 58) zu erreichen, und

daß, wenn das Anforderungssignal gleich oder größer als der zweite Referenzwert (B) ist, die Bremskraft veranlaßt wird, zwischen den Bremsstellen (52, 54, 56, 58) aufgeteilt zu werden, um ein proportionales Bremsen zwischen den Bremsstellen (52, 54, 56, 58) zu erreichen.