DE4130018A1 - Bremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Fahr­ zeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Darin stehen die Begriffe "Vorderachsbremse" und "Hinterachsbremse" jeweils als Sammelbegriff für alle an der Bremskrafterzeugung beteiligten Bauteile im Bereich der jeweiligen Achsgruppe.

Eine derartige Bremsanlage ist aus der DE 35 02 052 A1 bekannt.

Bei der Auslegung einer solchen Bremsanlage und der Bremsdruckverteilung zwischen den Achsgruppen spielen die Kriterien "gleichmäßige Kraftschlußausnutzung (µ) zwischen allen Rädern und der Fahrbahnoberfläche" und "gleichmäßiger Bremsbelagverschleiß an allen Bremsen" wichtige Rollen. Der Vorteil der gleichmäßigen Kraft­ schlußausnutzung (µ) ist eine optimale Abbremsung bei guter Richtungsstabilität des Fahrzeugs beim Bremsen. Eine Bremsanlage, die eine solche Kraftschlußaus­ nutzung gewährleistet, kann als "(beim Bremsen) stabilitätsoptimiert" bezeichnet werden.

Eine Bremsanlage mit gleichmäßigem Bremsbelagver­ schleiß an allen Bremsen kann als "verschleißopti­ miert" bezeichnet werden. Die Verschleißoptimierung rechtfertigt den gleichzeitigen Austausch aller Brems­ beläge des Fahrzeugs und bietet deshalb wirtschaft­ liche Vorteile.

Liegt die Auslegung der Bremsenbauteile fest, so entscheidet bei gegebener Auslastung und Achsgruppen-Lastverteilung des Fahrzeugs die Bremsdruckverteilung zwischen den Achsen darüber, ob die Bremsanlage sta­ bilitätsoptimiert, verschleißoptimiert oder auf andere Weise betrieben wird.

Fig. 3 zeigt schematisch Kennlinien des Hinterachs­ bremsdrucks p₂ als Funktion des Vorderachsbrems­ drucks p₁ für stabilitätsoptimierten Betrieb der Bremsanlage bei verschiedenen Auslastungen des Fahr­ zeugs und für verschleißoptimierten Betrieb. Diese Kennlinien lassen sich in bekannter Weise mit den Auslegungsdaten der Bremsenbauteile sowie den Last­ daten und bestimmten Abmessungen des Fahrzeugs berech­ nen. Der Kennlinie für verschleißoptimierten Betrieb liegt dabei gemäß der Erfindung die Bedingung gleicher spezifischer Bremsbelagbelastung, z. B. Flächenpressung oder Energie pro Flächeneinheit, an allen Bremsen zugrunde. Die gestrichelte Kennlinie für verschleiß­ optimierten Betrieb ist eine Gerade, während die durchgezogenen Kennlinien für stabilitätsoptimierten Betrieb degressiv verlaufen. Die unterschiedlichen Charakteristiken der Kennlinien zeigen, daß es unmög­ lich ist, eine Bremsanlage zugleich verschleißoptimiert und stabilitätsoptimiert auszulegen bzw. zu betreiben.

Nun ist bekannt, daß im praktischen Fahrzeugbetrieb der überwiegende Teil aller Bremsungen im Teilbrems­ bereich mit geringen Fahrzeugverzögerungen und dement­ sprechend geringen Bremsdrücken stattfindet. Demzufolge erfolgt der Bremsbelagverschleiß hauptsächlich bei geringen Bremsdrücken.

Es ist deshalb in der DE 35 02 051 A1, dort insbeson­ dere auf Seite 10, letzter Absatz, angeregt worden, die Bremsdruckverteilung im Teilbremsbereich auf Verschleißoptimierung einzustellen und sie im Bereich höherer Bremsdrücke auf Stabilitätsoptimierung umzu­ stellen. Infolge des damit verbundenen Kennlinien­ sprungs läßt sich dabei ein unstetiger Bremsdruck­ verlauf und damit ein unstetiger Verlauf der Fahrzeug­ verzögerung (Ruckeln) nicht vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brems­ anlage der eingangs genannten Art mit einfachen Mit­ teln so fortzubilden, daß sie trotz stabilitätsopti­ mierten Betriebs bei einer vorbestimmten Auslastung im Teilbremsbereich weitgehend verschleißoptimiert arbei­ tet.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Mehrzahl der Fahrzeuge weist typbedingt oder durch die Einsatzart, z. B. durch die Häufigkeitsverteilung der Auslastungen, bedingt beim Bremsen einen oder mehrere empirisch oder rechnerisch ermittelte her­ vorstechende Auslastungen auf. Der Erfindung kann eine besonders breite Wirkung verliehen werden, wenn eine dieser Auslastungen als vorbestimmte Auslastung heran­ gezogen wird. Solche Auslastungen liegen in der Regel im Bereich der vollen Auslastung, so daß bevorzugt als vorbestimmte Auslastung eine solche zwischen 70% und 100% des zulässigen Gesamtgewichts in Betracht kommt.

Weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungs­ beispiels genannt.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Bremsanlage eines Fahrzeugs,

Fig. 2 schematisch die Seitenansicht des Fahrzeugs mit wichtigen Parametern,

Fig. 3 schematisch das Kennfeld p₂= f (p₁).

Die in Fig. 1 dargestellte Bremsanlage weist eine Vorderachsbremse (1) und eine Hinterachsbremse (2) auf, welche druckbetätigt und an einer Vorderachs­ gruppe bzw. einer Hinterachsgruppe des Fahrzeugs angeordnet sind. Als Druckmittel kommen gasförmige (z. B. Druckluft) und hydraulische Druckmittel in Betracht. "Vorderachsgruppe" bzw. "Hinterachsgruppe" können Einzelachsen oder mehrachsige Achsaggregate sein. Die Vorderachsbremse (1) und die Hinterachsbrem­ se (2), für die im Folgenden zur Vereinfachung auch der allgemeinere Begriff "Bremse(n)" verwendet wird, können die einzige Bremse der jeweiligen Achsgruppe sein, stehen aber in der Regel stellvertretend für mehrere, auf die Fahrzeugseiten verteilte, Bremsen der jeweiligen Achsgruppe. Die Begriffe "Vorderachsbremse", "Hinterachsbremse" und "Bremse" stehen jeweils als Sammelbegriff für alle an der Bremskrafterzeugung beteiligten Bauteile im Bereich der jeweiligen Achse. Zu diesen Bauteilen gehören beispielsweise Brems­ zylinder, Übertragungseinrichtungen, Bremsbacken oder Bremsklötze, Bremstrommeln oder Bremsscheiben, Bremsbeläge. Von diesen Bauteilen sind nur die Bremsbeläge (13, 15) der Vorderachsbremse (1) und (6, 8) der Hinterachsbremse (2) näher bezeichnet.

Betrachten wir nun zunächst das in Fig. 2 dargestell­ te Fahrzeug. Auf dessen Achsgruppen wirken die Vorder­ achsgruppen-Last (G₁) bzw. die Hinterachsgruppen-Last (G₂). Diese Lasten werden beim stehenden und mit gleichförmiger Geschwindigkeit fahrendem Fahrzeug als "statisch" bezeichnet. Bei beschleunigter oder verzö­ gerter Fahrt treten dynamische Achsgruppen-Last-Ver­ lagerungen auf, als deren Ergebnis die statischen zu "dynamischen" Achsgruppen-Lasten werden. Im Schwer­ punkt (S) des Fahrzeugs greift dessen Auslastung (G = G₁+ G₂) an. Der Begriff "Auslastung" wird vorstehend und nachstehend anstelle des eigentlich zutreffenden Begriffs "Gesamtmasse" verwendet, weil er begrifflich die Tatsache zum Ausdruck bringt, daß die "Gesamtmasse" des Fahrzeugs im wesentlichen von dessen Zuladung zum Leergewicht, d. h. durch die Nutzlast, bestimmt wird. Die horizontale Koordinate des Schwerpunkts (S), in der Figur angegeben als Ab­ stand (S_h) von der (geometrischen) Mitte der Vorder­ achsgruppe, kann aus den statischen Achslasten (G₁, G₂) und dem Achsabstand (1) bestimmt werden. Die vertikale Koordinate des Schwerpunkts (S), in der Figur angegeben als Höhe über der Fahrbahn (s_v) kann bei einer gegebenen Fahrzeugverzögerung oder -beschleu­ nigung (a) aus der Auslastung (G) und der dynamischen Achsgruppen-Last-Verlagerung bestimmt werden. Schließ­ lich sind in der Figur noch die Radhalbmesser (R₁ und R₂) angegeben.

Kehren wir nun zu Fig. 1 zurück. Zur Betätigung und Steuerung der Bremsen (1, 2) enthält die Bremsanlage einen Bremswertgeber (3), einen elektrischen Druckmo­ dulator (12) und einen Druckspeicher (11) für die Vorderachsbremse (1), einen elektrischen Druckmodula­ tor (9) und einen Druckspeicher (10) für die Hinter­ achsbremse (2) sowie eine Steuerelektro­ nik (4, 5, 7, 14). Die Steuerelektronik (4, 5, 7, 14) besteht aus einer Zentraleinheit (4), Lastsensoren (6 und 13) für die Vorderachsgruppen-Last (G₁) und die Hinterachsgruppen-Last (G₂) sowie einem Verzögerungs­ sensor (5) für die Fahrzeugverzögerung.

Beim Betätigen des Bremswertgebers (3) gibt der Fahr­ zeugführer durch den Wert der Betätigungskraft und/ oder des Betätigungswegs eine entsprechende Bremswert­ anforderung in Gestalt eines elektrischen Betätigungs­ signals bekannt. Die Zentraleinheit (4) empfängt das Betätigungssignal und bildet daraus Soll-Bremsdruck­ signale für den Vorderachsbremsdruck p₁ und den Hinter­ achsbremsdruck p₂. Je nach Ausbildung der Bremsdruck­ modulatoren (12 und 9) gibt die Zentralein­ heit (4) die Soll-Bremsdrucksignale als Steuersignale an die Druckmodulatoren (12 und 9) ab oder bildet die Zentraleinheit (4) aus den Soll-Bremsdrucksignalen Steuersignale für die Druckmodulatoren (12 und 9). Bei Erhalt des ihm zugeordneten Steuersignals stellt jeder Druckmodulator (12 bzw. 9) eine Verbindung zwischen dem zugeordneten Druckspeicher (11 bzw. 10) und dem Bremszylinder der zugeordneten Bremse (1 bzw. 2) her, so daß sich in den letztgenannten der jeweilige Brems­ druck p₁ bzw. p₂ aufbauen kann.

Die Zentraleinheit (4) ist ferner so ausgebildet und so programmiert, daß sie für jede Auslastung des Fahrzeugs die in Fig. 3 schematisch dargestellte Kennlinie des Hinterachsbremsdruck p₂ für stabilitäts­ optimierten Betrieb der Bremsanlage als Funktion des Vorderachsbremsdruck p₁ errechnen und das Soll-Brems­ drucksignal für den Hinterachsbremsdruck p₂ entspre­ chend einstellen kann. Die dazu erforderlichen Ausle­ gungsdaten der Bremsenteile und Festwerte (1, R) des Fahrzeugs sind in der Zentraleinheit (4) gespeichert, die dazu erforderlichen variablen Werte des Fahrzeugs (G, G₁, G₂ und a) werden der Zentraleinheit (4) mit­ tels der Lastsensoren (7 und 14) sowie des Verzöge­ rungssensors (5) zugeführt. Den dazu als weiteren variablen Wert erforderlichen Vorderachsbremsdruck p₁ gewinnt die Zentraleinheit (4) aus dem entsprechenden Soll-Bremsdrucksignal.

Die Zentraleinheit (4) stellt die Abgabe der Steuer­ signale an die Druckmodulatoren (12 und 9) vollständig ein, wenn der von den Bremsen (1, 2) erzeugte bzw. in einer Bremse (1 oder 2) bzw. in den Bremsen (1, 2) wirkende Bremswert die Bremswertanforderung des Fahr­ zeugführers abdeckt.

Dabei kann Bremswert jeder Parameter des Fahrzeugs sein, der die momentane Belastung einer Bremse (1 oder 2) oder beider Bremsen (1, 2) kennzeichnet. Als von den Bremsen erzeugter Bremswert kommen beispielsweise die Fahrzeugverzögerung (a) und die Bremskraft in Betracht. Als auf eine Bremse (1 oder 2) wirkender Bremswert kommt beispielsweise der Brems­ druck p₁ oder p₂ in Betracht. Als auf eine Bremse (1 oder 2) bzw. die Bremsen (1, 2) wirkender Bremswert kommen eine Bremstemperatur bzw. die Bremstemperaturen in Betracht. Zum Vollzug dieser Wirkungsweise kann die Steuerelektronik (4, 5, 7, 14) weiterer Sensoren zur Erfassung des Bremswertes bedürfen, worauf jedoch hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Die Heranziehung der Fahrzeugverzögerung (a) als Bremswert kann insofern besonders vorteilhaft sein, als der dazu erforderliche Verzögerungssensor (5) ohnehin vorhanden ist.

Die Flächen der Bremsbeläge (13, 15 bzw. 6, 8) sind so ausgelegt, daß bei einer vorbestimmten Auslastung (G) des Fahrzeugs zwischen 70% und 100% seines zulässi­ gen Gesamtgewichts die Fläche des Vorderachs-Bremsbe­ lags (13, 15) sich zu der Fläche des Hinterachs-Brems­ belags (6, 8) wie die statische Vorderachsgruppen-Last (G₁) zur statischen Hinterachsgruppen-Last (G₂) verhält. Durch diese Bemessung der Flächen der Bremsbe­ läge (13, 15 und 6, 8) haben die der zugrundegelegten vorbestimmten Auslastung des Fahrzeugs zugeordneten Kennlinien für verschleißoptimierten Betrieb und für stabilitätsoptimierten Betrieb im Kennlinienausgangs­ punkt die gleiche Steigung. Dies ist in Fig. 3 für eine Auslastung des Fahrzeugs von 100% des zulässigen Gesamtgewichts dargestellt und läßt sich mathematisch nachweisen. Dabei wird als Kennlinienausgangspunkt zweckmäßigerweise der Punkt (p₁=p_1An; p₂=p_2An) angenommen, wobei der Index "An" den Ansprechdruck der jeweiligen Bremse bezeichnet. Infolge der gleichen Steigung verlaufen im Bereich kleiner Bremsdrücke (beispielsweise bis 3 bar) beide Kennlinien dicht nebeneinander, so daß die Bremsanlage in diesem Be­ reich angenähert zugleich verschleißoptimiert und stabilitätsoptimiert betrieben wird. Als vorbestimmte Auslastung des Fahrzeugs sollte der angegebenen Bemes­ sung der Flächen der Bremsbeläge eine solche Ausla­ stung (G) zugrunde gelegt werden, die im praktischen Betrieb des Fahrzeuges häufig vorkommt und deshalb den Verlauf des Bremsbelagverschleißes maßgeblich beein­ flußt. Dadurch bietet die angegebene Bemessung während erheblicher Betriebszeiten des Fahrzeugs ein vorteil­ haftes Verschleißverhalten bei gleichzeitiger Stabi­ litätsoptimierung und damit hoher Fahrzeugsicherheit.

Die bisher beschriebene Grundausführung des Ausfüh­ rungsbeispiels läßt sich vereinfachen. Es können zu den auftretenden Auslastungen (G) standartisierte Achsgruppen-Lastverteilungen und standartisierte Schwerpunktlagen ermittelt, in der Zentraleinheit (4) gespeichert und zur Errechnung und zur Einstellung des Hinterachsbremsdrucks p₂= f (p₁) herangezogen werden. Dann bedarf die Steuerelektronik nur noch eines Last­ sensors (7 oder 14) und überhaupt keines Verzögerungs­ sensors mehr. Die Zentraleinheit ersetzt in diesem Falle den streng stabilitätsoptimierten Betrieb durch einen angenähert stabilitätsoptimierten Betrieb der Bremsanlage. Dieser im praktischen Einsatz des Fahr­ zeuges kaum ins Gewicht fallende Unterschied ist jedoch angesichts der durch den Entfall der genannten Sensoren gebotenen erheblichen Vereinfachung und Kostenersparnis gerechtfertigt.

Obwohl die Darstellung in Fig. 1 auf Bremsen in Trommelbauart hinweist, läßt sich die an diesem Aus­ führungsbeispiel erläuterte Lehre auch ohne weiteres auf andere Bremsenbauarten, z. B. Scheibenbremsen, übertragen.

Der Fachmann erkennt, daß sich der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht in dem Ausführungsbei­ spiel erschöpft, sondern alle Ausgestaltungen umfaßt, deren Merkmale sich den Patentansprüchen unterordnen.

Claims (3)

1. Bremsanlage für ein Fahrzeug, welche für die Vorderachsgruppe des Fahrzeugs wenigstens eine druckbetätigte Vorderachsbremse (1) mit wenig­ stens einem Vorderachs-Bremsbelag (13, 15) und für die Hinterachsgruppe des Fahrzeugs wenigstens eine Hinterachsbremse (2) mit wenigstens einem Hinterachs-Bremsbelag (6, 8) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorbestimmten Auslastung (G) des Fahrzeugs zwischen 70% und 100% seines zulässi­ gen Gesamtgewichts die Fläche des Vorderachs-Bremsbelags (13, 15) sich zu der Fläche des Hinterachs-Bremsbelags (6, 8) wie die statische Vorderachsgruppen-Last (G₁) zur statischen Hinter­ achsgruppen-Last (G₂) verhält.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorderachsgruppe eine einzelne Vorderachse ist.

3. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinter­ achsgruppe eine einzelne Hinterachse ist.