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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine Bremsanlage
eines Nutzfahrzeuges, wobei die Bremsanlage Betriebsbremszylinder
und Federspeicherbremszylinder zum Abbremsen des Nutzfahrzeuges,
ein elektronisches Steuergerät, Sensoren zum Erfassen des
Bewegungszustandes des Nutzfahrzeugs, ein Fußbremsventil
zum Betätigen der Betriebsbremse, eine Handsteuereinheit, über die
von der Betätigungsart der Handsteuereinheit abhängige
Fahrerwünsche an das elektronische Steuergerät übermittelbar
sind, ein Modul mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen für
ein Anti-Blockiersystem und ein Modul mit elektrisch ansteuerbaren
Ventilen für eine elektrisch gesteuerte Feststellbremse
umfasst.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Bremsanlage
für ein mit einem Anhänger koppelbares Nutzfahrzeug,
mit Betriebsbremszylindern und Federspeicherbremszylindern zum Abbremsen
des Nutzfahrzeugs, einem elektronischen Steuergerät, Sensoren
zum Erfassen des Bewegungszustandes des Nutzfahrzeugs, einem Fußbrems ventil
zum Betätigen der Betriebsbremse, einer Handsteuereinheit, über
die von der Betätigungsart der Handsteuereinheit abhängige
Fahrerwünsche an das elektronische Steuergerät übermittelt
werden, einem Modul mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen für ein
Antiblockiersystem und einem Modul mit elektrisch ansteuerbaren
Ventilen für eine elektrisch gesteuerte Feststellbremse
mit einem pneumatischen Steueranschluss, der mit einem Steuereingang
eines Anhängersteuermoduls koppelbar ist.
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Bremsanlagen
für Nutzfahrzeuge unterliegen im Allgemeinen strengen Bestimmungen
hinsichtlich Ausfall- und Betriebssicherheit. Besonderes Augenmerk
wird dabei üblicherweise auf eine Redundanz der Betriebsbremskreise
gelegt, um das Nutzfahrzeug im Defektfall noch sicher zum Halten bringen
zu können. Weiterhin soll eine möglichst ausfallsichere
Feststellbremse zur Verfügung gestellt werden, um ein unbeabsichtigtes
Wegrollen des Nutzfahrzeugs sicher zu verhindern. Weitere teilweise
elektronisch gesteuerte Fahrsicherheitssysteme, wie ABS, ESP etc.,
sind in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck der Nutzfahrzeuge
mittlerweile üblich. Dadurch kann, insbesondere bei leichten
kleinen Nutzfahrzeugen, die Situation entstehen, dass entweder hochintegrierte
Komplettlösungen verbaut werden müssen, die die
erwünschen Sicherheitsmerkmale bei weitem übertreffen,
oder autarke Einzelsysteme verbaut werden, die speziell an die Kundenwünsche
für die jeweiligen Nutzfahrzeuge angepasst sind. Ein elektronisches
Bremssystem (EBS) stellt eine solche hochintegrierte Sicher heitslösung für
ein Nutzfahrzeug dar, die bekannte Fahrsicherheitssysteme, wie ABS,
ESP etc., vereinigt. Es wird für alle Achsen eine permanente
drucklastabhängige Regelung der Bremswirkung vorgenommen,
wobei der Regelkreis sowohl über Drucksensoren als auch über
Raddrehzahlsensoren geschlossen wird. Weiterhin erfolgt die Anhängersteuerung,
zum Beispiel für eine Streckbremsung, elektrisch.
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Sowohl
der Einbau eines hochintegrierten Fahrsicherheitssystems als auch
die Verwendung autarker Systeme, die dann eventuell nicht alle gewünschten
Eigenschaften aufweisen, kann sinnvoll sein. Die Verwendung eines
hochintegrierten Fahrsicherheitssystems, das üblicherweise
nur in große und schwere Nutzfahrzeuge eingebaut wird und
alle Kundenwünsche erfüllen kann, würde
im Allgemeinen nicht nur die Kosten für das leichtere Nutzfahrzeug
erhöhen. Vielmehr kann auch das Gewicht der kompletten
Sicherheitsausrüstung das Gesamtgewicht des leichteren
Nutzfahrzeugs signifikant erhöhen und wertvollen Bauraum
beanspruchen, da auch nicht benötigte Komponenten verbaut
werden müssen. Die Kosten, das Gewicht und der beanspruchte Bauraum
sind bei dem schweren Nutzfahrzeug weniger bedeutend, da sie nur
einen Bruchteil des Gesamtpreises, des Gesamtgewichts bzw. des verfügbaren
Raumes ausmachen. Insbesondere bei leichten Nutzfahrzeugen kann
es hingegen erwünscht sein, Gewichts- und Bauraumeinsparungen
durch die Verwendung autarker Systeme zu erzielen.
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Die
EP 1 504 975 B1 beschreibt
eine druckmittelbetriebene Bremsanlage für ein Fahrzeug,
wobei die Signalübertragung zur Aktivierung der Feststellbremse
auf elektrischem Wege erfolgt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendigen Bauteile zur
Integration der für ein insbesondere leichtes Nutzfahrzeug
erwünschten Fahrsicherheitssysteme zu reduzieren und dadurch die
Ausfallsicherheit zu erhöhen. Gleichzeitig sollen möglichst
viele der sich bietenden Synergien hinsichtlich der Funktionalität
ausgenutzt werden, ohne die Sicherheit des Nutzfahrzeugs negativ
zu beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Steuergerät
dadurch auf, dass das elektronische Steuergerät sowohl
die Beeinflussung des Antiblockiersystems als auch der elektrisch
gesteuerten Feststellbremse übernimmt. Wenn die Bremsanlage des
leichten Nutzfahrzeugs sowohl ein Antiblockiersystem als auch eine
elektrisch gesteuerte Feststellbremse besitzt, so kann eine einzelne
elektronische Steuereinheit für beide Fahrsicherheitssysteme
verwendet werden. Die elektronische Steuereinheit regelt die Steuerung
des Antiblockiersystems und steuert zugleich die Funktion der elektrisch
gesteuerten Feststellbremse. Auf diese Weise kann eine elektronische
Steuereinheit eingespart werden, die sonst eine zusätzliche
Fehlerquelle darstellen könnte. Das so geschaffene Fahrsicherheitssystem
ist weiterhin unabhängig von anderen Komponenten in jedes
beliebige Nutzfahrzeug integrierbar. Insbesondere ist die Integration
eines EBS keine Vorraussetzung. Weiterhin kann jetzt das ABS-System
im Falle einer Hilfsbremsung direkt durch das gemeinsame Steuergerät
auf die Feststellbremse Einfluss nehmen. Die ist vorteilhaft, da
nun ein zeitlicher Vorteil gegenüber separaten Systemen
entsteht, bei denen das ABS-System nur über den Umweg über
den CAN-Bus auf die Feststellbremse Einfluss nehmen kann.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass das Modul mit elektrisch ansteuerbaren
Ventilen für das Antiblockiersystem und das Modul mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen für die elektrisch gesteuerte Feststellbremse
zumindest teilweise gemeinsame Druckluftein- und Druckluftausgänge
verwenden. Durch das Zusammenfassen vorher getrennter Ein- und Ausgänge
der einzelnen Fahrsicherheitssysteme können pneumatische
Steuerleitungen eingespart werden, die aufwendig zu montieren und
fehleranfällig sind.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass das Modul mit elektrisch ansteuerbaren
Ventilen für das Antiblockiersystem eine Belüftung
der Federspeicherbremszylinder zumindest teilweise verhindert, falls
die Feststellbremse belüftet ist, wobei eine maximale Druckbelastung
des Zylinders berücksichtigt wird. Durch diese Maßnahme
wird eine Überbelastung der Radbremse verhindert, da andernfalls neben
der Federkraft der Feststellbremse auch noch die Belüftung
durch die Betriebsbremse die Zylinder belasten würde. Eine
solche Funktion kann zum Beispiel durch einen zusätzlichen
Elektromagneten, den so genannten "Hold Magneten" realisiert werden,
der im ABS-System angeordnet wird.
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Nützlicherweise
kann vorgesehen sein, dass das Modul mit elektrisch ansteuerbaren
Ventilen für das Antiblockiersystem eine Belüftung
der Federspeicherbremszylinder durch die Feststellbremse zumindest
teilweise verhindert, wenn die Betriebsbremse bereits betätigt
ist, wobei eine maximale Druckbelastung des Zylinders berücksichtigt
wird. Auch durch diese Maßnahme wird eine Überbelastung
der Zylinder vermieden, wobei die an die Zylinder angreifende Kraft
auf einem konstanten hohen Niveau gehalten wird.
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Um
ein sicheres Abstellen des Nutzfahrzeugs zu ermöglichen
kann vorgesehen sein, dass die Belüftung der Feststellbremse
auch bei belüfteter Betriebsbremse erfolgen kann, wobei
eine maximale Druckbelastung des Zylinders berücksichtigt
wird. Die Zylinderseite der Feststellbremse werden dabei langsam
belüftet, während die Betriebs bremse zwar weiterhin
belüftet ist, die zugehörige Zylinderseite jedoch
synchron mit dem Belüften der Feststellbremsseite langsam
entlüftet wird, um eine Überbelastung des Zylinders
vermieden.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass das Entlüften der Feststellbremse
bei gleichzeitig betätigter Betriebsbremse erfolgen kann,
wobei eine maximale Druckbelastung des Zylinders berücksichtigt
wird. Typisch ist diese Situation während des Anfahrens.
Die Funktion verhindert ein Wegrollen das Nutzfahrzeug während
der maximal zulässige Zylinderdruck eingehalten wird, wobei
die in den Zylinderteilen herrschenden Drücke durch Sensoren bestimmt
werden. Die Bremse kann dann nach Erhöhen des Motorantriebsmomentes
auf das Niveau des Bremsmomentes freigegeben werden, wobei über den
CAN-Bus noch zusätzliches Drehmoment angefordert wird,
um ein Wegrollen zu vermeiden. Dabei werden die Raddrehzahlsensoren
des ABS-Systems und des Tachographen mitberücksichtigt.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät das Modul mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen für die elektrisch gesteuerte
Feststellbremse so ansteuert, dass bei belüftetem Federspeicherbremszylinder
des Nutzfahrzeugs die Steuerleitung zum Anhänger entlüftet
wird, um zu testen, ob das Zugfahrzeug den gesamten Zug halten kann.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass über die Handsteuereinheit die
Anhängerbremse gelöst werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass sich das Steuergerät bei Empfang
eines Aufwecksignals in Betriebsbereitschaft versetzen kann. In
Betriebsbereitschaft kann die Feststellbremse geöffnet
oder geschlossen werden.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass das ABS-System und die elektrisch
gesteuerte Feststellbremse nur bei eingeschalteter Zündung
arbeiten.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass das ABS-System und die elektrisch gesteuerte
Feststellbremse nach dem Einschalten der Zündung den Betrieb
aufnehmen und nach dem Ausschalten der Zündung eine oszillatorgesteuerte
Nachlaufzeit vergeht, bis das Steuergerät (60)
zumindest teilweise deaktiviert wird.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass das Modul mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
für das Antiblockiersystem und das Modul mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen für die elektrisch gesteuerte Feststellbremse
an einem Gehäuse angeordnet sind, welches das gemeinsame
elektronische Steuergerät aufnimmt. Durch diese Anordnung
werden elektrische Steuerleitungen von dem elektronischen Steuergerät
zu den in den beiden Modulen vorhandenen elektrisch ansteuerbaren
Ventilen und von den in den Modulen vorhandenen Drucksensoren zu
dem elektronischen Steuergerät mini miert. Auf diese Weise wird
die Ausfallsicherheit der Fahrsicherheitssysteme weiter erhöht,
da wieder die Anzahl fehleranfälliger Bauteile reduziert
wird.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass die Funktion des Antiblockiersystems und die
Funktion der elektrisch gesteuerten Feststellbremse getrennt voneinander
deaktiviert werden können. Falls das Antiblockiersystem
oder die elektrisch gesteuerte Feststellbremse einen Defekt aufweisen,
kann durch die Möglichkeit der getrennten Deaktivierung
des fehlerhaften Teilsystems eine Restfunktionalität aufrechterhalten
werden. Dadurch wird die Sicherheit des Nutzfahrzeugs gesteigert.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass an dem Modul für die elektrisch gesteuerte
Feststellbremse ein pneumatischer Steueranschluss vorgesehen ist,
der mit einem Steuereingang eines Anhängersteuermoduls
koppelbar ist und dass das elektronische Steuergerät über
den pneumatischen Steueranschluss eine Streckbremsfunktion für
den Anhänger bereitstellen kann, falls eine solche Streckbremsung
angefordert wird. Durch die Streckbremsfunktion wird verhindert,
dass der Anhänger eine höhere Geschwindigkeit
als das Nutzfahrzeug erreicht, da eine solche Situation letztlich
zu einem Einknicken eines aus Nutzfahrzeug und Anhänger
bestehenden Fahrzeugzuges und somit zu einer sehr unsicheren Fahrsituation
führen könnte. Das Nutzfahrzeug kann auf diese
Weise mit einem weiteren Fahrsicherheitsmerkmal ausgerüstet
werden, ohne dass zusätzli che aufwendige Baugruppen integriert
werden müssen. Vorteilhafterweise sollte der Anhänger
dabei mit Raddrehzahlsensoren ausgerüstet und mit dem CAN-Bus
verbunden sein. Die Raddrehzahlinformation des Anhängers
wird dann an das Steuergerät übertragen und zur
Regelung der Streckbremsung verwendet. Der Anhänger wird
dann nicht elektrisch, wie bei einem EBS, sondern pneumatisch gesteuert.
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Nützlicherweise
kann vorgesehen sein, dass eine redundante Spannungsversorgung für
das elektronische Steuergerät vorgesehen ist. Eine redundante
Spannungsversorgung des Steuergerätes erhöht die
Ausfallsicherheit der Fahrsicherheitsysteme, da bei einem Ausfall
einer der beiden Spannungsversorgungen des elektronischen Steuergerätes
die Funktionalität der Fahrsicherheitsysteme gewahrt bleibt.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass das elektronische Steuergerät
einen Anschluss an ein serielles Bussystem aufweist. üblicherweise weisen
moderne Nutzfahrzeuge eine große Anzahl von Subsystemen
auf. Diese Subsysteme werden normalerweise an ein in dem Nutzfahrzeug
vorhandenes serielles Bussystem, wie den CAN-Bus, angeschlossen,
um untereinander Daten auszutauschen. Beispielsweise könnte
ein an das Nutzfahrzeug und den CAN-Bus angeschlossener Anhänger
Raddrehzahlsensoren aufweisen, deren die Raddrehzahl der einzelnen
Räder des Anhängers betreffende Information über
den CAN-Bus an das Steuergerät übertragen werden
und zur Regelung einer Streckbremsung angewendet werden könnten.
Weiterhin ist denkbar, dass der Ladezustand des Nutzfahrzeuges erfasst
wird und bei der Regelung des ABS berücksichtigt wird.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass Fahrzeugsbeschleunigungsmesswerte über
das Anschluss an das serielle Bussystem an das Steuergerät übertragen
werden.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die Sensoren der Bremsanlage zum Erfassen des
Bewegungszustandes des Nutzfahrzeuges Gierungssensoren umfassen
und dass der Betriebsbremszylinderdruck in Abhängigkeit
von der Nutzfahrzeugbeschleunigung um Quer- und Längsachse geregelt
wird. Moderne ABS Systeme können auch zusätzliche
fahrzeugstabilisierende Funktionen wie Roll-Over-Prevention (RSP),
das ist eine Funktion zur Verhinderung des Fahrzeugumkippens, oder
eine ESP-Funktion, das ist eine Fahrzeugdynamikregelung zur Vermeidung
des Fahrzeugschleuderns, umfassen. Bei diesen Funktionen wird der
Bremszylinderdruck in Abhängigkeit der gemessenen Fahrzeugbeschleunigungen
um Quer- und Hochachse mitbestimmt. Die Fahrzeugbeschleunigungsmessung
erfolgt über die Gierratensensoren und die Messwerte werden
dem Steuergerät mitgeteilt. Gierungssensoren erfassen die
Drehung des Nutzfahrzeuges um die Nutzfahrzeugachsen. Die Drehung
des Nutzfahrzeuges um die Hochachse ist eine wesentliche Information,
um eine Kippgefahr des Nutzfahrzeuges zu verringern (RSP). Die zusätzlichen
Funktionen können als eine Erweiterung der herkömmlichen
ABS-Funktionalität aufgefasst werden. Weiterhin wird bei
einer solchen Funktion die Abweichung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit
von der durch Raddrehzahlsensoren ermittelte Geschwindigkeit berücksichtigt.
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Nützlicherweise
kann vorgesehen sein, dass der Betriebsbremszylinderdruck in Abhängigkeit
von mindestens einer der folgenden Größen geregelt wird:
- – Feststellbremszylinderdruck
- – Feststellbremswertgeberdruck
- – Fehlerzustand des Systems
- – Status des Fußbremswertgebers
- – Nutzfahrzeuggeschwindigkeit und Radgröße
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Die
Berücksichtigung der oben aufgeführten Systemgrößen
bietet weitere Vorteile bei der Umsetzung des erfindungsgemäßen
Systems und ermöglicht eine effizientere Systemregelung.
Beispielsweise kann eine doppelte Druckbelastung der Feststellbremszylinder
durch die Betriebsbremse vermieden werden, wenn ein bereits anliegender
Druck berücksichtigt wird und die Radgröße
beeinflusst beispielsweise die von den Drehzahlsensoren ermittelte
Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs, wobei die Geschwindigkeit des
Nutzfahrzeugs beispielsweise die Kippgefahr mitbestimmt.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass der Feststellbremszylinderdruck in Abhängigkeit
des Handbremswertgebers geregelt wird. Diese Regelung bietet beispielsweise
im Rahmen einer stufbaren Feststellbremse Vorteile.
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Ebenfalls
kann vorgesehen sein, dass die Bremsanlage die Funktion einer Antischlupfregelung bereitstellt,
wobei das elektronische Steuergerät die Regelung der Antischlupfregelung übernimmt.
Eine Antischlupfregelung ist letztendlich eng verwandt mit einem
Antiblockiersystem und kann daher ohne weitere Bauteile in dem Steuergerät
und den daran angeordneten Modulen mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
integriert werden.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch auf, dass das elektronische Steuergerät unter Verwendung
des Moduls für die elektrisch gesteuerte Feststellbremse
und insbesondere des vorhandenen Steueranschlusses eine kontrollierte
Steckbremsung einleitet und überwacht, falls eine Streckbremsung
angefordert wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten der
erfindungsgemäßen Bremsanlage auch im Rahmen eines
Verfahrens umgesetzt.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Steuergerätes und der angeschlossen Module mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen, wobei mögliche elektrische und
pneumatische Anschlüsse dargestellt sind;
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2 ein
detaillierteres Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Steuergerätes und der angeschlossenen Module mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen zur Veranschaulichung der möglichen
Verwendung gemeinsamer Druckluftausgänge;
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3 eine
mögliche Ausführungsform eines Moduls 64 zur
Steuerung der Feststellbremse, die gleichzeitig in der Lage ist
eine Streckbremsfunktion bereitzustellen;
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4 ein
Schaltdiagramm eines Teils eines erfindungsgemäßen
Bremsanlage zur Veranschaulichung möglicher Ausführungsformen
hinsichtlich des Steuergerätes und der Module mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen;
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5 ein
Schaltdiagramm eines Teils eines erfindungsgemäßen
Bremsanlage zur Veranschaulichung möglicher Ausführungsformen
hinsichtlich des Steuergerätes und der Module mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen und
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6 eine
schematische Darstellung des Nutzfahrzeuges zur Veranschaulichung
der möglichen Positionierung einzelner Bauteile des erfindungsgemäßen
Bremssystems.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Steuergerätes 60 und der angeschlossen Module 62, 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen, wobei mögliche elektrische
und pneumatische Anschlüsse dargestellt sind. Weiterhin ist
eine Handsteuereinheit 22 dargestellt, über die
ein Fahrerwunsch an das Steuergerät 60 übertragen werden
kann. Über die Handsteuereinheit 22 kann der Fahrer
eine später genauer beschriebene Testfunktion für
das Bremssystem sowie das Betätigen und Lösen
der elektrisch gesteuerten Feststellbremse auslösen. Die
in 1 dargestellten Anschlüsse umfassen einen
elektrischen Anschluss 10, der eine redundante Spannungsversorgung
des Steuergerätes 60 gewährleistet, einen
elektrischen Anschluss 14 zur Kopplung des Steuergerätes 60 an
den CAN-Bus des Nutzfahrzeugs, einen Anschluss 20, der
das Steuergerät 60 mit der Handsteuereinheit 22 verbindet,
einen pneumatischen Anschluss 100 zur Kopplung mit mindestens
einem Federspeicherbremszylinder 402, siehe zum Beispiel 6,
der Feststellbremse, einen pneumatischen Anschluss 120 zur
Kopplung mit einem Steuereingang eines Anhängersteuermoduls
und einen pneumatischen Anschluss 130 zur Kopplung mit
mindestens einem Betriebsbremszylinder 400, siehe zum Beispiel 6, des
Nutzfahrzeugs. Insbesondere die räumliche Anordnung des
Steuergerätes 60 und der Module 62, 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen ist erkennbar. Im oberen gestrichelt
abgetrennten Bereich 70 der Module 62, 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen sind vorzugsweise die notwendigen
Drucksensoren und Magnetventile angeordnet, um die Verbindungsleitungen
zu dem Steuergerät 60 möglichst kurz
zu halten. Im unteren Bereich 80 der Module 62, 64 mit elektrisch
ansteuerbaren Ventilen sind die weiteren notwendigen Bauteile angeordnet,
wie zum Beispiel Verrohrungen, Rückschlagventile etc. Neben
den dargestellten Anschlüssen des Steuergerätes 60 und der
Module 62, 64 mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
sind weitere Anschlüsse für einen weiteren Ausbau
des Antiblockiersystems denkbar. Weiterhin umfassen die Module 62, 64 noch
Druckluftversorgungsanschlüsse, die nicht dargestellt sind.
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2 zeigt
ein detaillierteres Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Steuergerätes 60, daran angeordneten Modulen 62, 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen zur Veranschaulichung der möglichen
Verwendung gemeinsamer Druckluftausgänge. Insbesondere
ist dargestellt, wie die Verrohrung im unteren Bereich 80 der
Module 62, 64 mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
gestaltet werden könnte, damit die Module 62, 64 des
Antiblockiersystems und der elektrisch gesteuerten Feststellbremse
gemeinsame Druckluftanschlüsse verwenden. Das Steuergerät 60 verfügt
wieder über einen redundant ausgelegten Spannungsanschluss 10,
einen Anschluss 14 an den CAN-Bus, einen Anschluss 20 an
die Handsteuereinheit 22, einen Anschluss 16 für
den Streckbremswertgeber, wobei dieser auch in die Handsteuereinheit 22 integriert
sein kann. Weiterhin sind Anschlüsse 26 für
ABS-Modulatoren 32, Anschlüsse 24 für
ESP-Sensoren 30 und Anschlüsse 18 für
Raddrehzahlsensoren vorhanden, wobei die Raddrehzahlsensoren insbesondere
an den Rädern angeordnet werden, an denen ABS-Modulatoren
vorhanden sind. Im oberen gestrichelt abgetrennten Bereich 70 der
Module 62, 64 sind Magnetventile angeordnet, deren
Ausgänge im unteren Bereich 80 der Module 62, 64 exemplarisch
zusammengefasst sind. Es ist möglich, die Anschlüsse
an den Vorratsbehälter, die Steueranschlüsse für
Betriebs- oder Federspeicherbremszylinder sowie die Abluftanschlüsse
der Module 62, 64 in der dargestellten Weise zusammenzufassen.
Die zusammengefassten Anschlüsse können über
eine gemeinsame Anschlussplatte 90 aus den unteren Bereichen 80 der
Module 62, 64 geführt werden.
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3 zeigt
eine mögliche Ausführungsform eines Moduls 64 zur
Steuerung der Feststellbremse, die gleichzeitig in der Lage ist
eine Streckbremsfunktion bereitzustellen. Das Modul 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen zur Steuerung der elektrischen Feststellbremse
umfasst eine Druckluftversorgungsleitung 260, die über
einen Druckbegrenzer 262 mit nachgeschaltetem Rückschlagventil 264 das
Modul 64 mit Druckluft versorgt. Das Modul beinhaltet weiterhin
eine pulsweitenmoduliert steuerbare Ventileinrichtung 300 und
weist sowohl einen Anschluss 270 für einen Federspeicherbremszylinder
als auch zwei Steueranschlüsse 370, 372,
die mit einem Steuereingang eines Anhängersteuermoduls
koppelbar sind, auf. Vorzugsweise ist das Modul 64 geeignet,
die Funktion eines elektrisch gesteuerten Feststellbremssystems
zur Verfügung zu stellen. Hierzu enthält das Modul
die wesentliche als 3/2-Wegeventil ausgelegte Ventileinrichtung 300 sowie
ein 2/2-Wegeventil 320. In Abhängigkeit der Schaltstellung
der genannten Ventileinrichtungen 300, 320 wird
der Steuereingang 380 eines Relaisventils 340 angesteuert.
Das Relaisventil 340 wird mit Druck aus der Versorgungsleitung 260 beaufschlagt,
der in Abhängigkeit des am Steuereingang 380 des
Relaisventils 340 anstehenden Steuerdrucks an den Federspeicherbremszylinderanschluss 270 weitergeleitet wird.
Weiterhin ist ein Druckschalter 330 vorgesehen, über
den erfassbar ist, ob der Federspeicherbremszylinderanschluss 270 belüftet
oder entlüftet ist, also ob die Feststellbremse eingelegt
oder gelöst ist. In der dargestellten Stellung des 2/2-Wegeventils 320 kann
der Federspeicherbremszylinderanschluss 270 in Abhängigkeit
der Stellung des 3/2-Wegeventils 300 belüftet
oder entlüftet werden. Wird das 2/2-Wegeventil 320 umgeschal tet,
so wird der Druck am Federspeicherbremszylinderanschluss 270 gehalten.
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Durch
das Zusammenspiel des 3/2-Wegeventils 300 mit dem 2/2-Wegeventil 320 lässt
sich auch eine Testfunktion für das Nutzfahrzeug realisieren,
indem nämlich bei entlüftetem Federspeicherbremszylinderanschluss 270 über
den Steueranschluss 370, der dort angeschlossene Steuereingang des
Anhängersteuermoduls kurzzeitig belüftet wird. Die
Belüftung dieses Steuereingangs hat ein Entlüften
der Anhängerbremsanlage zur Folge, so dass das der gesamte
Fahrzeugzug in diesem Zustand durch das Nutzfahrzeug gehalten werden
muss, wobei der entlüftete Zustand des Federspeicherbremsanschlusses 270 durch
Umschalten des 2/2-Wegeventils 320 in seiner Druckhaltestellung
aufrechterhalten werden kann.
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Eine
weitere wichtige Aufgabe übernimmt das 3/2-Wegeventil 300 im
Hinblick auf eine Steckbremsfunktion. Indem das 3/2-Wegeventil 300 pulsweitenmoduliert
durch das elektronische Steuergerät 60 angesteuert
wird, kann ein gezielter Druck am Steueranschluss 370 für
das Anhängersteuermodul zur Verfügung gestellt
werden. Insbesondere kann eine Bremsung des Anhängers unabhängig
von der Bremsung des Nutzfahrzeuges erfolgen, so dass ein Auflaufen
des Anhängers auf das Nutzfahrzeug vermieden werden kann.
Ob eine solche Streckbremsung erlaubt ist, hängt vom Fahrzustand
des Fahrzeugs ab. Indem dieser durch die über den CAN-Bus empfangenen
und von den Raddrehzahlsen soren 220 ermittelten Daten berücksichtigt
wird, können sicherheitskritische Gesichtspunkte, beispielsweise Lenkmanöver,
berücksichtigt werden, und es kann sichergestellt werden,
dass eine Pulsweitenmodulation des 3/2-Wegeventils 300 nur
dann erfolgt, wenn tatsächlich die Streckbremsfunktionalität
benötigt wird, wodurch die Lebensdauer die 3/2-Wegeventils 300 stark
erhöht wird. Die Überprüfung, ob die
Pulsweitenmodulation des 3/2-Wegeventils 300 grundsätzlich
zugelassen ist, wird unter anderem von den Signalen B, D, I, L,
M und N abhängig gemacht. Diese Signale kennzeichnen die
folgenden Fahrzustände des Fahrzeugs, beziehungsweise sie
sind von diesen Fahrzuständen abgeleitet, etwa durch vergleichen mit
Schwellenwerten:
- B:
- Motorelektronikstatus
- D:
- Retarderstatus
- I:
- Geschwindigkeit kleiner
als Schwellwert
- L:
- Lenkwinkel bzw. Raddifferenzdrehzahl
- M:
- Status Gaspedal und
Motorbremse
- N:
- Gemessene Geschwindigkeit
vom ABS
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Die
Information über die Fahrzustände lässt sich
aus den verschiedensten Quellen beziehen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit
kann beispielsweise vom Tachographen des Fahrzeugs bezogen werden. Ebenfalls
können die Raddrehzahlsensoren des Antiblockiersystems
verwendet werden, da deren Signale bei niedrigen Geschwindigkeiten
genauer sind als dasjenige vom Tachographen. Zusätzlich
können Geschwindigkeitswerte des Navigationssystems als Absolutwerte
mit eingerechnet werden. Das Drehmoment des Motors steht beispielsweise
im Rahmen der Motorsteuerung zur Verfügung. Für
den Lenkwinkel beziehungsweise die Raddifferenzdrehzahl sind Raddrehzahlsensoren
vorhanden. Grundsätzlich können die Signale direkt
oder über einen Datenbus bezogen werden. Zur Erfassung
der Neigung des Fahrzeugs ist insbesondere noch festzustellen, dass diese
durch eine Sensorik erfasst werden kann; die Neigungsinformation
kann aber auch durch das Navigationssystem zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
diskutierten und unter Umständen weitere Signale beziehungsweise
davon abgeleitete Größen werden dem Steuergerät 60 eingegeben.
In Abhängigkeit der empfangenen Signale veranlasst, dass
elektronische Steuergerät 60 nun die pulsweitenweitenmodulierte
Ansteuerung 400 des 3/2-Wegeventils 300, wobei
eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung 400 insbesondere
dann unterbunden werden kann, wenn aufgrund eines oder mehrerer
der dem Steuergerät 60 zugeführten Informationen
klar ist, dass keine Streckbremsung stattfinden sollte. Das Modul 64 enthält
ein weiteres elektrisch ansteuerbares 3/2-Wegeventil 310,
das als bistabiles Ventil ausgestattet ist. Dieses Magnetventil 310 versorgt den
Steueranschluss 370 des Moduls 64 mit Druckluft,
so dass das dargestellte elektropneumatische Modul 64 einen
Steuerdruck für das Anhängersteuermodul wahlweise
auf der Grundlage einer monostabilen Ventilauslegung, nämlich über
das 3/2-Wegeventil 300, oder einer bistabilen Ventilauslegung, nämlich über
das 3/2-Wegeventil 310 zur Verfügung stellen kann.
Das elektropneumatische Modul 64 kann somit verschiedenen
Anforderungsprofilen der Nutzfahrzeughersteller gerecht werden.
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4 und 5 zeigen
Schaltdiagramme eines Teils eines erfindungsgemäßen
Bremsanlage zur Veranschaulichung möglicher Ausführungsformen
hinsichtlich des Steuergerätes 60 und der Module 62, 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen. Die Schaltdiagramme zeigen das
Steuergerät 60, das Mikrocontroller 208 und 210,
zwei separate Relais 214, 216 zur getrennten Deaktivierung
des Antiblockiersystems und der elektrisch gesteuerten Feststellbremse
und einen Watch-Dog-Timer 212 umfasst. Eine Watch-Dog-Funktion
ist nützlich, da es sich im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung um eine sicherheitsrelevante Steuerfunktion handelt, bei der
ein Mikrocontroller und ein Computersystem fehlersicher sein und
sich im Fehlerfall zumindest teilweise abschalten müssen.
Zu diesem Zweck ist in dem Steuergerät 60 der
Watch-Dog-Timer 212 vorgesehen. Darüberhinaus
sind Steuergeräte mit sicherheitsrelevanten Funktionen
vorteilhafter Weise redundant mit Strom versorgt und haben einen Schreib-/Lesespeicher 206,
um die zulässigen Steuer- und Regelparameter sowie vorgegebene
Schwellenwerte, beispielsweise einen Geschwindigkeitsschwellenwert,
sowie Fehlerzustände zu speichern. Weiterhin sind mögliche
Anschlüsse des Steuergerätes 60 dargestellt.
Gezeigt sind ein Anschluss 18 an einen Drehzahlsensor 220,
ein Anschluss 16 an einen Streckbrems- Wertgeber, ein Anschluss 34 an
einen Gierungssensor 230, mehrere Anschlüsse 20 an eine
Handsteuereinheit 22, die eine Ladeschaltung 200,
einen Akku 202, einen Aufweckschalter 40, eine Erdung 42 sowie
Sensoren 204 umfasst. Ebenfalls gezeigt ist die Anschlussleitung 14 an
den CAN-Bus und damit zusammenhängend mit A bis H gekennzeichnet
die über diese Datenleitung eingehenden beziehungsweise
ausgehenden Signale. Im Einzelnen sind dies:
- A:
- Status der Handsteuereinheit
- B:
- Motorelektronikstatus
- C:
- Kupplungsstatus
- D:
- Retarderstatus
- E:
- Getriebestatus
- F:
- Raddrehzahl Anhänger
- G:
- ECPB-Status
- H:
- ABS-Status
-
Weitere
Anschlüsse an das Steuergerät 60 können
jedoch je nach Bedarf vorgesehen sein.
-
Die
Ventileinrichtungen 62 und 64 sind mit dem Steuergerät 60 verbunden.
In 4 ist das Modul 64 für die elektrisch
gesteuerte Feststellbremse identisch mit der in 3 ausführlich
beschriebenen Ausführungsform. Es wurde lediglich auf den
Steueranschluss 372 verzichtet, der bei Bedarf jedoch wieder
eingefügt werden kann, und die Druckluftversorgung 260 und
der Federspeicherbremszylinderanschluss 270 mit einer Rohrbruchsicherung
in Form einer redundanten Auslegung mit Wechselventil 392 versehen.
Die dargestellten Wechselventile 390, 392 sperren
bei einem Druckabfall in einer der Anschlussleitungen immer die
Anschlussleitung an der der geringere Druck ansteht. In 5 ist
eine weitere mögliche Ausführungsform eines Moduls 64 mit
elektrisch ansteuerbaren Ventilen einer elektrisch gesteuerten Feststellbremse
dargestellt, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen bereitstellt.
Die Druckversorgung erfolgt redundant über den Druckluftanschluss 260 und
ein Wechselventil 394. Ein Relaisventil 340 wird über
ein 2/2-Wegeventil 328 und ein 3/2-Wegeventil 302 angesteuert,
um eine elektrische Feststellbremse zu realisieren. Weiterhin ist
ein Drucksensor 354 vorgesehen, der den Druck vor dem Wechselventil 396 misst.
Der Anschluss des Drucksensors kann jedoch auch am Federspeicherzylinder
der Feststellbremse erfolgen.
-
Die
in den 4 und 5 gezeigten Module 62 für
das Antiblockiersystem unterscheiden sich in der Anzahl der dargestellten
identischen Baugruppen. Zusätzliche identische Baugruppen
können notwendig sein, wenn zum Beispiel zusätzliche
Achsen des Nutzfahrzeugs von dem Antiblockiersystem geregelt werden
sollen. Sollen weitere Achsen beziehungsweise Betriebsbremszylinder
mit einer Antiblockier-Funktionalität ausgestattet werden,
so muss das Modul 62 durch eine entsprechende Anzahl zusätzlicher
Baugruppen erweitert werden. Das Antiblockiersystem kann zusammen
mit dem Steuergerät 60 mit einigen weiteren Funktionen
ausgestattet werden:
- – Elektronische
Bremskraftverteilung (EBD)
- – Speicherung der ABS-Ereignisse
- – Bremsendiagnose (BD)
- – Anzeige durchdrehender Hinterachsenräder
- – RSP zur Stabilisierung gegen Kippen
- – ESP zur Stabilisierung gegen Kippen und zur Giermomentstabilisation
-
Da
die grundsätzliche Funktionsweise und der Aufbau eines
Antiblockiersystems allgemein bekannt und nicht wesentlich für
die Erfindung ist, kann auf eine ausführliche Erläuterung
des Aufbaus und der Funktionsweise des Moduls 62 verzichtet
werden. Darüber hinaus ist die gezeigte Ausführungsform
des Moduls 62 nur als eine der möglichen gängigen
Ausgestaltungsformen eines Antiblockiersystems zu betrachten. Das
in 4 dargestellte einzelne Modul umfasst ein Relaisventil 342 mit
einem Steuereingang 382, einen Drucksensor 352 und mehrere
2/2-Wegeventile 322, 324 und 326. Ein Druckluftanschluss 266 wird
verwendet, um gesteuert von dem 2/2-Wegeventil 322 den
Steuereingang 382 des Relaisventils 342 anzusteuern.
Das Relaisventil 342 wird mit Druck von dem Druckluftanschluss 266 beaufschlagt
und kann einen Betriebsbremszylinder über den pneumatischen
Anschluss 130 bedienen. Der an dem Steuereingang 382 anstehende Druck
kann über das Ablassventil 326 reduziert werden.
Fällt die elektronische Steuerung des ABS aus, so werden
die in 4 dargestellten 2/2-Wegeventile 322, 324, 326 automatisch
in den dargestell ten Zustand geschaltet. In diesem Zustand ist eine
direkte Ansteuerung des Relaisventils über das 2/2-Wegeventil 324 zur
pneumatischen Absicherung möglich. Die Druckversorgung
kann über einen separaten Druckluftanschluss 268 erfolgen.
-
Neben
dem Aufwecken des Systems über den Aufweckschalter ist
auch die Berücksichtigung von Signalen über den
CAN-Bus denkbar. Beispielsweise könnte das System durch
einschalten der Zündung oder durch ein allgemeines "Wake-Up"-Signal aus
einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand versetzt werden.
-
6 zeigt
eine vereinfachte Systemdarstellung des Nutzfahrzeuges zur Veranschaulichung
der möglichen Anordnung einzelner Bauteile des erfindungsgemäßen
Bremssystems. Ein Fußbremsventil 430 und die Handsteuereinheit 22 sind
in der Fahrerkabine angeordnet. Ein durch die Handsteuereinheit 22 und/oder
das Fußbremsventil 430 erkannter Fahrerwunsch
wird von elektrischen Steuerleitungen an das angeschlossene Steuergerät 60 übertragen
und dort in ein Signal für die angeschlossene Bremsanlage
umgewandelt. Die Bremsanlage umfasst Betriebsbremszylinder 400,
Federspeicherbremszylinder 402, Druckluftbehälter 410 und
eine Druckluftaufbereitungsanlage 420 und kann in bekannter
Weise durch Beaufschlagung der Bremszylinder mit Druckluft eine
Verzögerung des Nutzfahrzeugs bewirken. Weiterhin sind
Raddrehzahlsensoren 220 und ABS-Modulatoren 32 mit
separaten Schalldämpfern zur Entlüf tung vorgesehen,
um ein Antiblockiersystem für das Nutzfahrzeug zu realisieren.
Wenn die Hinterachse ebenfalls in das Antiblockiersystem integriert
werden soll, müssen in den entsprechenden Verbindungsleitungen
zwischen Steuergerät 60 und den Federspeicherbremszylindern 402 ebenfalls ABS-Modulatoren 32 mit
eigenen Schalldämpfern zu Entlüftung vorgesehen
sein. Die achsweise Zusammenfassung einzelner Bauteile, wie der
Schalldämpfer, ist denkbar.
-
Es
ist weiterhin ein Anschluss 442 für den Anhänger
an den CAN-Bus und ein Anhängersteuermodul 440 dargestellt,
obwohl letzteres durchaus in dem Anhänger selbst integriert
sein könnte. Über die Verbindung zwischen Steuergerät 60 und
Anhängersteuermodul 440 kann die Bremsanlage in
der Lage sein eine Streckbremsung des Fahrzeugzuges durchzuführen,
falls eine solche vom Fahrer angefordert wird.
-
Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
- 10
- Anschluss
Spannungsversorgung (redundant)
- 12
- Anschluss
Betriebsbremswertgeber
- 14
- CAN-Anschluss
- 16
- Anschluss
Streckbremswertgeber
- 18
- Anschluss
Raddrehzahlsensoren
- 20
- Anschluss
Handsteuereinheit
- 22
- Handsteuereinheit
- 30
- ESP-Sensoren
- 32
- ABS-Modulatoren
- 34
- Anschluss
Gierungssensor
- 40
- Aufweckschalter
- 42
- Erdung
(GND)
- 50
- Akkuladeschaltung
- 60
- Steuergerät
- 62
- Modul
mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
- 64
- Modul
mit elektrisch ansteuerbaren Ventilen
- 70
- Bereich
- 80
- Bereich
- 90
- gemeinsame
Anschlussebene
- 100
- pneumatischer
Anschluss
- 120
- pneumatischer
Anschluss
- 130
- pneumatischer
Anschluss
- 200
- Ladeschaltung
- 202
- Akku
- 204
- Sensoren
- 206
- Speicher
- 208
- Mikrocontroller
- 210
- Mikrocontroller
- 212
- Watch-Dog-Timer
- 214
- Shut-Down-Relais
- 216
- Shut-Down-Relais
- 220
- Raddrehzahlsensor
- 230
- Gierungssensor
- 260
- Druckluftanschluss
- 262
- Überdruckventil
- 264
- Rückschlagventil
- 266
- Druckluftanschluss
- 268
- Druckluftanschluss
- 270
- Federspeicherbremszylinderanschluss
- 280
- Feststellbremszylinderanschluss
- 300
- 3/2-Wegeventil
- 302
- 3/2-Wegeventil
- 304
- 3/2-Wegeventil
- 310
- bistabiles
3/2-Wegeventil
- 320
- 2/2-Wegeventil
- 322
- 2/2-Wegeventil
- 324
- 2/2-Wegeventil
- 326
- 2/2-Wegeventil
- 328
- 2/2-Wegeventil
- 330
- Druckschalter
- 340
- Relaisventil
- 342
- Relaisventil
- 350
- Drucksensor
- 352
- Drucksensor
- 354
- Drucksensor
- 360
- Entlüftung
- 370
- Steueranschluss
- 372
- Steueranschluss
- 380
- Steuereingang
- 382
- Steuereingang
- 390
- Wechselventil
- 392
- Wechselventil
- 394
- Wechselventil
- 396
- Wechselventil
- 400
- Betriebsbremszylinder
- 402
- Federspeicherbremszylinder
- 404
- Rad
- 410
- Vorratsbehälter
- 420
- Druckluftaufbereitungsanlage
- 430
- Fußbremsventil
- 440
- Anhängersteuermodul
- 442
- Anhängeranschluss
CAN-Bus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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