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Stand der Technik
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Zurzeit sind hydraulische Bremssysteme mit ABS-Funktionalität (Antiblockiersystem) und ESP-Funktionalität (Elektronisches Stabilitäts-Programm) bei Personenkraftwagen weit verbreitet und als Hilfs- oder Fremdkraftbremssystem ausgeführt. Beim Fremdkraftbremssystem ist eine Fremddruckquelle vorhanden, die unter Druck stehendes Druckmittel für den Bremsvorgang zur Verfügung stellt. Bei Hilfskraftbremssystemen wird der Bremsdruck durch den Pedaldruck des Fahrers erzeugt. Bei den bekannten Fremdkraftbremssystemen ist zumeist ein Energiespeicher vorhanden, insbesondere eine unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit. Alternativ gibt es sogenannte Power-on-Demand Systeme, die den benötigten Hydraulikdruck stets im Bedarfsfall (Bremsfall) durch Energieumwandlung (vorzugsweise aus elektrischer Energie, zur Verfügung stellen. Aus dem Nutzfahrzeugsegment sind pneumatische Bremssysteme mit ABS- und ESP-Funktionalität bekannt. Im Vergleich zu pneumatisch basierten Systemen zeichnen sich hydraulische Systeme durch ihre hohe Energiedichte und somit durch ihren geringeren Bauraum aus. Des Weiteren benötigen pneumatische Bremssysteme einen vergleichsweise hohen gerätetechnischen Aufwand zur Erzeugung, Aufbereitung und Speicherung des Druckmediums (Luft).
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Nutzfahrzeuge (zum Beispiel für den Einsatz als Landmaschinen im Off-Highway-Bereich) verfügen oftmals über hydraulische Bremskraftanlagen und über einen zentralen Hydraulikspeicher als Energiequelle, es ist jedoch keine ABS- oder ESP-Funktionalität vorhanden. Im Unterschied zur Personenkraftwagen-Bremshydraulik, die auf Eythelen basierte Druckübertragungsmedien (DOT-Bremsflüssigkeit) zurückgreift, verwenden Off-Highway- Fahrzeuge in der Regel ein mineralölbasierendes Übertragungsmedium. Durch die Unterschiede im Übertragungsmedium, einem oftmals höheren Leistungsbedarf der Bremsanlage, sowie unterschiedliche hydraulische Architekturen können die Technologien aus dem Personenkraftwagen-Bereich nicht in den Off-Highway-Bereich übertragen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Um eine sichere, kostengünstige und einfach aufgebaute Bremsanlage, insbesondere für Nutzfahrzeuge, zu schaffen, wird vorgeschlagen, die Bremsanlage mit einem Bremspedal, mindestens einem Bremsventil, mindestens einem Bremszylinder, einem Steuerventil, einer Fremddruckquelle mit einem Druckmittel und einem Druckmitteltank auszustatten, wobei die Bremsanlage zur Realisierung einer Fremdkraftbremse ein elektrohydraulisches Bremssystem aufweist, das in einem Fehlerfall zur Realisierung einer Hilfskraftbremse in ein hydrostatisches Bremssystem umgeschaltet wird, wobei im elektrohydraulischen Betriebsfall das Steuerventil in einer ersten Stellung eine hydraulische Verbindung zum Druckmitteltank herstellt und wobei im hydrostatischen Betriebsfall das Steuerventil in einer zweiten Stellung eine hydraulische Verbindung zum Bremspedal bewirkt. Die erfindungsgemäße Bremsanlage besitzt demzufolge ein elektrohydraulisches Bremssystem zur Realisierung einer Fremdkraftbremse, wobei in einem Fehlerfall, beispielsweise dem Ausfall der Fremddruckquelle, zur Realisierung einer Hilfskraftbremse ein hydrostatisches Bremssystem vorgesehen ist. Der Übergang vom elektrohydraulischen Bremssystem zum hydrostatischen Bremssystem erfolgt durch einfaches Umschalten von mindestens einem Ventil, insbesondere dem Steuerventil. Hierbei ist vorgesehen, dass das erwähnte Steuerventil in der ersten Stellung das elektrohydraulische Bremssystem realisiert, bei dem eine hydraulische Verbindung zum Druckmitteltank hergestellt wird und wobei im hydrostatischen Betriebsfall zur Realisierung der Hilfskraftbremse das Steuerventil die zweite Stellung einnimmt, in der eine hydraulische Verbindung zum Bremspedal geschaffen ist. Hierdurch ist es möglich, situativ das elektrohydraulische Bremssystem in das bewährte, sichere „konventionelle Bremssystem“, also das Hilfskraftbremssystem, als Rückfallebene zu überführen.
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Das Nutzfahrzeug kann eine Landmaschine oder eine mobile Arbeitsmaschine sein. Zum Beispiel kann die Landmaschine ein Traktor sein. Unter einem Off-Highway-Bereich ist ein Bereich zu verstehen, der auch nicht-befestigte bzw. nicht asphaltierte Verkehrswege einschließt. Bevorzugt ist der Off-Highway-Bereich ein Offroad-Bereich.
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Unter einem Fehlerfall kann ein technischer Ausfall oder eine technische Betriebsstörung eines der Elemente der Bremsanlage verstanden werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Anschlussventil vorgesehen, das im elektrohydraulischen Betriebsfall die Fremddruckquelle mit dem Bremsventil hydraulisch verbindet und das im hydrostatischen Betriebsfall die Fremddruckquelle vom Bremsventil hydraulisch trennt. Im verbundenen Zustand wird somit der hydraulische Druck der Fremddruckquelle für den Betrieb des Bremssystems verwendet, der bei der Realisierung der Hilfskraftbremse, also dem hydrostatischen Betriebsfall, nicht erforderlich ist.
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Vorzugsweise ist das Steuerventil als 4/2-Ventil ausgebildet.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Bremsventil als 3/2-Ventil ausgebildet ist.
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Ferner ist vorzugsweise ein Tankventil vorgesehen, das im elektrohydraulischen Betriebsfall das Bremsventil mit dem Druckmitteltank und/oder dem Steuerventil hydraulisch verbindet und das im hydrostatischen Betriebsfall das Bremsventil und/oder das Steuerventil von dem Druckmitteltank hydraulisch trennt. Das Tankventil sorgt demzufolge dafür, dass bei der Fremdkraftbremse das Druckmittel in den Druckmitteltank rückgeführt wird. Im Falle der Hilfskraftbremse soll dies nicht erfolgen, vielmehr soll der durch Bremspedalbetätigung erzeugte Druck im System für das Bremsen zur Verfügung stehen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Bremspedal mit einem elektrischen Pedalweggeber verbunden ist und dass im elektrohydraulischen Betriebsfall das Steuerventil das Bremspedal mit einem Bremswegsimulator hydraulisch verbindet. Der das Bremspedal betätigende Fahrer des Fahrzeugs erhält durch den Pedalwegsimulator eine Rückmeldung, das heißt, er tritt das Pedal gegen einen entsprechenden Widerstand, der vom Pedalwegsimulator realisiert wird.
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Der vom Bremspedal zurückgelegte Weg beim Betätigen der Bremse wird vom elektrischen Pedalweggeber erfasst und entsprechenden Komponenten der Bremsanlage zugeführt, um eine entsprechende, dem Bremsvorgang entsprechende Ventilsteuerung vorzunehmen.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Bremsventil, das Steuerventil, das Anschlussventil und/oder das Tankventil als mechanische Rückstellkraftventile ausgebildet sind. Werden diese Ventile nicht angesteuert, so sorgt die mechanische Rückstellkraft für eine Ausgangsstellung der Ventile.
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Die Ansteuerung der verschiedenen Ventile erfolgt vorzugsweise elektrisch. Aus diesem Grunde sind das Bremsventil, das Steuerventil, das Anschlussventil und/oder das Tankventil als elektrisch ansteuerbare Ventile ausgebildet.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Bremsanlage, das sich dadurch auszeichnet, dass das Steuerventil im elektrischen Betriebsfall in die erste Stellung und im hydrostatischen Betriebsfall in die zweite Stellung geschaltet wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zum Betreiben der erfindungsgemäßen Bremsanlage, das sich dadurch auszeichnet, dass es speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Bremsanlage das Steuergerät auf.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computer-Programm-Produkt. Dieses zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass es dazu programmiert ist, den Ablauf des Verfahrens gemäß Anspruch 10 durchzuführen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computer-Programm-Produkt, das sich durch das erfindungsgemäße Computer-Programm in maschinenlesbarer Form auszeichnet.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:
- 1 einen hydraulischen Schaltplan der Bremsanlage,
- 2 den Schaltplan der 1 im elektrohydraulischen Betriebsfall beim Teilbremsen mit überlagerter Radschlupfregelung am Rad hinten links,
- 3 den Schaltplan der 1 beim radindividuellen Radschlupfaufbau und
- 4 den Schaltplan der 1 im hydrostatischen Betriebsfall beim Teilbremsen.
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Der hydraulische Schaltplan der 1 zeigt ein Bremspedal 1, das hydraulisch mit einem Steuerventil 2 über eine Hydraulikleitung 3 verbunden ist. Das Steuerventil 2 ist als 4/2-Ventil ausgebildet. Ferner zeigt die 1 eine Fremddruckquelle 4, die über eine Hydraulikleitung 5 mit einem Anschlussventil 6 verbunden ist. Das Anschlussventil 6 steht über Hydraulikleitungen 7 mit vier Bremsventilen 8, 9, 10 und 11 in Verbindung. Das Bremsventil 8 ist mit Bremszylindern 12 für ein Vorderrad links und ein Vorderrad rechts eines Nutzfahrzeugs mittels Hydraulikleitungen 13 verbunden. Das Bremsventil 9 ist über eine Hydraulikleitung 15 mit einem Bremszylinder 14 für ein Hinterrad links des Fahrzeugs verbunden. Das Bremsventil 10 steht über eine Hydraulikleitung 16 mit einem Bremszylinder 17 eines rechten Hinterrads des Fahrzeugs in Verbindung. Das Bremsventil 11 ist über eine Hydraulikleitung 18 mit Bremsen eines Anhängers 19 des erwähnten Fahrzeugs verbunden. Ferner sind Hydraulikleitungen 20 vorgesehen, die zum Steuerventil 2 führen. Vom Steuerventil 2 geht eine Hydraulikleitung 21 aus und führt zu einem Tankventil 22. Das Tankventil 22 ist über eine Hydraulikleitung 23 mit einem Druckmitteltank 24 verbunden.
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Die Bremsventile 8, 9, 10 und 11, das Steuerventil 2, das Anschlussventil 6 und das Tankventil 22 sind als mechanische Rückstellkraftventile ausgebildet sowie ferner als elektrisch ansteuerbare Ventile realisiert. Das Steuerventil 2 steht über eine Hydraulikleitung 25 mit einem Pedalwegsimulator 26 in Verbindung. Die Bremsventile 8, 9, 10 und 11 sind als 3/2-Ventile ausgebildet. Die Ventilfunktion und der Aufbau der genannten Ventile 2, 6, 8, 9, 10, 11 und 22 ergeben sich aus den 1-4 und muss daher nicht im Einzelnen beschrieben werden.
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Die 2 zeigt die Bremsanlage im elektrohydraulischen Betriebsfall. Es liegt somit eine Fremdkraftbremse vor, die sich im Teilbremsbetrieb im By-Wire-Zustand mit überlagerter Radschlupfregelung am Rad hinten links befindet. Es ist ersichtlich, dass die Fremddruckquelle 4 über das Anschlussventil 6 an die Bremsventile 8, 9, 10 und 11 angeschlossen ist, wobei eine Bremsung der Räder vorne links, vorne rechts sowie hinten rechts und auch des Anhängers erfolgt. Beim Rad hinten links erfolgt eine Radschlupfregelung, wobei momentan kein Bremsdruck anliegt, sondern das Druckmittel über die Leitung 20, das Steuerventil 2 und das Tankventil 22 zurück in den Druckmitteltank 24 strömen kann. Die Stellung des Bremspedals 1 wird elektrisch erfasst und führt zu einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung der erwähnten Ventile 2, 6, 8, 9, 10, 11 und 22. Damit der Fahrer des Nutzfahrzeugs eine Rückmeldung erhält, wird von dem Bremspedal 1 eine hydraulische Verbindung über die Hydraulikleitung 3, das Steuerventil 2 und die Hydraulikleitung 25 zum Pedalwegsimulator 26 geschaffen.
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Die 3 zeigt das gemäß 2 beschriebene System in einem anderen Zustand, und zwar bei einem radindividuellen Radschlupfaufbau. Es ist ersichtlich, dass eine Bremsung bei den Vorderrädern rechts und links erfolgt, während die beiden Hinterräder und der Anhänger nicht gebremst werden.
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Tritt ein Fehlerfall auf, beispielsweise der Ausfall der Fremddruckquelle 4, so ergibt sich erfindungsgemäß bei der Bremsanlage der 1 der Zustand gemäß 4. Es liegt dann aufgrund der Umschaltung des Steuerventils 2 ein hydrostatischer Betriebsfall vor, das heißt, es wird eine Hilfskraftbremse realisiert. Die 4 zeigt, dass der durch das Bremspedal 1 aufgebaute hydraulische Druck über die Hydraulikleitung 3, das Steuerventil 2 und die Hydraulikleitungen 20 sowie den Bremsventilen 8, 9 10 und 11 allen vier Rädern und auch dem Anhänger zugeführt wird. Durch den Fehlerfall hat das Anschlussventil 6 die aus der 4 hervorgehende Stellung eingenommen, wodurch die Fremddruckquelle 4 vom Gesamtsystem getrennt ist.
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Aufgrund der Erfindung ist ein Bremssystem geschaffen, das es einerseits ermöglicht, das Bremsmoment mit dem Ziel einer Schlupfregelung oder das vom Fahrer vorgegebene Niveau radindividuell zu reduzieren und andererseits vom Fahrer unabhängig radindividuelle Bremsmomente aufzubauen. Durch die Auslegung als Fremdkraftbremse ergibt sich die Möglichkeit des aktiven Druckaufbaus ohne Fahrerrückwirkung. Mit dieser Möglichkeit lassen sich Mehrwertfunktionen wie Lenkbremse, aktive Anhängerbremse, Fahrdynamikregelung, Traktionsregelung und Berganfahrassistent darstellen. Der vorstehende Systemzustand trägt die Bezeichnung „By-Wire“, das System wirkt als Fremdkraftbremse. Eine Hilfskraftbremse liegt vor, wenn sich das System im sogenannten „Backup“ befindet. Der Fahrer hat die Möglichkeit, hydraulisch zu bremsen, das heißt, er hat einen hydraulischen Durchgriff auf die Rad- und Anhängerbremsen. Diese „Fail-Safe-Auslegung“ ist ein besonderes Alleinstellungsmerkmal dieses Systems. Im Fehlerfall erfolgt somit ein Rückfall auf den Zustand „Backup“, wodurch eine sehr hohe Betriebssicherheit erzielt wird. Fehlerzustände können beispielsweise dadurch auftreten, dass die elektrische Energieversorgung ausfällt, dass die hydraulische Energieversorgung ausfällt oder dass beispielsweise ein Fehler im System vorliegt. Im Systemzustand „Backup“ wird kein Ventil elektrisch angesteuert. Durch die Ausführung der erwähnten Ventile als mechanische Rückstellkraftventile werden sie durch die mechanischen Rückstellkräfte in den Stellungen gemäß 1 gehalten.
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Die erwähnten Ventile 2, 6, 8, 9,10, 11 und 22 sind in der in der 2 dargestellten Position in einem Teilbremszustand im By-Wire-Modus. Über Druckregelventile wird der Raddruck, der durch die Werte des Pedalweggebers (sDrv) und dem Fahrerdruck (pDrv) ermittelt und eingeregelt. Ein unterlagerter Antiblockierregler vergleicht die Radgeschwindigkeiten und reduziert bei einem zu hohen Radschlupf radindividuell den Raddruck unter das Fahrerwunschniveau. Zum radindividuellen Bremsmoment gemäß 3 tritt eine Stabilisierung beziehungsweise Komfortverbesserung ein. In diesem Falle kann über die proportionalen Druckregelventile individuell das jeweilige Rad angesteuert werden.
