VERBESSERTES BREMSEN IN ELEKTRONISCHEN BREMSSYSTEMEN
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung
der Leistungsfähigkeit des Bremsens bei Fahrzeugen, die
außer mit radmontierten Hauptbremsen auch mit einem
Antriebswellen- oder Motorretarder sowie mit einem
elektronischen Bremssystem ausgestattet sind, das zuweilen
auch als "Brake-by-Wire"-System bezeichnet wird.
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Fahrzeuge werden im allgemeinen mit Retardern
ausgestattet, damit sie die Vorteile einer Form von
dynamischem Ergänzungsbremsmittel haben, das bei
Dauerbremsung stark, wenn auch von begrenzter Kapazität ist
und eine Wirksamkeit hat, die bei geringen
Geschwindigkeiten abnimmt. Der Einsatz solcher Retarder
bringt eine geringere Abnutzung des Belags der
Haupt(Friktions-) Bremse mit sich, insbesondere bei niedrigem
Bremsbedarf. Retarder werden konventionell separat von den
Hauptbremsen gesteuert, sie werden gewöhnlich vom Fahrer
manuell bedient.
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Aus der GB-A-2080458 ist ein elektronisches
Bremssystem bekannt, bei dem die Hauptbremsen und der
Antriebswellen- oder Motorretarder in Reaktion auf das
Bremsbedarfssignal gesteuert werden. In dem System gemäß
der GB-A-2080458 empfängt der Retarder das volle
Bremsbedarfssignal und wird in einem offenen Steuerkreis
betätigt, während die Friktions-Hauptbremsen in einem
geschlossenen Regelkreis betätigt werden und das
Verlangsamungsfehlersignal empfangen. Ein Problem beim
Betrieb eines solchen Systems, bei dem der Retarder den
vollen Bremsbedarf erhält und ein Beschleunigungssystem mit
geschlossenem Regelkreis eingesetzt wird, besteht darin,
daß aufgrund von Systemverzögerungen und einer inhärent
langsamen Reaktion bei der Druckluftbremsbetätigung eine
Systeminstabilität verursacht werden kann, insbesondere
dann, wenn Verschleiß, Korrosion und schlechte Wartung
einen Anstieg der Hysterese verursachen. Ein weiteres
Problem mit dem System gemäß der GB-A-2080458 entsteht beim
Schließen des Kreises mit Verlangsamungssignalen, die
inhärent geräuschvoll sind, da sie von einem
Differenzierungsprozeß auf Signalen stammen, die
beträchtlichen Lastrauschstörungen unterliegen. Der Grund
hierfür ist, daß die zum Entfernen des generierten
Geräusches erforderliche Filtrierung zu einem langsamen
Verlangsamungssignal führt, das nicht ausreicht, um rasche
Änderungen des Bremsbedarfs zu bewältigen, die von
Straßenfahrzeugen unter kritischen Umständen verlangt
werden.
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Aus der EP-A-0469280 ist die vorrangige Ansteuerung
eines Fahrzeugretarders bekannt, um Verschleiß- und
Temperaturauswirkungen der Friktionsbremsen zu reduzieren.
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Das Niveau der Ansteuerung wird anhand eines in einem
Regler gespeicherten Regulieralgorithmus beurteilt, über
den keine Einzelheiten angegeben sind. Der in das Fahrzeug
eingebaute Retarder erhält den Vorzug gegenüber dem
Fahrerbremsbedarf, und bei einer starken Verlangsamung
können ein oder mehrere Friktionsbremsen zugeschaltet
werden. Es wird jedoch nichts darüber offenbart, wie diese
Regelung erzielt werden soll.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Regelsystem bereitzustellen, mit dem die Hauptbremsen und
der Antriebswellen- oder Motorretarder auf eine verbesserte
koordinierte Weise mit Hilfe eines von einem einzelnen
Bremsfußpedal generierten elektrischen Bremsbedarfssignals
betätigt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
elektronisches Bremssystem für ein Fahrzeug mit
Hauptbremsen und Fahrzeugretarder bereitgestellt, wobei ein
elektrisches Bremsbedarfssignal von einem einzelnen
Bremspedal generiert wird und wobei der Retarder in einem
geschlossenen Regelkreis mit Rückmeldung des gemessenen
Retardermoments arbeitet, variabel oder in kleinen Stufen,
während die Pedalstellung von Null, oder Ruhezustand, bis
zu einem Punkt innerhalb seines Bewegungsbereiches
verändert wird, der so berechnet wird, daß sich im
wesentlichen die maximale Retarderleistung auf der Basis
der Gesamtmasse des Fahrzeugs ergibt, so daß für einen
Vollastzustand dieser Teilbereichspunkt bei einer geringen
Pedalablenkung auftritt, und für einen unbeladenen Zustand,
bei dem ein bestimmter Retarder eine höhere Verlangsamung
erzeugt, dieser Punkt bei einer höheren Pedalablenkung
liegt, wobei in beiden Fällen das Drücken des Pedals über
den errechneten Teilbereichspunkt hinaus den Beginn einer
Hauptbremsung in einem offenen Steuerkreis ohne
Verlangsamungsrückmeldung bewirkt, um das Retardermoment zu
ergänzen.
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Eine Hauptbremsung wird vorzugsweise nur an der
Vorderachse eingeleitet und mit fortschreitender
Pedalbewegung bis zu einem Punkt verstärkt, an dem die
Retarderbremsarbeit an der Vorderachse der
Retarderbremsarbeit an der Hinterachse entspricht, wobei
eine Korrektur für das Achsengewichtsverhältnis vorgenommen
wird, so daß die Haftungsausnutzung zwischen den Achsen
gleich ist.
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Das Retardermoment bewerkstelligt vorzugsweise alleine
die Bremsarbeit auf niedrigem Niveau und wird durch eine
einachsige Hauptbremsung auf ein steigendes Niveau ergänzt,
wenn die Retarderleistung bei abnehmender Geschwindigkeit
sinkt, um eine Fahrzeugverlangsamung bei konstantem
Bremspedaleingang aufrechtzuerhalten.
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Der Retarderregler erhöht vorteilhafterweise den
Retarderantrieb, um ein konstantes entwickeltes
Retardermoment zu halten, bis der Retarder Maximalantrieb
erreicht, so daß ein weiterer Abfall der Retarderwirkung
von einer zunehmenden Anzugskraft der Hauptbremsen
begleitet wird, um die wirksamen Bremskräfte bis zum
praktischen Stillstand zu erhalten.
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Bei der ersten Erfassung eines Blockierungszustands an
einer Achse, vorzugsweise der Antriebsachse, wird der
Retarder abgeschaltet und eine gleichwertige Bremsarbeit
als Friktionsbremsersatz ohne Änderung der
Bremspedalposition auf alle Fahrzeugachsen angewandt, wobei
die Ersatzkomponente, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des
Blockierens eine Hauptbremsung erfolgte, zu den
existierenden Bremsdrücken hinzuaddiert wird.
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In einer Ausgestaltung, bei der das mit einem Retarder
ausgestattete Zugfahrzeug einen Anhänger zieht, wird bei
allen über dem Drosselbremsbereich liegenden Bedarfsniveaus
die Anhängerbremsung aktiviert, sobald eine wesentliche
Anwendung des Retarders erfolgt.
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Wenn ein unbeladenes Zugfahrzeug einen beladenen
Anhänger zieht, dann kann dieser Zustand von dem
Systemregler erkannt werden, der den Nur-Retarder-Zustand
zugunsten einer Bremsung auf allen Achsen und am Anhänger
im Einklang miteinander deaktiviert, auch wenn die
Antriebsachsen-Bremsarbeit durch den Retarder
möglicherweise weiterhin geleistet wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend, jedoch nur
beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
ausführlicher beschrieben. Dabei zeigt:
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Fig. 1 eine diagrammatische Darstellung eines
typischen elektronisch geregelten Bremssystems (EBS), auf
das die vorliegende Erfindung angewendet wurde;
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Fig. 2a - 2c die Pedal- und Bedarfssignale, die es für
den Retarder und die Hauptbremsen erzeugt;
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Fig. 3 einen äquivalenten Eingangskreis für das vom
Pedal erzeugte Bremsbedarfssignal;
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Fig. 4 die Bremsverteilung zwischen den Vorder- und
den Hinterbremsen mit erhöhtem Bremsbedarf;
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Fig. 5a, 5b und 5c ein Ablaufdiagramm, das eine
mögliche Betriebsart des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung illustriert; und
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Fig. 6 ein schematisches Diagramm, das den Betrieb
eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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Es ist eine Erwartung eines Brake-by-Wire-Systems, daß
die Bremspedalposition während des normalen Betriebs trotz
aller Änderungen der Zustände von Geschwindigkeit,
Belastung und Neigung am Fahrzeug eine voreingestellte
Beziehung zur Fahrzeugverlangsamung hat. Diese sollte
erhalten bleiben, wenn beide Bremssysteme von dem einzigen
Bremspedal signalisiert werden. Da es auch ein Ziel eines
integrierten Bremsens sein muß, den Retarder so häufig wie
möglich zu benutzen, um den Bremsbelagverschleiß zu
reduzieren, werden beide Ziele nur dann erreicht, wenn die
Pedalbewegung zunächst dem Retarder als Bremsquelle
zugewiesen wird. Der Bereich des "Nur-Retarder"-Bremsens
ist im Hinblick auf den Pedalweg veränderlich, weil die
Retarderleistung begrenzt ist und die von ihm produzierbare
Fahrzeugverlangsamung von den Fahrzeugbedingungen wie
Belastung und Neigung sowie von der Fahrzeuggeschwindigkeit
abhängt. So ist für ein beladenes Fahrzeug der Pedalbereich
klein, und auch das elektrische Signal von dem Pedal ist
klein und muß daher verstärkt werden, damit es die höheren
Retarder-Antriebssignale generiert, während im unbeladenen
Fall die Pedalbewegung im Retarderbereich größer ist, da
der Retarder eine stärkere Fahrzeugverlangsamung erzeugen
kann. Daher ist das Pedalsignal größer, so daß nicht soviel
verstärkung benötigt wird. Die benötigte Verstärkung wird
durch Multiplizieren der Pedalbedarfssignale mit dem
Achsengesamtgewicht erhalten, um den nötigen Retarderbedarf
zu ermitteln. Durch das begrenzte Retarder-Ausgangsmoment
wird die maximale Retardierung verringert, die im beladenen
Fall erzeugt werden kann, wenn die Aktivierung der
Hauptbremse an einem früheren Punkt des Bremspedalwegs
erforderlich ist.
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Fig. 2 zeigt den Bereich der Retarderregelung im
beladenen und im unbeladenen Fall, und der Bereich wird
errechnet aus dem maximalen Retardierungsniveau, das der
Retarder erzeugt, und zwar wie folgt:
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Retardierung "g" max = KR x Moment/Fahrzeugmasse
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KR = Faktor Moment zu Bremsaufwand
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kp Verlangsamung/Ausmaßbedarfsfaktor
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max = 'g' max/kp = KR x Momentleistung/kp x Fahrzeugmasse
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Fig. 3 zeigt ein Mittel für die Benutzung des
Pedalsignals, das in dem Retarderbewegungsbereich erzeugt
wird, um ein Eingangssignal für das Retarder-Subsystem zu
generieren. Das Pedalsignal D wird mit dem Gesamtgewicht W
multipliziert, das aus der Summe der Achsenlastsignale
ermittelt wird, und dies wird dann skaliert, um das
Retarder-Antriebssignal zu erzeugen, das die Generierung
eines proportionalen Moments in der Antriebsachsen-
Hauptwelle bewirkt.
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Der Prozeß bewirkt, daß das Retardermoment über einen
kurzen Pedalweg im beladenen Zustand und über einen etwas
längeren Weg im unbeladenen Zustand auf ein Maximum
ansteigt und das Verhältnis zwischen Pedalweg und
Fahrzeugverlangsamung beibehält. Bei einem idealen
Retarder-Subsystem ist der lokale Retarder-Regelkreis so
eingerichtet, daß ein Momentausgang erzeugt wird, der
proportional zum Antriebssignalbedarf von dem EBS-Regler
ist, und wenn der Momentausgang aufgrund sinkender
Geschwindigkeit oder steigender Temperatur abfällt, dann
erhöht dieser lokale Regler den Retarderantrieb, um das
Moment aufrechtzuerhalten. Natürlich erreicht der Retarder
an irgendeinem Punkt seine maximale Ausgangsleistung, und
ein weiterer Antrieb ist entweder unmöglich oder unwirksam
und es wird ein Signal an den EBS-Regler gesendet, um
anzuzeigen, daß das höchstmögliche Moment erreicht ist.
Dies ist ein wichtiges Signal, weil es angibt, daß jeder
weitere Bremsbedarf mit den Hauptbremsen gedeckt werden
muß. Es zeigt auch an, daß ein weiteres Absinken der
Geschwindigkeit bewirkt, daß das Retardermoment nicht mehr
ausreicht, um die erzielte Verlangsamungsrate
aufrechtzuerhalten, sondern daß dazu die Hauptbremse
aktiviert werden muß.
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Im Zustand eines zunehmenden Bedarfs, bei dem die
Hauptbremse hinzukommen muß, aktiviert der integrierte
Regler diese Bremsung zunächst auf der Vorderachse, um die
Bremsung unter Berücksichtigung der zum jeweiligen
Zeitpunkt vorherrschenden Achslastzustände und des auf die
Antriebsachse wirkenden maximalen Retardermoments korrekter
zu verteilen. Das Bremsen auf der Vorderachse wird bis zu
einem Niveau erhöht, das so berechnet wird, daß es gleich
der Bremsarbeit an der Hinterachse ist, die von dem
Retarder generiert wird, unter Berücksichtigung von
Achslastdifferenzen. Dies wird anhand von
Retardermomentwerten errechnet, indem ein äquivalenter
Hauptbremsdruck an den Hinterachsenbremsen ermittelt wird,
der dieselbe Bremsarbeit erzeugen würde,
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d.h. das Retardermoment TR erzeugt die Bremskraft KRTR an
der Hinterachse, und die Hinterachsenbremsen erzeugen die
Bremskraft FRB = KBr.PBR
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d.h. ein proportional angewendeter äquivalenter Bremsdruck
PBre ergibt sich durch:
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PBre = KRTR/KBr
Maximaler Bremsdruck nur an der Vorderachse von
PBfm = KRTR.WF/KBf.Wr
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(dies ist der äquivalente hintere Bremsdruck, der für den
relativen Achslasten- und Vorderbremsenf aktor eingestellt
wird> .
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Wobei: KBf = Vorderachsenbremsenkonstante
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KBr = Hinterachsenbremsenkonstante
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Wf = Vorderachsenlast
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Wr = Hinterachsenlast
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Der steigende Bremsbedarf bewirkt ein Aktivierung der
Hauptbremse nur auf die Vorderachse bis zu dem errechneten
Wert von PBF max, danach bewirkt eine weitere
Bedarf serhöhung einen Druckanstieg auf allen Rädern. Somit
ist an einem bestimmten, sich dem Höchstbedarf nähernden
Punkt die Vorderachse auf Maximaldruck, so daß der
steigende Bedarf einen weiteren Druckanstieg nur an der
Hinterachse bewirkt, obwohl dadurch notwendigerweise die
Gefahr des Blockierens an der Hinterachse erhöht wird.
Bei teilweisen Hauptbremsenniveaus bewirkt eine
Geschwindigkeitsreduzierung oder ein Temperaturanstieg ein
Absinken des Retarder-Ausgangsmoments, obwohl der Antrieb
auf dem Maximum gehalten wird. Der hintere
Hauptbremsendruck wird an diesem Punkt um PBre als
Korrekturversatz für das Retardermoment reduziert. Diese
Retardermomentreduzierung wird begleitet von einem
entsprechenden Absinken des Korrekturversatzes, d.h. einem
Anstieg der Hauptbremsung an der Hinterachse, wodurch das
sinkende Retardermoment bei niedrigen Geschwindigkeiten
ausgeglichen wird. Dieses Prinzip wird auf Anwendungen
erweitert, bei denen eine Bremsung bei niedrigerem Bedarf
eine Nur-Retarder-Bremsung bewirkt. Der Retarderantrieb
wird bei niedrigeren Geschwindigkeiten mit sinkender
Leistung verringert, um das Retardermoment zu erhalten. Bei
Maximalantrieb würde ein weiteres Absinken der
Geschwindigkeit jedoch eine Reduktion der
Fahrzeugverlangsamung verursachen, aber dem wird dadurch
entgegengewirkt, daß ein sinkender Retarderausgang durch
eine Intensivierung der Hauptbremsenaktivierung auf einer
Achse ergänzt wird. Dies wird folgendermaßen erzielt:
Sobald der Retarder arbeitet und Moment erzeugt, wird ein
äquivalenter Druck errechnet, bei dem die hinteren
(vorzugsweise, aber nicht unbedingt) Friktionsbremsen
dieselbe Bremsarbeit leisten würden. Der geringere Druck
mit sinkender Retarderleistung wird registriert, und dieser
Druck wird auf die Hinterachsenbremsen aufgebracht und
erhöht, wenn die Geschwindigkeit weiter absinkt, um die
Fahrzeugverlangsamung im wesentlichen konstant zu halten,
ohne daß der Fahrer dazu irgendetwas tun muß. Diese
Übernahme der Retarderfunktion bei geringer Geschwindigkeit
durch die Hauptbremsen wird bis zum Stillstand fortgesetzt,
wird aber nach dem Loslassen des Bremspedals weggenommen.
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Der EBS-Regler überwacht kontinuierlich Raddrehzahlen
und nimmt nach Erfassung einer Blockierung das Signal weg,
das den Retarderantrieb bewirkt, und ersetzt die verlorene
Bremsarbeit an allen Rädern durch Hauptbremsung. Dies wird
durch Wegnahme des Pedalkorrekturversatzes erzielt, das den
Bewegungsbereich erzeugt, der normalerweise benutzt wird,
um den Retardereingang zu liefern, um den Hauptbremsbedarf
auf beiden Achsen zu verstärken. Während dieses Umwechselns
können die Hauptbremsen natürlich durch eine übersteuernde
Antiblockierwirkung unterbrochen werden, um die Neigung zum
Blockieren rückgängig zu machen. Durch eine Umverteilung
der Bremskraft auf alle Räder kann ein weiteres Blockieren
aufgrund der besseren Bremsverteilung verhütet werden, wenn
jedoch das Haftungsniveau sehr niedrig ist, dann kommt es
zu wiederholtem Blockieren und ein weiterer Retarderbetrieb
wird weiterhin gesperrt, so daß sich eine Blockierung
leichter verhindern läßt, weil die Hauptbremsung wesentlich
ansprechfreudiger ist als die meisten bekannten
Retarderformen.
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Die meisten EBS-Systeme werden auf großen
Zugfahrzeugen eingesetzt, die mit Retardern ausgestattet
sein können, die aber auch mit recht hoher
Wahrscheinlichkeit zum Ziehen von Anhängern mit Zugstange
oder Sattelauflieger eingesetzt werden. Derzeitige
Lastkraftwagen dieses Typs haben eine separate Regelung für
den Retarder, gewöhnlich über einen fahrerbetätigten
Handhebel. Bei einem EPB-Fahrzeug mit integrierter
Bremsregelung von einem einzigen Fußbremspedal wie oben
beschrieben, wird der Bremsbedarf im Zugfahrzeug
korrigiert, um einen Nur-Retarder-Signalisierungsbereich
des Pedalwegs zu schaffen. Auch der Anhängerbremsbedarf
wird mit denselben pedalerzeugten Signalen signalisiert,
aber der mit dem Anhängerbremsbedarf benutzte
Korrekturversatz ist im Vergleich zum Zugfahrzeugbedarf
wesentlich geringer, so daß bei allen Bremsniveaus oberhalb
des Drosselbremsbereiches, typischerweise 0,07 bis 6,1 g,
die Anhängerbremsung die Anwendung des Retarders auf das
Zugfahrzeug begleitet. Dadurch wird die Bremskraft des
Zugfahrzeugs und des Anhängers verteilt, um die Sicherheit
beim Abbremsen der Kombination zu erhöhen, indem der durch
ungebrems te Anhängerzus tände verursachte Anhängerschub
reduziert oder weggenommen wird.
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Es gibt auch einige Kombinationszustände, die
gefährlich sein können und von einer schlechten
Lastverteilung herrühren, wie z.B. bei einem unbeladenen
Zugfahrzeug, das einen beladenen Anhänger mit Zugstange
oder Sattelauflieger zieht, bei dem die gesamte
Anhängerlast am hinteren Ende des Anhängerbettes liegt. In
diesen Fällen erkennt das EBS-System, daß die Anhängermasse
wesentlich höher ist als die Antriebsachsenbelastung, und
deaktiviert automatisch den Retarder, so daß der
Pedalkorrekturversatz ganz weggenommen wird, und die
alternative Bremsung erfolgt unter Aktivierung der Bremsen
von Zugfahrzeug und Anhänger im Einklang. Die Anhängermasse
wird aus Spannungsmessungen errechnet, die während des
Fahrzeugbeschleunigungsprozesses in der Kupplung
vorgenommen werden, wenn die Beschleunigung mit einem am
Zugfahrzeug montierten Onboard-Beschleunigungsmesser und
die Spannung mit Sensoren gemessen wird, die in die
Kupplung eingebaut sind und auf Zug oder Schub reagieren.
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Fig. 1 wiederum zeigt ein Schema eines EBS-Systems,
bei dem die Bremsung von einem als Bedarf bezeichneten
elektrischen Signal D angefordert wird, das durch eine neue
Form von Bremspedal 10 generiert wird. Dieses Signal wird
von einem elektronischen Regler 12 bearbeitet (unterteilt
in vordere und hintere Abschnitte 12a, 12b), der dann den
Bremsbedarf D durch Herstellen von pneumatischen Drücken an
den Bremsbetätigern 18 an jeder Achse über spezielle
elektropneumatische Konverterventile 16 deckt. Die
Achsendrücke sind im allgemeinen nicht gleich, weil sie
durch den Regler 12 so eingestellt werden, daß sie
proportional zu den Achslasten sind, die von den vorderen
und hinteren Lastsensoren 20, 22 gemessen werden, und so
skaliert werden, daß sie die Bremsumwandlungsfaktoren
berücksichtigen, die den Bremsdruck in Beziehung zur
Bremsarbeit für jede Achse bringen. Das Fahrzeug ist mit
einem Retarder 24 und einem Retarderregler 26 ausgestattet,
die auf integrierte Weise mit den Hauptbremsen betätigt
werden, wobei der Retarder von dem Regler 12 angesteuert
wird, der ein Retarderbedarfssignal DR mit einem
voreingestellten Skalierungsfaktor generiert. Das
Retarderausgangsmoment RT von dem Retarderregler 26 wird
entweder durch einen Sensor oder durch bekannte
Kalibrierung auf der Basis des Antriebssignals und der
Antriebswellengeschwindigkeit (in bezug auf die
Geschwindigkeit der Hinterachse) überwacht. Dieses
Momentsignal RT kann aufgrund der bekannten Werte von
Antriebsachsenverhältnis und Hinterradgröße in eine
Hinterachsbremskraft umgesetzt werden. Außerdem wird in dem
Retarder-Regelkreis 26 ein Signal RM erzeugt, das anzeigt,
wenn der Retarder sein Maximalmoment entwickelt und auf
eine weitere Antriebserhöhung nicht mehr reagieren kann.
Dieses Signal wird zu dem EBS-Regler 12 gesendet, wo es
anzeigt, daß der Retarder 24 über die Hauptbremsen durch
Achsenbremsung ergänzt werden muß.
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Fig. 1 zeigt auch: einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 30; Behälterlufteingänge
32a, 32b; einen Fahrzeugverlangsamungsmesser 34; ein
Feststellbremssignal 36; einen Lastsensor 38; eine
Anhängerbetriebsluftversorgung 40; und einen Anhängerregler
42.
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Fig. 2 zeigt das Pedal und die Bedarfssignale, die es
für den Retarder und die Hauptbremsen erzeugt. Der
Retarderbereich ist durch R&sub1; angegeben und der
Retarderplus-Hauptbremse-Bereich durch R&sub2;. Fig. 2b zeigt den
unbeladenen Fall, bei dem der Retarderbereich breiter ist,
da die Verlangsamungskapazität höher ist. Fig. 2c zeigt den
beladenen Fall, bei dem ein kleinerer Signalbereich einen
Vollantrieb zum Retarder erzeugen muß. Dieser Bereich für
den Retarder wird durch Messen des Gesamtgewichtes des
Fahrzeuges und Einstellen der Spannweite auf der Basis der
Verlangsamung zugewiesen, die ein Nenn-Retarder bei seinem
derzeitigen Lastzustand auf das tatsächliche Fahrzeug
erzeugt. Bei den in Fig. 2 gezeigten Zahlenwerten ist der
Vollbereich = 0,8 g - 4 V, d.h. 5,0 V 1 g.
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Retarderbereich = 0,5 v beladen - 0,3 bis 5 v Hauptbremse
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1,0 v unbeladen - 0,3 v Hauptbremse
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Fig. 6 zeigt eine schematische Zeichnung, die den
grundsätzlichen Betrieb eines Systems gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die in Fig. 6
gezeigten Kästen haben folgende Bedeutung: Bremsbedarf 122;
Fahrzeuggesamtmasse 123; Berechnung der maximalen
Verlangsamung DR des Retarders, 124; Bedarf sbegrenzer 125;
Berechnung des erforderlichen Retardermoments 126; Null-
Klemme 127; Retarderregler 128; Retarder 129; Moment 130;
Berechnung des erforderlichen Friktionsbremsenmoments 131;
Addition/Subtraktion 132; Berechnung der Bremsverteilung
133; Achsiasten 134; Friktionsbremsenregler 135;
Friktionsbremsenregler 136; Bremsen Achse 2, 137; Bremsen
Achse 1, 138; Anhängerbremsbedarf 139; Antriebsachsen-
Blockiersignal 140; Fahrzeug 141. Dieses System verwendet
einen geschlossenen Regelkreis für das Retardermoment, und
aufgrund der Berücksichtigung der Fahrzeuggesamtmasse
berechnet sich das erforderliche Moment aus dem
Bremsbedarf, und durch diese Retardermomentbremsung ergibt
sich eine Obergrenze, oberhalb der die Bremsung durch die
Friktionsbremse ergänzt wird. Der Betrieb des Retarders in
einem geschlossenen Regelkreis kann langsam erfolgen, wenn
der Retarder langsam ist, so daß es nicht zu
Stabilitätsproblemen oder Störungen der
Retardermomentmessungen kommt. Es lassen sich evtl.
vorübergehende Retardermomentnacheilungen feststellen, aber
die sich ergebenden Momentfehler bewirken einen Ersatz
durch Friktionsbremsung, um eine schnelle Bremsreaktion
aufrechtzuerhalten.
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Fig. 3 zeigt einen äquivalenten Eingangsschaltkreis
des pedalerzeugten Bremsbedarfsignals D und demonstriert,
wie die maximale Retarderleistung registriert wurde, um
maximalen Retarderbedarf einzustellen und um als
Korrekturversatz das Folge-Hauptbremsbedarfssignal zu
erzeugen, das anfänglich zur Vorderachse und bei steigendem
Bedarf, wenn mehr als die doppelte Retarderkapazität
erforderlich ist, an beide Achsen gesendet wird.
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Die Retarderkapazität wird in das System eingegeben,
wenn das maximale Moment begrenzt ist, und wird durch die
Fahrzeuggesamtmasse geteilt. Dies ergibt die maximale
Verlangsamung, die der Retarder erzeugen kann. Dieser Wert
wird auf zwei Arten verwendet: um die
Retardereingangskomponente des Bedarfs auf dieses Niveau zu
beschränken und um den Hauptbremsenbedarf durch Subtraktion
dieses Niveaus vom tatsächlichen Bedarf und durch
Unterdrückung eventueller negativer Zahlenwerte zu
korrigieren.
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Gemäß der detaillierten Darstellung in Fig. 3 ist der
Pedalbedarf D ein Eingang zu einem Eingangsbegrenzer 44,
dessen Ausgang ein Eingang zu einem Multiplizierer 46 ist.
Das Retarderleistungssignal R und das Fahrzeuggesamtgewicht
W sind Eingänge zu einem Dividierer 48, dessen Ausgang zu
einem negativen Eingang eines Addierers/Subtrahierers 50
geleitet wird, dessen Ausgang über ein Negativ-
Unterdrückungsmittel 52 geleitet wird und den
Hauptbremsenbedarf DF bildet. Der Ausgang des
Multiplizierers 42 bildet den Retarderbedarf DR. Gemäß Fig.
3 gilt:
Hauptbremsenbedarf = Pedalbedarf - Retarderleistung
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= Pedalbedarf - maximales Retardermoment/Gesamtgewicht
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Gemäß dem Ablaufdiagramm in den Figuren 5a und 5b
wird, wenn das Pedal nicht am Nullpunkt ist, der Ausgang in
einen Verlangsamungsbedarf umgewandelt, und der erste Test
auf Blockierung wird vorgenommen. Wenn Blockierung
vorliegt, dann wird der Retarder deaktiviert, und der
gesamte Pedalbedarf wird für Hauptbremsendrücke auf beiden
Achsen verwendet.
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Die Achsendrücke hängen von den Achslasten ab, daher
werden diese von den Lastsensoren 20, 22 gemessen und zum
Fahrzeuggesamtgewicht hinzuaddiert. Unter Berücksichtigung
des Gewichtswertes und der bekannten Retarderkapazität wird
der Pedalbremsbedarf überprüft, um herauszufinden, ob
dieser Bedarf vom Retarder alleine gedeckt werden kann. Ist
dies der Fall, so wird der Bedarf mit dem
Fahrzeuggesamtgewicht multipliziert, und der Retarderbedarf
wird unter Berücksichtigung der bekannten Retarder-
Bremskraftkonstante KR berechnet und an das Retardersystem
geleitet. Vordere and hintere Bremsdrücke werden auf Null
eingestellt, da die Hauptbremse nur dann erforderlich ist,
wenn das Retardermoment aufgrund niedriger Geschwindigkeit
gesunken ist. Der Betrieb der Hauptbremse an der
Hinterachse bei niedrigen Geschwindigkeiten wird weiter
unten näher erläutert. Wenn der Bedarf größer ist als die
normale Retarderkapazität, dann erhält der Retarder ein
maximales Antriebssignal und es wird der über die
Retarderkapazität hinausgehende Mehrbedarf berechnet. Man
beachte, daß bei Blockieren der gesamte Bedarf effektiv ein
Mehrbedarfist. Nun wird eine Anzahl von Berechnungen wie
folgt vorgenommen.
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1. Der Mehrbedarf muß möglicherweise an der
Vorderachse gedeckt werden, daher wird ein entsprechender
Vorderachsendruck unter Berücksichtigung des
Fahrzeuggesamtgewichts und der Vorderachsenbremskonstante
berechnet.
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2. Aus einer Messung des nominellen Retardermoments
und der äquivalenten Hinterachsenbremskonstante wird der
nominelle Bremsdruck berechnet, der den gleichen
Bremseffekt hätte.
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3. Dieser hintere Druck wird in die Vorderachse
reflektiert, um eine Begrenzung für einen Nur-Vorderachsen-
Druck zu erhalten, so daß die Bremsarbeit gleich der des
Retarders wäre, modifiziert durch das Verhältnis der
Achsengewichte.
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D.h. Maximaler Nur-Vorderdruck PBfm = KR.TR.Wf/KBf.Wr
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4. Wenn der erforderliche Vorderachsendruck zur
Deckung dieses Mehrbedarfs größer als PBfm ist, dann
erfolgt die Bremsung mit den Hauptbremsen beider Achsen.
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Andernfalls kann der berechnete Vorderachsendruck zum
Ausgang bereitgestellt und der hintere Druck auf Null
eingestellt werden, es sei denn, ein sinkendes
Retardermoment erfordert eine Ergänzung.
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5. Wenn eine Bremsung an beiden Achsen erforderlich
ist, dann ist die Bremsung an der Vorderachse um einen Wert
von PBfm stärker, um die Retarderleistung an der
Hinterachse auszugleichen.
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Daher wird PBfm durch Subtrahieren dieses Wertes von
dem berechneten, den gesamten Mehrbedarf deckenden
Vorderachsendruck außer acht gelassen, und diese
Druckdifferenz muß auf der Basis der relativen Belastung
den Achsen zugewiesen werden. Daher wird PFront - PBfm zu
einer Bedarfskomponente zurückverwandelt
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6. Die Bedarf skomponente wird durch die Berechnung
eines zusätzlichen vorderen Drucks und eines begleitenden
hinteren Drucks entsprechend dem Bedarf gemäß den
Achslasten erzeugt und resultiert in zwei Druckkomponenten
PBfe und PBre.
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7. Der vordere Druck wird aus PBfe + PBfm gebildet,
dies kann jedoch bei sehr hohem Bedarf größer als der
maximale vordere Druck Pfmax sein. In diesem Fall beträgt
der vordere Druck Pfmax und das Druckdefizit PBfm + Pbfe -
PFmax = Pfo wird berechnet.
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8. Das Druckdefizit Pfo muß an der Hinterachse
ausgeglichen werden, daher wird ein äquivalenter hinterer
Druck aus den relativen Bremsfaktoren Kf und Kr berechnet.
Dieser Druck ist PBE und wird zu PBre hinzuaddiert, um den
hinteren Bremsdruck zu ergeben.
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9. Der hintere Bremsdruck muß möglicherweise erhöht
werden, um eine sinkende Retarderleistung auszugleichen,
und dies wird durch eine Messung oder Berechnung des
Retardermoments und des Retarder- 'Maximummoment'-Signals
erfaßt. Es werden das Momentdefizit und ein äquivalenter
hinterer Bremsdruck berechnet, um den Retarder zu ergänzen.
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10. Dies wird zu dem hergestellten hinteren Druck
addiert und wenn dies das Maximum übersteigt, dann wird der
Druck auf dieses Maximum beschränkt.
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Die Ausgangsdrücke werden wie endgültig berechnet
hergestellt.
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Die Kästen in den Figuren 5a, 5b and 6 haben folgende
Bedeutung:
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60: Bremsdruck und Retardereinstellung
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62: Absoluten Pedalwert lesen und Nullkalibrierung
subtrahieren.
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63: Bedarf Null
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64: Pedal auf Verlangsamungsbedarf skalieren,
Fahrzeugachslasten messen und speichern und
Fahrzeuggesamtgewicht errechnen
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65: Auf Radblockierung überprüfen
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66: Blockiert?
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67: Maximale Retarderverlangsamung aus Gesamtgewicht
berechnen, Bedarf anhand maximaler Retarderkapazität
überprüfen
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68: Bedarf größer als maximaler Retarderausgang
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69: Maximales Ausgangssignal an Retarder, Retarderleistung
vom Bedarf subtrahieren, um Mehrbedarf DE zu generieren
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70: Vorderen Druck zur Deckung von DE auf der Basis des
Fahrzeuggesamtgewichts berechnen. Äquivalenten
hinteren Bremsdruck des Retarderausgangsmoments
berechnen. Diesen Wert unter Berücksichtigung des
Achsengewichtsverhältnisses an Vorderachse
weiterleiten, so daß sich ergibt:
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PBfm = KRTRWf/KBf.Wr
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71: Vorderen Druck zur Deckung von DE gegen PBfm überprüfen
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72: > PBfm
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73: PBfm von dem berechneten vorderen Druck subtrahieren
und den zu dieser Differenz äquivalenten Bedarf
berechnen
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74: Auf der Basis und zur Deckung dieses Bedarfs
zusätzliche verteilte vordere und hintere Drücke PBfe
und PBre zuweisen
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75: PBfm und PBfe als gesamten vorderen Druck berechnen,
Überprüfen, ob dies den maximalen vorderen Druck
übersteigt
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76: > Pf max
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77: Vorderen Druck = Pf max bilden
PBfm + PSfe - max = PFo errechnen
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78: Aus PFo den äquivalenten Bremsdruck PB req zur Deckung
dieses Bedarfs berechnen
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79: PBre + PB req addieren, um hinteren Druck zu bilden
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80: PBfm + PBfe als vorderen Druck bilden
PBre als hinteren Druck bilden
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81: Vorderen Druck zur Deckung von DE bilden
Hinteren Druck = 0 bilden
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82: Retarderbedarf an Retardersystem ausgeben
Vordere und hintere Drücke = 0 bilden
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83: Aus Pedalbedarf x Fahrzeuggesamtgewicht den
Retarderbedarf aus der Retardermomentkonstante bilden
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84: Retarderbedarf auf Null einstellen
Achsendrücke aus vollem Pedalbedarf und
Achsenlastmessungen bilden
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85: Drücke = 0 bilden; Retarder auf Null einstellen
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86: Retardermomentwert und maximales Momentfeedbacksignal
lesen
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87: Überprüfen, ob maximales Momentsignal eingestellt ist
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88: EINGESTELLT?
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89: Momentdefizit aus erforderlichem momentgemessenem
Moment berechnen
Momentdefizit in äquivalenten hinteren Bremsdruck
umwandeln; diesen aquivalenten hinteren Druck
addieren, um hinteren Druck zu bilden
überprüfen, ob der Gesamtwert den maximalen hinteren
Druck übersteigt
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90: > PRmax
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91: Hinteren Druck auf PR max einstellen
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92: Gesamtwert zur Bildung des hinteren Drucks verwenden
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93: Vordere und hintere Drücke ausgeben
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94: Ende der Routine
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95: Kupplungssensor überprüfen, ob Anhänger vorhanden ist
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96: Vorhanden?
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97: Niveau des Verlangsamungsbedarfs überprüfen
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98: > 0,1 g
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99: Hinterachsenbelastung am Zugfahrzeug überprüfen
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100: Unbeladene Schwelle
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101: Vom Kupplungssensor erhaltenen Anhängermassenwert
während der Beschleunigung überprüfen
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102: Anhängermasse > beladene Schwelle
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103: Bedarfssignal an das Anhängerbrems-Subsystem ausgeben
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104: In Fig. 5a an Position X-X einfügen.
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Bei einem integrierten Bremssystem, bei dem ein
Anhänger gezogen wird (wie in dem Beispiel in Fig. 1), kann
die Sicherheit während einer Bremsung dadurch erhöht
werden, daß ein Anhängerbremsbedarf von dem Pedalbedarf von
dern Pedalbedarfssignal automatisch direkt signalisiert
wird, so daß ein Retarderbetrieb von einer entsprechenden
Hauptbremsung am Anhänger begleitet wird. Als Option wird
dieses Pedalbedarfssignal geringfügig durch die Subtraktion
einer kleinen Konstanten korrigiert, damit kleine
Retarderbedarf swerte nur am Zugfahrzeug generieren werden,
so daß eine Drosselbremsung durch Anwendung des Retarders
erzielt werden kann, bei höherem Bedarf jedoch beide
Fahrzeuge zusammen bremsen. Dies ist die vorgezogene Option
für einen Anhänger mit Sattelauflieger, bei dem ein Teil
der Anhängerlast vom Zugfahrzeug getragen wird.
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Ein EPB-System kann Zugfahrzeug- und Anhängerlast
erkennen, so daß, wenn ein unbeladenes Zugfahrzeug einen
beladenen Anhänger zieht (eine gefährliche Kombination
während einer Bremsung), keine Nur-Retarder-Bremsung
zugelassen wird und eine Bremsung immer die Vorderachse des
Zugfahrzeugs und die Anhängerachsen zusätzlich zu
eventuellen Retardern einbezieht.
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Als Schlußfolgerung kann gesagt werden, daß eine
korrekte Koordinierung der beiden Bremssysteme von einem
einzigen Pedaleingang einen Retarder erfordert, der einen
variablen Betrieb zuläßt, entweder kontinuierlich oder in
kleinen Schritten, aber im Vergleich zu beiden Systemen,
wenn unabhängig voneinander benutzt, sehr bedeutende
Vorteile erzeugen kann, die die Aufgabe des Fahrzeugführers
erleichtern.