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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Brems-Anordnung an einem schweren Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die Bremsen an schweren Fahrzeugen, beispielsweise Lastwagen, arbeiten unter Verwendung von Radbremsen, welche beispielsweise Trommelbremsen oder Scheibenbremsen sein können.
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Wenn die Bremsen über einen langen Zeitraum betätigt werden, wie etwa beim Herabfahren eines langen Hügels, besteht ein Risiko eines sogenannten Wärme-Nachlassens (”fading”), das heißt einer Reduktion der Bremswirkung, weil die Brems-Beläge stark erwärmt werden. Die Rad-Bremsen an schweren Fahrzeugen werden üblicherweise unter Verwendung von Druckluft betätigt, und dann, wenn die Rad-Bremsen während eines langen Brems-Zeitraums oft gelöst und betätigt werden, sind die Anforderungen an das Luftsystem streng. Es besteht ein Risiko, dass der Luft-Steuerdruck abfallen kann, was in einer Reduktion der Bremswirkung resultiert. Bei traditionellen Lastwagen verläuft die Luft von einem Reservoir zu den Bremskammern mit einem Druck, über welchen mittels der vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Kraft entschieden wird. Bei neueren Lastwagen-Modellen werden die Hauptbremsen mittels EBS, Elektronisches Brems-System, gesteuert, wobei der Druck auf das Bremspedal elektrisch abgefühlt wird.
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Mit dem Ziel, die oben genannten Risiken zu verringern, sind zusätzlich Hilfsbremsen entwickelt worden, welche unabhängig von den Rad-Bremsen betätigt werden. Die Hilfsbremsen können über lange Zeiträume betätigt werden, wodurch sie den Brems-Belägen an den Rad-Bremsen ermöglichen, für Notfall-Situationen oder starkes Bremsen kühl gehalten zu werden. Ferner können die Hilfsbremsen über lange Zeiträume ohne irgendein Überhitzen betätigt werden.
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Der Retarder ist eine Hilfsbremse von diesem Typ, insbesondere der Typ von Retarder, welcher ein Brems-Drehmoment unter Verwendung viskoser Reibung, beispielsweise unter Verwendung von Öl zwischen einem Stator und einem Rotor erzeugt. Der Retarder kann mit der Antriebs-Welle des schweren Fahrzeugs verbunden sein, und daher ein Brems-Drehmoment auf die Welle applizieren, welches auf die angetriebenen Räder des schweren Fahrzeugs übertragen wird. Die Bremsleistung des Retarders erhöht sich, wenn sich die Geschwindigkeit der Antriebs-Welle erhöht, und die Zeit, bevor der Retarder beginnt, das Brems-Drehmoment auszuüben, hängt von vorherigen Betätigungen des Retarders ab. Bevor der Retarder anfängt, ein ausgegebenes Brems-Drehmoment zu erzeugen, muss der Zwischenraum zwischen dem Stator und dem Rotor mit Öl gefüllt sein. Der Retarder kann eine Pumpe und ein Ölreservoir enthalten. Je niedriger die Geschwindigkeit der Antriebs-Welle des schweren Fahrzeugs ist, desto länger braucht es, den Zwischenraum zwischen dem Stator und Rotor zu füllen. Oft wird ein mit dem Ölreservoir verbundener Öl-Akkumulator verwendet, um diesen Vorgang zu beschleunigen. Ein Problem mit dem Retarder ist, dass der Fahrer die lange und variierende Zeit vor Aktivieren der Verzögerungs-Vorrichtung als unbequem empfindet.
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Ein anderes Beispiel einer Hilfsbremse ist die Abgas-Bremse, welche im Abgasrohr montiert ist, und daher mit dem Motor des schweren Fahrzeugs verbunden ist. Die Abgas-Bremse enthält eine Art von Ventil-Vorrichtung, welche derart eingerichtet sein kann, dass sie mittels eines pneumatischen Zylinders betrieben wird. Die Funktion der Abgas-Bremse ist, die natürliche Bremswirkung des Motors zu erhöhen. Das von der Abgas-Bremse erzeugte Brems-Drehmoment hängt vom Motor-Typ und dem derzeitigen Gang des Fahrzeugs ab. Die Abgas-Bremse ist in den niedrigeren Gängen wirksam.
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Eine andere Hilfsbremse, welche die natürliche Bremswirkung des Motors erhöht, ist die Kompressions-Bremse, oft als ”Jake-Bremse” bezeichnet.
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Wie vorher erwähnt, wirken die oben angegebenen Bremsen, das heißt die Rad-Bremsen und die Hilfsbremsen, unabhängig voneinander. Diese Bremsen können über separate Steuerungen verfügen. Allerdings werden an manchen Lastwagen die Rad-Bremsen und der Retarder unter Verwendung des gleichen Pedals aktiviert. Wenn der Fahrer das Bremspedal nieder drückt, wird zuerst der Retarder aktiviert, wodurch ein kleines Nachlassen der Pedalbewegung auftritt. Anschließend werden die Rad-Bremsen aktiviert. Allerdings ist diese Lösung nicht zufriedenstellend, da eine lange Zeit benötigt wird, um den Retarder zu aktivieren, und weil diese Zeit variieren kann. Es kann eine Zeitverzögerung von mehreren Sekunden auftreten, bevor der Retarder ein ausgegebenes Brems-Drehmoment erzeugt. Der Fahrer kann diese Ansprech-Verzögerung als nicht-zufriedenstellend erfahren, und als ein Ergebnis kann der Fahrer das Bremspedal noch stärker niederdrücken, was zu einer unnötig großen Bremswirkung, einem sogenannten Über-Bremsen, führen kann.
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DE 196 42 344 A1 beschreibt ein Verfahren und System zum Einstellen von Betätigungs-Zuständen von Retarder-Brems-Stadien, welche ein Setzen vorbestimmter Zustände gemäß Signalen involviert, welche Betätigungen von Beschleuniger-Pedal und Bremspedal anzeigen. Hier werden analoge Signale von einer Tachometerwelle für eine Steuereinheit digitalisiert, welche auf Sensoren für Beschleunigerpedalposition und Bremspedalkompression antwortet, und für einen Regler der Ausgabe zu einem Proportional-Ventil, welches das Brems-Drehmoment an der Retarder-Brems-Einheit einstellt, um (eine) konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Der von der gemessenen Geschwindigkeit abgeleitete Einstellpunkt wird neu gesetzt, wann immer Druck entweder vom Beschleuniger-Pedal oder vom Bremspedal entfernt wird.
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Die Hauptaufgaben von
DE 196 42 344 A1 ist, eine Retarder-Steuerung für ein Retarder-Bremsen bereitzustellen, welche für vordefinierte Betriebszustände optimiert ist, welche vom Zustand/Grad der Betätigung von Beschleuniger- und/oder Brems-Pedal abhängen.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform beschreibt D1 allerdings, dass (ein) Aktivieren des Retarders auf Brems-Anforderung hin verzögert werden soll, bis mit Hilfe von Reibungs-Bremsen, welche beispielsweise bis zu 2–10% ihrer maximalen Brems-Drehmoment-Kapazität aktiviert sind, ein bestimmtes Brems-Drehmoment an allen Achsen der Kombination aus Zugmaschine und Anhänger erreicht ist. Der Zweck dieser Prozedur ist, ein seitliches Ausbrechen (”jack-knifing”) des Anhängers aufgrund von ”Über-Bremsen” zu verhindern, wenn der Retarder nur auf die Zugmaschinen-Hinterachse einwirkt.
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Hierbei wird die Zeit, bevor das volle Brems-Drehmoment des Retarders verfügbar ist, weiter zeitlich verzögert, wenn Aktivieren des Retarders nach einem vorangegangenen Bremsen mit Haupt-Bremsen begonnen wird.
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Der nächstkommende Stand der Technik, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart, ist
DE 196 04 391 A1 .
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung ist, das oben genannte Problem zu beseitigen. Insbesondere zielt die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Brems-System ab, welche zu einem schnellen Brems-Ansprechen beitragen, wenn der Fahrer eine Bremswirkung fordert. Ferner zielt die Erfindung auf eine Vorrichtung und eine Bremswirkung ab, welche zu einer Reduktion von Bremsbelag-Abnutzung an den Rad-Bremsen beitragen.
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Diese Aufgabe wird mit der in der Einleitung beschriebenen Vorrichtung erreicht, welche durch die im Patentanspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist. Die Vorrichtung ist daher dazu eingerichtet, mit der Brems-Steuerung zu kommunizieren. Wenn ein Fahrer eine Brems-Steuerung aktiviert, beispielsweise durch Drücken eines Bremspedals, wird ein Signal zur genannten Steuereinheit an der Vorrichtung übertragen, welche einen Computer enthalten kann, und die Steuereinheit initiiert ein Aktivieren der Hauptbremse, das heißt der Rad-Bremsen, und der Hilfsbremse, welche in bevorzugter Weise der Retarder ist, und daher wird die Bremswirkung zwischen der Hauptbremse und der Hilfsbremse verteilt. Das genannte Verteilen stellt ein schnell ausgegebenes Brems-Drehmoment bereit, welches das Fahrzeug verzögert, was der Fahrer als zufriedenstellend empfindet.
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Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass sie während eines Anfangs-Zeitraums des genannten Aktivierens im Wesentlichen die gesamte Bremswirkung den oben genannten Bremsvorrichtungen an der Hauptbremse zuteilt. Die oben genannten Bremsvorrichtungen, welche jeweils derart eingerichtet sind, dass sie auf ein Rad des Fahrzeugs einwirken, können Scheibenbremsen oder Trommelbremsen umfassen. Da die Bremsvorrichtungen schnell ein ausgegebenes Brems-Drehmoment erzeugen, wird diesen daher die größte Bremswirkung zu Beginn des Abbremsens des Fahrzeugs zugeteilt.
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Gemäß der Erfindung ist die Steuer-Vorrichtung derart eingerichtet, dass das Verwenden der Brems-Vorrichtung der genannten Hauptbremse nach dem Anfangs-Zeitraum minimal ist. Die Steuereinheit ist daher dazu eingerichtet, die größte Bremswirkung den genannten Hauptbremsen zuzuteilen, während die genannte Hilfsbremse betätigt wird, und anschließend die Zuteilung der Bremswirkung zu den Hauptbremsen zu reduzieren. Nach dem genannten Anfangs-Zeitraum hat die Steuereinheit die Möglichkeit, die gesamte Bremswirkung der Hilfsbremse zuzuteilen, und die Hauptbremsen sind dann inaktiv. Auf diese Weise kann die Temperatur der Rad-Bremsbeläge niedrig gehalten werden, und die Rad-Bremsen sind daher für Notfall-Situationen oder Anforderungen starken Bremsens vorbereitet.
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Gemäß der Erfindung ist die Steuer-Vorrichtung derart eingerichtet, dass die Summe der Bremswirkung von der Hauptbremse und der Bremswirkung von der Hilfsbremse im Wesentlichen einem Referenzwert entsprechen. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung erreicht, welche die Bremswirkung von der Hauptbremse und zumindest der Hilfsbremse einem Referenzwert folgen lässt, das heißt einem gewünschten Bremswirkungs-Signal folgen lässt. Die Steuereinheit enthält daher die Ausrüstung und die Algorithmen, welche benötigt werden, damit die Bremswirkung einem gewünschten Bremswirkungs-Signal folgt. Mit dem Ziel, die gewünschte Bremswirkung schnell zu erreichen, ist die Steuereinheit, wie oben beschrieben, derart eingerichtet, dass sie die größte Bremswirkung während des Anfangs-Zeitraums des Aktivierens der Hauptbremse zuteilt. Während sich die ausgegebene Bremswirkung der Hilfsbremse erhöht, nimmt die Bremswirkung der Hauptbremse ab. Nach einer bestimmten Zeit, und in Abhängigkeit vom Referenzwert, kann die Hilfsbremse die gesamte Bremswirkung selber übernehmen. Auf diese Weise können die Brems-Beläge an der Hauptbremse für Notfall-Situationen, oder für Fälle, wenn starkes Bremsen notwendig ist, kühl gehalten werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Brems-Steuerung dazu eingerichtet, den genannten Referenzwert zu definieren. Die Steuereinheit der Vorrichtung ist daher dazu eingerichtet, mit der Brems-Steuerung zu kommunizieren, um den Referenzwert, d. h. das gewünschte Bremswirkungs-Signal, zu erreichen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im betätigten Zustand die oben genannte Brems-Steuerung gegen die Einwirkung einer flexiblen Kraft bewegbar, welche im Wesentlichen proportional zum genannten Referenzwert ist. Die Vorrichtung kann daher Mittel zum Erfassen der genannten Kraft enthalten. Dieses Erfassen kann als kontinuierlich implementiert sein.
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Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Erfassen der Verzögerung des Fahrzeugs, und die Verzögerung ist derart eingerichtet, dass sie eine Rückkopplung zu der genannten Steuereinheit bereitstellt, und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Verzögerung des Fahrzeugs mit dem genannten Referenzwert zu vergleichen. Der Brems-Prozess, das heißt das Verteilen/Zuteilen der Bremswirkung, wird daher in einer geschlossenen Schleife gerregelt, wobei der Referenzwert das Steuersignal ist und das Rückkopplungs-Signal der gemessene Wert ist. Gemäß der Erfindung ist das Erfassungs-Mittel dazu eingerichtet, Fahrzeug-Geschwindigkeits-Veränderungen zu messen, und der Referenzwert ist zur gewünschten Verzögerung des Fahrzeugs äquivalent. Es sei angemerkt, dass die Verzögerung des Fahrzeugs mittels der ABS-Sensoren des Fahrzeugs erfasst werden kann. Es sei ebenfalls angemerkt, dass die Erfassungs-Mittel dazu eingerichtet sein können, das gesamte ausgegebene Brems-Drehmoment, das heißt das Brems-Drehmoment von der genannten Hauptbremse und das Brems-Drehmoment von zumindest der genannten Hilfsbremse, zu erfassen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das rückgekoppelte Brems-Drehmoment mit dem gewünschten ausgegebenen Brems-Drehmoment zu vergleichen. Es ist auch möglich, das Erfassungs-Mittel derart einzurichten, dass es die Fahrzeug-Geschwindigkeit erfasst, wobei unter der Annahme, dass die Masse des Fahrzeugs bekannt ist, das Gesamt-Brems-Drehmoment unter Verwendung der Steuereinheit berechnet werden kann, und wonach die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das berechnete Brems-Drehmoment mit dem gewünschten ausgegebenen Brems-Drehmoment zu vergleichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Fahrzeug eine weitere Hilfsbremse, und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Bremswirkung zwischen der genannten Hauptbremse, der genannten Hilfsbremse und der genannten weiteren Hilfsbremse zu verteilen. Die genannte weitere Hilfsbremse kann beispielsweise in Form einer Abgas-Bremse und einer Kompressions-Bremse vorliegen. Nach einer bestimmten Zeit und in Abhängigkeit von der gewünschten Bremswirkung kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Bremswirkung nur der genannten Hilfsbremse zuzuteilen, welche ein Retarder und die genannte weitere Hilfsbremse, beispielsweise entweder eine Abgas-Bremse oder eine Kompressions-Bremse, umfasst, und die Brems-Beläge der Rad-Bremsen können daher für Notfall-Situationen, oder für Fälle, wenn starkes Bremsen notwendig ist, kühl gehalten werden. Wenn die gewünschte Bremswirkung abfällt, kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die größte Bremswirkung der Abgas-Bremse zuzuteilen.
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Es gibt weitere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung in der folgenden Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und anderen abhängigen Patentansprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend mittels Beispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 schematisch zeigt, wie die Hauptbremse und Hilfsbremsen in einem schweren Fahrzeug, wie einem Lastwagen, angeordnet sind
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2 schematisch ein Bremssystem gemäß der Erfindung zeigt,
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3 schematisch den Bremsprozess in 2 in Form eines Graph-Diagramms zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 zeigt schematisch die Position der verfügbaren Bremsen an einem schweren Fahrzeug, wie einem Lastwagen. Das Fahrzeug enthält eine Hauptbremse, welche Brems-Vorrichtungen 1a–f beinhaltet, welche derart eingerichtet sind, dass sie auf die Fahrzeug-Räder 2a–f einwirken. Die Bremsvorrichtungen 1a–f können pneumatische Scheibenbremsen aufweisen, und in diesem Fall umfasst die Hauptbremse die Ausrüstung, welche benötigt wird, um die Brems-/Beläge der betreffenden Scheibenbremsen gegen die Scheiben zu drücken, welche mit den betreffenden Rädern 2a–f rotieren. Das Fahrzeug weist eine Hilfsbremse in Form eines Retarders 3 auf, welcher ein ausgegebenes Brems-Drehmoment unter Verwendung viskoser Reibung erzeugt. Der Retarder 3 kann von dem in der einleitenden Beschreibung beschriebenen Typ sein. Der Retarder 3 ist dann/daher mit der Antriebs-Welle 4 und mit dem Fahrzeug-Getriebe 5 verbunden, und bremst nur die angetriebenen Räder 2c–d. Das Fahrzeug enthält auch eine weitere Hilfsbremse in Form einer Abgas-Bremse 6. Die Abgas-Bremse 6 kann von dem in der einleitenden Beschreibung beschriebenen Typ sein. Die Abgas-Bremse 6 ist mit dem Fahrzeug-Motor 7 verbunden.
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2 zeigt ein Bremssystem 8 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an einem schweren Fahrzeug, wie einem Lastwagen. Das Bremssystem umfasst eine Steuereinheit 9, die Hauptbremse und ihre Bremsvorrichtungen 1a–f (nur eine Brems-Vorrichtung 1a ist in 2 gezeigt), den Retarder 3 und eine Brems-Steuerung 10, mittels welcher beide Bremsen aktiviert werden. Es sei angemerkt, dass das Bremssystem 8 auch die Abgas-Bremse 6 enthalten könnte. Das Bremssystem 8 umfasst ferner das erste Erfassungs-Mittel 11 und das zweite Erfassungs-Mittel 12. Die Weise, in der die verschiedenen Teile des Bremssystems 8 in 2 zusammenwirken, ist unten detaillierter beschrieben. Es sei angemerkt, dass das Bremssystem 8 gemäß der Erfindung auch auf andere Typen schwerer Fahrzeuge, wie beispielsweise andere Typen von Last-tragenden Fahrzeugen, Bussen und ähnlichen kommerziellen Fahrzeugen, anwendbar ist.
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Die Brems-Steuerung 10 kann ein Bremspedal (nicht gezeigt) aufweisen, welches von dem Fahrerfuß gegen die Wirkung einer flexiblen Kraft bewegt werden kann. Die flexible Kraft ist zur Bremswirkung, welche der Fahrer erreichen möchte, proportional. Daher definiert die Brems-Steuerung 10 die gewünschte Bremswirkung, einen sogenannten Referenzwert. Der Sensor 11 ist dazu eingerichtet, die genannte flexible Kraft zu erfassen, und ein Signal, welches zur gewünschten Bremswirkung korrespondiert, zur Steuereinheit 9 zu übertragen, wo der Referenzwert berechnet wird. Die Steuereinheit 9 weist einen Computer auf, und wenn sie ein Signal empfängt, ist die Steuereinheit 9 dazu eingerichtet, eine Aktivierung der Hauptbremsen 1a–f und des Retarders 3 zu initiieren, und verteilt die Bremswirkung zwischen den Hauptbremsen mit ihren Bremsvorrichtungen 1a–f und dem Retarder 3. Da es eine bestimmte Zeit braucht, bevor der Retarder 3 ein ausgegebenes Brems-Drehmoment, das heißt eine Bremswirkung, erzeugt, ist die Steuereinheit 9 dazu eingerichtet, während eines Anfangs-Zeitraums der Betätigung im Wesentlichen die gesamte Bremswirkung der Hauptbremse und ihren Bremsvorrichtungen 1a–f zuzuteilen. Ferner ist die Steuereinheit 8 dazu eingerichtet, die Verwendung der Hauptbremse mit ihren Bremsvorrichtungen 1a–f nach dem Anfangs-Zeitraum zu minimieren, mit dem Ziel, ein sogenanntes Wärme-Nachlassen (”fading”), das heißt ein Reduzieren der Bremswirkung zu verhindern, welches dann auftritt, wenn die Brems-Beläge stark erwärmt werden und die Brems-Beläge kühl zu halten, so dass die Bremsvorrichtungen für starkes Abbremsen des Fahrzeugs, oder Panik-Abbremsen, bereit sind. Der Brems-Vorgang wird durch eine Rückkopplung gesteuert, und die Steuereinheit 9 ist dazu eingerichtet, die Verzögerung des Fahrzeugs mit der gewünschten Verzögerung, das heißt dem Referenzwert, zu vergleichen. Der Sensor 12 kann dazu derart eingerichtet sein, dass er die Verzögerung des Fahrzeugs erfasst, und ein Signal zur Steuereinheit 9 überträgt, welches äquivalent zur Verzögerung ist. Die Steuereinheit 9 teilt die Bremswirkung der Hauptbremse und ihren Bremsvorrichtungen 1a–f zu, bis der Retarder 3 die gewünschte Bremswirkung ihrerseits erzeugt, das heißt die Bremswirkung des Retarders 3 korrespondiert im Wesentlichen zum Referenzwert.
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In 3 ist der Bremsprozess in einem Graphen-Diagramm gezeigt. Die Horizontal-Achse bezeichnet die Zeit, und die Vertikal-Achse bezeichnet die Bremswirkung. Die Kurve 13 korrespondiert zu der gewünschten Bremswirkung, das heißt dem Referenzwert, die Kurve 14 korrespondiert zu der Bremswirkung der Bremsvorrichtungen 1a–f, die Kurve 15 korrespondiert zu der Bremswirkung des Retarders 3, und die Kurve 16 korrespondiert zu der Gesamt-Bremswirkung.
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Wie die Graphen zeigen, ist die Steuereinheit 9 der Anordnung derart eingerichtet, dass die vom Fahrer angeforderte Bremswirkung in der kürzesten möglichen Zeit und in einer solchen Weise erreicht wird, dass die Verwendung der Bremsvorrichtungen 1a–f der Hauptbremse nach dem Anfangs-Zeitraum minimiert wird. Anfänglich sind nur die Hauptbremse und ihre Bremsvorrichtungen 1a–f für die ausgegebene Bremswirkung verantwortlich. Aber während die ausgegebene Bremswirkung des Retarders 3 erhöht wird (Kurve 15), wird die Bremswirkung der Hauptbremse reduziert (Kurve 14). Nach einer bestimmten Zeit ist die Hauptbremse inaktiv, und der Retarder 3 alleine liefert die vom Fahrer angeforderte Bremswirkung.
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Die Erfindung ist in keiner Weise auf die in den Beispielen beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann innerhalb des Gültigkeitsbereiches der folgenden Patentansprüche frei modifiziert werden.
