DE4442487C1

DE4442487C1 - Verfahren zur Bestimmung der Massen von Lastkraftwagen mit Luftdruck-Bremssystemen

Info

Publication number: DE4442487C1
Application number: DE19944442487
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Helldoerfer; Juergen Dipl Ing Leuteritz; Matthias Dipl Ing Gramann; Peter Dipl Ing Boerner; Peter Dipl Ing Gegner; Michael Ing Grad Reiner
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG; Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2014-12-01

Description

Für Überwachungsfunktionen, Steuerungszwecke oder Regelungsaufgaben sind einerseits der Kopplungszustand und andererseits die Massen von Last kraftwagen von Bedeutung, d. h. ob (ggf. wieviele) Anhänger oder Auflieger an das Zugfahrzeug angekoppelt sind und wie groß deren Massen sind, da viele Steuerkomponenten des Zugfahrzeugs (beispielsweise die Motorsteue rung, die Steuerung für die verschleißfreie Bremse, die Steuerung der Be triebsbremsanlage, die Getriebesteuerung und diverse Diagnosesysteme) eine Information über die Gesamtmasse des Lastkraftwagens und die Massen der einzelnen Fahrzeugteile benötigen. Insbesondere müssen bei Lastkraft wagen mit Druckluft-Bremssystem (beispielsweise elektro-pneumatischem Bremssystem) - bei diesen kann an einer Kopplungsstelle des Zugfahrzeugs (dem Kupplungskopf Bremse) über Steckverbindungen und Druckleitungen ein Anhänger oder Auflieger angekoppelt werden - bei der Regelung des Bremsvorgangs die einzelnen Fahrzeugteile massenabhängig aufeinander abgestimmt werden.

Die Massen der Fahrzeugteile - insbesondere für eine Überlastanzeige bzw. einen Überlastschutz - können durch eine Achslastmessung mit Hilfe geeig neter Sensoren bestimmt werden: beispielsweise wie in der DE 40 00 073 A1 mittels Wegsensoren, die die Einfederung einer Achse bestimmen, wie in der DE 43 19 080 A1 mittels Dehnungssensoren oder wie in der FR 26 66 891 mit tels optischer Sensoren. Diese Verfahren zur Bestimmung der Massen sind jedoch aufwendig und wegen der benötig ten Sensoren auch kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Massen von Lastkraftwagen auf einfache Weise bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei Kenntnis der Verzögerung des Lastkraftwagens, des Druckniveaus im Zugfahrzeug, des Drucks an der Kopp lungsstelle zum Anhänger/Auflieger (Kupplungskopf Brem se) und des Abbremsungsbands für den Anhänger/Auflieger - dieses gibt einen bestimmten Wertebereich für dessen Verhältnis von Bremsdruck und Verzögerung (den sog. Reibbeiwert) vor - lassen sich mit dem vorgestellten Verfahren unter Zuhilfenahme des horizontalen bzw. longitudinalen Kräftegleichgewichts - dieses besagt, daß die während des Bremsvorgangs geleistete Bremskraft des Lastkraftwagens als Summe aus Bremskraft des Zugfahr zeugs und Bremskraft des Anhängers/Aufliegers in erster Näherung der (Newton′schen) Trägheitskraft entspricht - die Massen der einzelnen Fahrzeugteile des Lastkraftwa gens bestimmen. Aus den Massen der einzelnen Fahrzeug teile kann die Gesamtmasse des Lastkraftwagens ermit telt werden. Bei bekannten Massen lassen sich weiterge hende Aussagen treffen bzw. können weitergehende Maß nahmen ergriffen werden - beispielsweise können geziel te (Steuerungs- oder Regelungs-) Eingriffe in den Bremsprozeß vorgenommen werden.

Die Bestimmung der Massen umfaßt folgende Verfahrens schritte:

- Während eines Bremsvorgangs werden mindestens zwei Meß-Zeitintervalle so gewählt, daß sie (durch ent sprechende Vorgabe des Drucks in der Steuerleitung des Zugfahrzeugs bzw. an der Kopplungsstelle zum Anhänger/Auflieger) unterschiedlichen Bereichen im Abbremsungsband des Anhängers/Aufliegers entspre chen. Grundsätzlich lassen sich auch Meß-Zeitin tervalle aus verschiedenen Bremsvorgängen verwen den, sofern sie bezüglich bekannter Einflußparame ter vergleichbar sind.
- In jedem Meß-Zeitintervall wird die momentane Bremskraft des Lastkraftwagens der jeweiligen Trägheitskraft des Fahrzeugs gleichgesetzt - es wird demnach das horizontale oder "longitudinale" Kräftegleichgewicht aufgestellt.

Die für das Kräftegleichgewicht benötigten Größen werden auf geeignete Art und Weise ermittelt: die Bremskraft des Zugfahrzeugs bei Kenntnis des Bremsdruckniveaus im Zugfahrzeug (dieses ist eine Funktion des Bremspedalwegs) und der Bremsenkenn werte (diese definieren den Zusammenhang zwischen der im Reifenaufstandspunkt erreichbaren Brems kraft und dem Bremsdruck), die Bremskraft des An hängers aus dem Abbremsungsband bei Kenntnis des Drucks in der Steuerleitung an der Kopplungsstelle - dieser kann beispielsweise mittels Drucksensoren erfaßt werden -, und die massenabhängige Träg heitskraft bei Kenntnis der Verzögerung bzw. Ab bremsung des Lastkraftwagens - diese kann bei spielsweise durch Auswertung der Radgeschwindig keit(en) bei Sensierung der Raddrehzahl mittels Raddrehzahlsensoren, durch Beschleunigungssensoren oder durch direkte Über-Boden-Messung (beispiels weise mittels Radarverfahren) ermittelt werden.

- Aus den Kräftegleichgewichts-Gleichungen der ver schiedenen Meß-Zeitintervalle lassen sich die Mas sen der Fahrzeugteile und die Gesamtmasse des Lastkraftwagens bestimmen. Die Auswerteeinheit zur Auswertung der in den Meß-Zeitintervallen erfaßten Meßgrößen kann beispielsweise eine elektronische Recheneinheit sein - beispielsweise ein Mikropro zessor oder Mikrocontroller -, die beispielsweise in einer Steuereinheit des Zugfahrzeugs integriert ist.

Zur vorteilhaften Weiterbildung ist es optional mög lich, daß

- die Anzahl der Meß-Zeitintervalle größer als die Anzahl der zu ermittelnden Massen gewählt wird, so daß sich die Genauigkeit des Verfahrens steigern läßt,
- weitere beim Bremsvorgang auftretende Kräfte, bei spielsweise der Luftwiderstand, die Rollwider standskräfte, aerodynamische Kräfte etc., bei der Bildung des Kräftegleichgewichts berücksichtigt werden (sofern diese Kräfte bekannt sind),
- für das zur Bestimmung der Bremskraft benötigte Bremsdruckniveau des Zugfahrzeugs der beim Brems vorgang wirksame effektive Bremsdruck an den Bremsbacken/Bremstrommeln berücksichtigt wird,
- bei der Bestimmung der Bremsenkennwerte systemati sche Abhängigkeiten - beispielsweise vom Geschwindigkeitsniveau oder Verzögerungsniveau - durch ei nen entsprechenden funktionalen Ansatz berücksich tigt werden,
- die Massen mehrfach über einen längeren Zeitraum während ver schiedener Bremsprozesse bestimmt werden, so daß durch Mittel wertbildung Meßfehler bzw. Streuungen weitgehend eliminiert wer den können bzw. sich Veränderungen an der Zuladung erkennen las sen.

Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt mehrere Vorteile in sich:

- Die Gesamtmasse eines Lastkraftwagens und die Massen der einzelnen Fahrzeugteile können ohne zusätzliche Sensoren und damit ohne gro ßen Aufwand kostengünstig ermittelt werden.
- Der Fahrkomfort und die Sicherheit werden bei bekannten Massen aufgrund der besseren Abstimmungsmöglichkeit der Fahrzeugteile erhöht.
- Durch eine langfristige Auswertung der Meßergebnisse lassen sich zu sätzliche Informationen gewinnen, beispielsweise die Erkennung un terschiedlicher Beladungszustände (beispielsweise Erkennung von Leerfahrten).

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Teils des als elektro-pneumatisches Bremssystem ausgebildeten Druckluft-Bremssystems eines Lastkraftwagens L, an dessen Zugfahrzeug Z ein Anhänger A angekoppelt ist; in der Fig. 2 ist das Abbremsungsband für einen Anhänger dargestellt, das den zulässigen Wertebereich für den Reibbeiwert des Anhängers als Verhältnis von Brems druck und Abbremsung (Verzögerung) festlegt.

Bei einem elektro-pneumatischen Bremssystem wird im Zugfahrzeug Z ent sprechend dem Fahrerwunsch und der Stellung des Bremspedals (des Bremspedalwegs) über eine elektrische Ansteuerung ein bestimmtes Bremsdruckniveau P_Z eingesteuert und dieser Wert P_Z der Steuereinheit SE zugeführt. Von der Steuereinheit SE führt die Drucklei tung DL (Leitung für den Steuerdruck) zur Kopplungs stelle KS (Kupplungskopf Bremse), an dem der Druck P_KS vorliegt. An der Kopplungsstelle KS ist an die Druck leitung DL der Anhänger A angeschlossen (dieser ist noch zusätzlich mit der nicht dargestellten Leitung für den Vorratsdruck verbunden).

Zur Erfassung des Druckwerts P_KS ist beim Zugfahrzeug Z in der Druckleitung DL vor der Kopplungsstelle KS ein Drucksensor DS angeordnet; die Druckwerte P_KS werden vom Drucksensor DS in der Druckleitung DL permanent ge messen und von einer Auswerteeinheit während des Meß vorgangs zu bestimmten Zeitpunkten abgefragt. Die Bremsverzögerung wird aus der zeitlichen Variation der Radgeschwindigkeit ermittelt, die beispielsweise durch Raddrehzahlsensoren bestimmt wird. Die Auswerteeinheit zur Auswertung der Meßgrößen - beispielsweise ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller - kann beispiels weise in der Steuereinheit SE integriert sein.

Während eines Bremsvorgangs oder während mehrerer Bremsvorgänge werden mindestens zwei Meß-Zeitintervalle t_i, beispielsweise 3 Meß-Zeitintervalle (i = 1 . . . 3), mit einer Dauer von beispielsweise 10 bis 100 ms gebil det, die unterschiedlichen Abbremsbereichen im Abbrem sungsband des Anhängers A zugeordnet werden können. Ge mäß dem in der Fig. 2 dargestellten Abbremsungsband wird für den Anhänger A ein bestimmter Wertebereich des Reibbeiwerts RBW (als Quotient aus der Summe der Brems kräfte TR des Anhängers A und der Summe der statischen Normalkräfte PR) in Abhängigkeit der vorgegebenen Soll- Abbremsung und damit des vorgegebenen Bremsdrucks P_KS an der Kopplungsstelle KS festgelegt. Beispielsweise wird der Reibbeiwert RBW = TR/PR des Anhängers A als Mittelwert des erlaubten Wertebereichs gewählt; in die sem Fall ergibt sich gemäß der Fig. 2 im Meß-Zeitin tervall t₁ bei Vorgabe eines Druckwerts P₁ für den Druck P_KS an der Kopplungsstelle KS als Mittelwert des zulässigen Wertebereichs für den Reibbeiwert RBW des Anhängers A der Wert RBW₁; in den Meß-Zeitintervallen t₂ bzw. t₃ ergeben sich bei den vorgegebenen Druckwer ten P₂ bzw. P₃ die Reibbeiwerte RBW₂ bzw. RBW₃.

Zur Bestimmung der Masse m_Z des Zugfahrzeugs Z und der Masse m_A des Anhängers A werden in den Meß-Zeitinter vallen t_i während des Bremsvorgangs die Bremskraft F_Z des Zugfahrzeugs Z und die Bremskraft F_A des Anhängers sowie die Trägheitskraft F_T des Lastkraftwagens L er mittelt:

- Die beim Bremsvorgang wirksame Bremskraft F_Z des Zugfahrzeugs Z ist gegeben durch: F_Z = BKW·P_Z (1);BKW ist der Bremsenkennwert, P_Z das Bremsdruck niveau (der Mittelwert des effektiven Bremsdrucks an den Achsen) des Zugfahrzeugs Z.
- Die Bremskraft F_A des Anhängers A kann gemäß Fig. 2 aus dem Abbremsungsband für den Anhänger A be stimmt werden, das einen bestimmten Wertebereich für den Reibbeiwert RBW des Anhängers A festlegt: RBW = TR/PR ≡ F_A/PR (TR ist die Summe der Brems kräfte des Anhängers A, PR die Summe der stati schen Normalkräfte des Anhängers A). Hieraus er hält man für die Bremskraft F_A des Anhängers A: F_A = RBW·PR (2);unter Berücksichtigung der Relation PR = m_A·g (g = Erdbeschleunigung) ergibt sich somit:F_A = RBW·m_A·g (3).
- Die (Newton′sche) Trägheitskraft F_T des Lastkraft wagens beim Bremsvorgang läßt sich folgendermaßen ausdrücken: F_T = m_L·z (4);m_L ist die Gesamtmasse des Lastkraftwagens, z ist die Bremsverzögerung (die negative Beschleunigung) des Lastkraftwagens L.
Durch Ersetzen der Gesamtmasse m_L (m_L = m_Z + m_A) erhält man:F_T = (m_Z + m_A)·z (5).
- Durch Bildung des longitudinalen Kräftegleichge wichts F_Z + F_A = F_T erhält man aus den Gleichungen (1), (3) und (5): BKW·P_Z + RBW·m_A·g = (m_Z + m_A)·z (6).

In jedem Meß-Zeitintervall t_i wird das longitudinale Kräftegleichgewicht des Lastkraftwagens aus Bremskraft (F_Z + F_A) und Trägheitskraft F_T gemäß Gleichung (6) ge bildet (zusätzliche zur Bremswirkung beitragende Kräfte werden in erster Näherung nicht berücksichtigt); in diesen Gleichungen sind bei Kenntnis der Bremsenkenn werte BKW, der Reibbeiwerte RBW, des Bremsdruckniveaus P_Z und der Bremsverzögerung z jeweils als Unbekannte die Massen m_Z und m_A enthalten. Durch die 3 Zeitinter valle t₁ - t₃ (i = 3) werden 3 linear unabhängige Glei chungen definiert; durch Auswertung dieser Gleichungen können die beiden unbekannten Massen m_Z und m_A ermit telt werden.

Die Geschwindigkeitsabhängigkeit und/oder die Beschleu nigungsabhängigkeit des Bremsenkennwerts BKW kann durch einen entsprechenden Ansatz in den Gleichungen (6) be rücksichtigt werden, beispielsweise durch den Ansatz einer linearen Abhängigkeit des Bremsenkennwerts BKW.

Durch eine längerfristige Auswertung der Meßergebnisse (beispielsweise während mehrerer Fahrten) lassen sich Obergrenzen und Untergrenzen für die Gesamtmasse des Lastkraftwagens und für die Massen von Zugfahrzeug und Anhänger/Auflieger ermitteln, die der maximalen Zula dung bzw. einer Leerfahrt entsprechen. Diese Werte kön nen abgespeichert werden und für spätere Messungen als Skalierung dienen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Massen von Lastkraftwagen (L) mit Druckluft-Bremssystemen, wobei an die Kopplungsstelle (KS) einer Druckleitung (DL) des Zugfahrzeugs (Z) mindestens ein Anhänger oder Auflieger (A) ange koppelt ist, gekennzeichnet dadurch, daß während mindestens eines Brems vorgangs

- der Druck (P_KS) an der Kopplungsstelle (KS) erfaßt wird und das Brems druckniveau (P_Z) des Zugfahrzeugs (Z) bestimmt wird,
- die Verzögerung (z) des Lastkraftwagens (L) bestimmt wird,
- mindestens zwei Meß-Zeitintervalle (t_i) mit unterschiedlicher Vorgabe des Drucks (P_KS) an der Kopplungsstelle (KS) gebildet werden, und der sich aus dem jeweiligen Druck (P_KS) ergebende jeweilige zulässige Wertebereich für den Reibbeiwert (RBW) als Verhältnis von Brems druck zu Verzögerung des Anhängers (A) aus dem Abbremsungsband bestimmt wird,
- in den Meß-Zeitintervallen (t_i) für die während des Bremsvorgangs wirkenden Horizontalkräfte das Kräftegleichgewicht zwischen einer seits der Summe aus der durch das Produkt aus Bremsdruckniveau (P_Z) und Bremsenkennwert (BKW) gebildeten Bremskraft (F_Z) des Zug fahrzeugs (Z) und aus der sich aus einem innerhalb des zulässigen Wertebereichs vorgegebenen Wert für den Reibbeiwert (RBW) als Ver hältnis von Bremsdruck zu Verzögerung ergebenden Bremskraft (F_A) des Anhängers oder Aufliegers (A) und andererseits der Trägheitskraft (F_T) des Lastkraftwagens (L) aufgestellt wird,
- aus den Gleichungen für das Kräftegleichgewicht in den Meß-Zeitin tervallen (t_i) die Masse (m_Z) des Zugfahrzeugs (Z) und die Masse (m_A) des Anhängers oder Aufliegers (A) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhält nis von Bremsdruck zu Verzögerung als Reibbeiwert (RBW) der Mittelwert des zulässigen Wertebereichs vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- Zeitintervalle (t_i) innerhalb eines Bremsvorgangs oder aus verschiedenen, bezüglich vorbestimmter Parameter vergleichbaren Bremsvorgängen gebil det werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung (z) des Lastkraftwagens (L) aus der Radgeschwindigkeit mindestens eines Rades des Zugfahrzeugs (Z) durch Ableitung oder Differenzbildung bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radge schwindigkeit über Raddrehzahlsensoren oder Geschwindigkeitssensoren er mittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung (z) des Lastkraftwagens (L) durch Beschleunigungssen soren bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung (z) des Lastkraft wagens (L) durch direkte Über-Boden-Messung bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Massen (m_Z, m_A) von Zugfahrzeug (Z) und Anhänger/Auflieger (A) aus dem Kräftegleichgewicht durch eine Steuereinheit (SE) des Zugfahrzeugs (Z) vorgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsdruckniveau (P_Z) des Zug fahrzeugs (Z) aus dem Bremspedalweg bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsdruck (P_KS) an der Kopp lungsstelle (KS) über Drucksensoren (DS) erfaßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Brem senkennwerte (BKW) für das Bremsdruckniveau (P_Z) der effektive Bremsdruck berücksichtigt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Brem senkennwerte (BKW) deren Geschwindigkeitsabhängigkeit berücksichtigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Brem senkennwerte (BKW) deren Verzögerungsabhängigkeit be rücksichtigt wird.