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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Notstoppen eines Nutzfahrzeugs, vorzugsweise autonomes Nutzfahrzeug, wobei das Nutzfahrzeug ein pneumatisches Bremssystem mit einem primären Betriebsbremssystem und einem Feststellbremssystem, die von wenigsten einem Druckluftvorrat versorgt werden, wobei das primäre Betriebsbremssystem eine primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit zum Steuern des primären Betriebsbremssystems und Betriebsbremsaktuatoren aufweist, wobei das Feststellbremssystem eine elektronische Feststellbremssteuereinheit zum Steuern des Feststellbremssystems und Feststellbremsaktuatoren an wenigstens einer Fahrzeugachse aufweist, und wobei das pneumatische Bremssystem Raddrehzahlsensoren aufweist, die Raddrehzahlsignale an der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und der elektronischen Feststellbremssteuereinheit bereitstellen. Die Erfindung betrifft ferner ein pneumatisches Bremssystem mit einer Notstopp-Funktion für ein Nutzfahrzeug, vorzugsweise autonomes Nutzfahrzeug, umfassend: ein primäres Betriebsbremssystem und ein Feststellbremssystem, die von wenigsten einem Druckluftvorrat versorgt werden, wobei das primäre Betriebsbremssystem eine primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit zum Steuern des primären Betriebsbremssystems und Betriebsbremsaktuatoren aufweist, wobei das Feststellbremssystem eine elektronische Feststellbremssteuereinheit zum Steuern des Feststellbremssystems und Feststellbremsaktuatoren an wenigstens einer Fahrzeugachse aufweist; und Raddrehzahlsensoren, die Raddrehzahlsignale an der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und der elektronischen Feststellbremssteuereinheit bereitstellen.
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In modernen elektronisch steuerbaren pneumatischen Bremssystemen, die insbesondere bei Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, die für einen autonomen Fahrbetrieb vorgesehen sind, ist es wichtig, Maßnahmen bereitzustellen, die bei einem Fehler in dem Bremssystem dennoch ein sicheres Verzögern des Nutzfahrzeugs zulassen. Hier gibt es Ansätze, vollständig redundante Bremssysteme einzusetzen, teilweise redundante Bremssysteme oder nur verschiedene Ebenen in einem Bremssystem, sodass bei einem Fehler in einer ersten Ebene das Bremssystem in einer zweiten Ebene wenigstens eingeschränkt weiterbetrieben werden kann.
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Tritt jedoch beispielsweise ein Doppelfehler auf, der sowohl das primäre Bremssystem als auch das redundante Bremssystem betrifft, besteht Gefahr, dass das Nutzfahrzeug nicht mehr kontrolliert gebremst werden kann. Für solche Fälle besteht Bedarf, ein System bereitzustellen, das ein sicheres Verzögern des Fahrzeugs zulässt.
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Ein System, das insbesondere auf eine hohe Restverfügbarkeit abzielt, ist beispielsweise aus
DE 10 2014 013 756 B3 bekannt. Dort ist eine elektrische Ausrüstung eines Fahrzeugs mit einer wenigstens teilweise elektrischen Brems- und Lenkeinrichtung offenbart, die umfasst: eine elektrische oder elektromechanische Lenkeinrichtung, die mit einem Lenkgetriebe verbunden ist und eine elektronische Lenksteuereinrichtung sowie einen elektrischen Lenksteller umfasst, und eine Betriebsbremseinrichtung. Als Betriebsbremseinrichtung wird in
DE 10 2014 013 756 B3 eine elektropneumatische Betriebsbremseinrichtung vorgeschlagen, welche eine elektropneumatische Betriebsbremsventileinrichtung, eine elektronische Bremssteuereinrichtung, elektropneumatische Modulatoren sowie pneumatische Radbremsaktuatoren umfasst, wobei die elektronische Bremssteuereinrichtung die elektropneumatischen Modulatoren elektrisch steuert, um pneumatische Bremsdrücke oder Bremssteuerdrücke für die pneumatischen Radbremsaktuatoren radindividuell, achsindividuell oder seitenindividuell zu erzeugen. Die elektropneumatische Betriebsbremsventileinrichtung weist ein Betriebsbremsbetätigungsorgan, sowie ferner innerhalb eines elektrischen Betriebsbremskreises einen elektrischen Kanal mit einem vom Betriebsbremsbetätigungsorgan betätigbaren elektrischen Bremswertgeber auf. Weiterhin ist eine die Betätigungssignale empfangende elektronische Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche abhängig von den Betätigungssignalen Bremsanforderungssignale in die elektronische Bremssteuereinrichtung einsteuert, sowie innerhalb wenigstens eines pneumatischen Betriebsbremskreises wenigstens einen pneumatischen Kanal umfasst, bei welchem durch Betätigung des Betriebsbremsbetätigungsorgans aufgrund einer Fahrerbremsanforderung wenigstens ein Steuerkolben der Betriebsbremsventileinrichtung mit einer ersten Betätigungskraft belastet wird und der Steuerkolben in Antwort hierauf es erlaubt, pneumatische Bremsdrücke bzw. Bremssteuerdrücke für die pneumatischen Radbremsaktuatoren zu erzeugen. Die elektronische Auswerteeinrichtung der elektropneumatischen Betriebsbremsventileinrichtung umfasst weiterhin elektronische Steuermittel zum Erzeugen einer zweiten Betätigungskraft, unabhängig von einer Fahrerbremsanforderung, welche bei Vorliegen einer vom Fahrerwunsch unabhängigen Bremsanforderung im Bezug zur ersten Betätigungskraft gleichsinnig oder gegensinnig auf den Steuerkolben wirkt. Die elektropneumatische Betriebsbremseinrichtung wird von einer elektrischen Energiequelle versorgt, welche unabhängig von einer zweiten elektrischen Energiequelle ist, welche die elektropneumatische Betriebsbremsventileinrichtung mit elektrischer Energie versorgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass wenigstens eines der beiden Systeme möglichst immer funktioniert. Die elektrische oder elektropneumatische Lenkeinrichtung wird dabei von der zweiten elektrischen Energiequelle mit Energie versorgt. Hierdurch soll eine hohe Restverfügbarkeit erreicht werden. Das System ist allerdings komplex und lässt sich so nicht ohne Weiteres in jedem Nutzfahrzeug umsetzen.
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Ein System, das eine elektronisch pneumatisch gesteuerte Redundanz bereitstellt, ist in
DE 10 2016 005 318 A1 offenbart. Das dort offenbarte System nutzt ein Bypass-Ventil, um je nach Ausfall eines Subsystems Steuerdrücke weiterzuleiten, um so den jeweils elektrisch ausgefallenen Kreis wenigstens pneumatisch zu versorgen. Auch hierdurch wird die Restverfügbarkeit erhöht. Ähnliche Systeme sind in
DE 10 2016 010 462 A1 und in
DE 10 2016 010 464 A1 offenbart.
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Ferner offenbart
DE 10 2016 010 463 A1 ein System und Verfahren, bei welchem Vorsteuerventile über ein Redundanzsignal elektronisch angesteuert werden, falls ein Ausfall oder ein Defekt bei der elektronischen Ansteuerung von Radbremsen des Bremssystems festgestellt wird. Das System versucht dabei, das Blockieren von Rädern zu verhindern.
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Aus
DE 10 2017 002 716 ,
DE 10 2017 002 718 ,
DE 10 2017 002 719 sowie
DE 10 2017 002 721 sind Systeme bekannt, bei denen jeweils pneumatisch eine Redundanz erzeugt wird. Hierbei werden verschiedene ausgesteuerte Bremsdrücke, beispielsweise Vorderachs-, Hinterachs- oder Anhängerbremsdrücke genutzt, um diese ausgefallenen Systeme, wie beispielsweise dem Vorderachsbremskreis, Hinterachsbremskreis, Parkbremskreis oder Anhängerbremskreis, als Redundanzdruck bereitzustellen. Auf diese Weise wird eine untergelagerte pneumatische Redundanzebene erzeugt, sodass ebenfalls eine hohe Restverfügbarkeit erreicht wird.
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Darüber hinaus existieren auch Systeme, die den Anhänger mit einbeziehen, wie beispielsweise in
DE 10 2016 010 461 A1 offenbart.
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DE 10 2017 001 409 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs mit einem Fahrzeugsteuergerät zur Steuerung autonomer Fahrfunktionen des Fahrzeugs und mit einem Bremssteuergerät zur Steuerung von Bremsfunktionen eines insbesondere pneumatischen Bremssystems des Fahrzeugs mit wenigstens einer Bremseinrichtung, insbesondere einer Feststellbremse. Die Bremseinrichtung ist durch das Bremssteuergerät und/oder das Fahrzeugsteuergerät zum Bremsen aktivierbar und zum Fahren deaktivierbar, indem wenigstens ein Schaltelement angesteuert wird. Die in
DE 10 2017 001 409 A1 gezeigte Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass das Schaltelement, vorzugsweise ein Magnetventil, zwei elektrische Leiter zur Ansteuerung aufweist, wobei einer der beiden Leiter vom Bremssteuergerät und der andere der beiden Leiter vom Fahrzeugsteuergerät geschaltet wird.
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Die in
DE 10 2017 001 409 A1 gezeigte elektrische Verschaltung des Bremsventils mit sowohl dem Bremssteuergerät als auch dem Fahrzeugsteuergerät ermöglicht eine Ausfallsicherung. Es wird nämlich bei Ausfall oder Fehlfunktion bereits eines der beiden Steuergeräte die Bremseinrichtung über das Bremsventil aktiviert, da dann der Elektromagnet abgeschaltet wird. Dabei schaltet jedes der Steuergeräte nur der beiden Leiter der Zuleitung des Elektromagneten.
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Die Erfindung geht von derartigen Systemen aus und erkennt an, dass diese im Grunde gut funktionieren und für eine Vielzahl von Einsatzfällen geeignet sind. Dennoch gibt es Einsatzfälle, in denen ein Nutzfahrzeug, insbesondere als autonomes Nutzfahrzeug ausgebildet, bei einem Fehler, der auch außerhalb des Nutzfahrzeugs liegen kann, verzögert und gestoppt werden soll. Hier sieht die Erfindung einen Bedarf und setzt an, ein derartiges Verfahren und ein pneumatisches Bremssystem anzugeben, mittels derer ein Nutzfahrzeug, insbesondere autonomes Nutzfahrzeug, sicher gestoppt werden kann.
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In einem ersten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum Notstoppen eines Nutzfahrzeugs, vorzugsweise autonomen Nutzfahrzeugs, der eingangs genannten Art, wobei das pneumatische Bremssystem zum Empfangen eines Notstopp-Signals ausgebildet ist und das Verfahren die Schritte aufweist: Empfangen des Notstopp-Signals an der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit; Bremsen des Nutzfahrzeugs durch das primäre Betriebsbremssystem; Ermitteln einer Nutzfahrzeuggeschwindigkeit und bei Unterschreiten eines vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwerts und/oder nach einer vorbestimmten Notstopp-Zeit: Betätigen der Feststellbremsaktuatoren durch das Feststellbremssystem.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass bei Empfang des Notstopp-Signals zunächst durch das primäre Betriebsbremssystem das Nutzfahrzeug verzögert werden soll, vorzugsweise bis zum Stillstand, und, sobald ein Stillstand erreicht ist, das Feststellbremssystem die Federspeicherbremsaktuatoren betätigt, um den gestoppten Zustand des Nutzfahrzeugs zu sichern. Mit anderen Worten, wenn das Notstopp-Signal empfangen wird, wird vorzugsweise ein sogenanntes „Stop-in-lane“-Manöver durchgeführt und das Nutzfahrzeug auf der Stelle gebremst. Alternativ oder zusätzlich zum Unterschreiten des vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwerts werden die Feststellbremsaktuatoren vorzugsweise auch dann betätigt, wenn eine vorbestimmte Notstopp-Zeit vergangen ist. Die Notstopp-Zeit wird vorzugsweise ausgehend vom Empfang des Notstopp-Signals gemessen. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn entweder eine Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs nicht oder nicht richtig erfasst werden kann oder die Verzögerung durch das primäre Betriebsbremssystem nicht oder nicht richtig funktioniert, sodass die Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs nicht ausreichend schnell unter den vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwert sinkt. In diesem Fall kann durch Aktivieren der Feststellbremsaktuatoren dann eine zusätzliche Bremskraft erzeugt werden, um das Nutzfahrzeug sicher zu bremsen und zu stoppen.
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Der vorbestimmte Geschwindigkeitsschwellwert kann eine Geschwindigkeit von 0 m/s sein, sodass dieser nicht zwingend unterschritten, sondern nur erreicht werden muss. Bevorzugt liegt der Geschwindigkeitsschwellwert aber etwas höher, insbesondere bei 2 m/s oder weniger, 1 m/s oder weniger, 0,5 m/s oder weniger. Ein solcher Bereich kann als Stillstand des Nutzfahrzeugs angesehen werden.
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Die Erfassung der Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs erfolgt vorzugsweise über die Raddrehzahlsensoren, die Raddrehzahlsignale an der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und der elektronischen Feststellbremssteuereinheit bereitstellen und/oder durch ein oder mehrere weitere Sensoren, wie beispielsweise Sensoren an einem Getriebe, einer Kurbelwelle, Beschleunigungssensoren, Gyroskope, und/oder durch Unterstützung von Funktechnologie, wie GPS.
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Das Notstopp-Signal kann beispielsweise über einen externen Schalter bereitgestellt werden, der an einer Außenseite des Nutzfahrzeugs angebracht ist. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das Nutzfahrzeug ein autonomes Nutzfahrzeug ist, das beispielsweise auf einem Betriebshof eines Unternehmens autonom eingesetzt wird. Sollte dann ein Fehler auftreten, oder eine Gefahrensituation, könnte ein Mitarbeiter manuell den Notstopp-Knopf betätigen, um so die Bremsung des Nutzfahrzeugs auszulösen. Ein solcher Notstopp-Knopf ist vorzugsweise mit der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und/oder der elektronischen Feststellbremssteuereinheit verbunden, um auf diese Weise das Notstopp-Signal an diesen bereitzustellen. Er kann aber auch mit beispielsweise einem Fahrzeug-BUS des Nutzfahrzeugs verbunden sein, um über diesen Fahrzeug-BUS das Notstopp-Signal den elektronischen Steuereinheiten und/oder weiteren Einheiten oder Instanzen bereitzustellen. Das Notstopp-Signal kann aber ebenfalls drahtlos empfangen werden. Zu diesem Zweck weist das pneumatische Bremssystem vorzugsweise einen entsprechenden Empfänger auf, bzw. das Nutzfahrzeug weist einen derartigen drahtlosen Empfänger auf, der dann mit dem pneumatischen Bremssystem verbunden ist, wiederum gegebenenfalls und unter Verwendung eines des Fahrzeug-BUS-Systems. Auf diese Weise kann das Notstopp-Signal beispielsweise von einem entfernten Sender aus bereitgestellt werden, wie beispielsweise einer Fernbedienung eines Mitarbeiters des Unternehmens oder auch über Funkmasten, die sich sowohl auf einem Betriebshof eines Unternehmens befinden können als auch übliche Mobilfunkmaste sein können, falls das Nutzfahrzeug ein autonomes Nutzfahrzeug ist, das sich im regulären Straßenverkehr bewegt. Der Empfänger des Nutzfahrzeugs kann vorzugsweise ein Mobilfunkempfänger sein. Ebenfalls könnte vorgesehen sein, dass das Notstopp-Signal von weiteren Nutzfahrzeugen bereitgestellt wird, die sich in der Nähe des Nutzfahrzeugs befinden. Stellt beispielsweise ein weiteres Nutzfahrzeug einen Fehler fest, kann vorgesehen sein, dass dieses Nutzfahrzeug das Notstopp-Signal an die weiteren in der Umgebung befindlichen Nutzfahrzeuge sendet, um diese zum Bremsen zu veranlassen.
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Weiterhin kann bevorzugt das Notstopp-Signal ein internes Signal sein, das beispielsweise von einer übergeordneten Einheit, wie insbesondere einer Einheit für autonomes Fahren, einem Sicherheits-Gateway oder weiteren Modulen bereitgestellt wird. Dies kann insbesondere dann bevorzugt sein, wenn die Einheit für autonomes Fahren oder die weiteren Module eine Gefahrsituation erkennen, beispielsweise mithilfe optischer oder Radarsensoren, um so das Nutzfahrzeug unmittelbar zu stoppen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Notstopp-Signal auch an der elektronischen Feststellbremssteuereinheit empfangen und für den Fall, dass ein Bremsen des Nutzfahrzeugs durch das primäre Betriebsbremssystem nicht möglich ist, wird das Nutzfahrzeug durch das Feststellbremssystem gebremst. Erfindungsgemäß wird daher zunächst geprüft, ob das primäre Betriebsbremssystem das Nutzfahrzeug bremsen kann. Ist dies nicht der Fall, weil beispielsweise das primäre Betriebsbremssystem aufgrund eines pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Fehlers ausgefallen ist, übernimmt das Feststellbremssystem die Verzögerung und das Bremsen des Nutzfahrzeugs und sichert anschließend den Stillstand. Eine solche Abfrage kann beispielsweise von der elektronischen Feststellbremssteuereinheit an die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit gesendet werden und wenn keine Rückantwort empfangen wird, bzw. ein Time-out-Signal empfangen oder ermittelt wird, übernimmt die elektronische Feststellbremssteuereinheit das Bremsen und Stoppen des Nutzfahrzeugs. Es kann auch vorgesehen sein, dass die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit die elektronische Feststellbremssteuereinheit unmittelbar dazu instruiert, das Bremsen des Nutzfahrzeugs auszuführen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das pneumatische Bremssystem ein sekundäres Betriebsbremssystem, das von dem oder einem weiteren Druckluftvorrat versorgt wird, wobei das sekundäre Betriebsbremssystem eine sekundäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit zum Steuern des sekundären Betriebsbremssystems aufweist. Das Notstopp-Signal wird auch an der sekundären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit empfangen, und für den Fall, dass ein Bremsen des Nutzfahrzeugs durch das primäre Betriebsbremssystem nicht möglich ist, wird das Nutzfahrzeug durch das sekundäre Betriebsbremssystem gebremst. Das Notstopp-Signal kann mittels einer parallelen Leitung oder ein Bussystem sowohl an der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und der sekundären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit bereitgestellt werden, oder die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit und die sekundäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit sind in Reihe geschaltet. Das sekundäre Betriebsbremssystem sitzt also funktional zwischen dem primären Betriebsbremssystem und dem Feststellbremssystem. Gemäß dieser Ausführungsform soll das Bremsen in Antwort auf den Empfang des Notstopp-Signals zunächst durch das primäre Betriebsbremssystem ausgeführt werden. Wenn dies nicht oder nicht richtig möglich ist, soll das Bremsen durch das sekundäre Betriebsbremssystem ausgeführt werden. Wenn auch dies nicht oder nicht richtig möglich ist, soll das Bremsen durch das Feststellbremssystem durchgeführt werden. Das Notstopp-Signal kann auch in diesem Fall unmittelbar an der sekundären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit bereitgestellt werden, oder diese empfängt das Notstopp-Signal über den Fahrzeugbus oder von einem der weiteren Module, wie insbesondere der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit und/oder der elektronischen Feststellbremssteuereinheit.
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Auch in Bezug auf das sekundäre Betriebsbremssystem gilt das, was oben im Verhältnis zwischen dem primären Betriebsbremssystem und dem Feststellbremssystem beschrieben wurde. Das sekundäre Betriebsbremssystem kann dann übernehmen, wenn das primäre Betriebsbremssystem nicht oder nicht richtig funktioniert. Dazu kann das sekundäre Betriebsbremssystem vorzugsweise das primäre Betriebsbremssystem abfragen und/oder von diesem ein Time-out-Signal empfangen bzw. ein derartiges Time-out-Signal ermitteln. Das sekundäre Betriebsbremssystem kann auch unmittelbar vom primären Betriebsbremssystem durch ein veranlassendes Signal instruiert werden, die Bremsung durchzuführen.
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Für den Fall, dass das primäre Betriebsbremssystem und auch das gegebenenfalls vorgesehene sekundäre Betriebsbremssystem nicht in Antwort auf das Notstopp-Signal das Nutzfahrzeug bremsen können und das Feststellbremssystem dazu verwendet wird, das Nutzfahrzeug zu bremsen, kann das Bremsen einerseits unmittelbar, andererseits gestuft erfolgen. Unter einem unmittelbaren Bremsen wird verstanden, dass die Feststellbremsaktuatoren des Feststellbremssystems unmittelbar und vorzugsweise mit maximaler Kraft betätigt werden. Gestuft bedeutet, dass die Feststellbremsaktuatoren nicht unmittelbar, sondern gegebenenfalls zunächst mit geringerer Kraft betätigt werden. Hierdurch kann ein Blockieren der entsprechenden Achse, an der die Feststellbremsaktuatoren vorgesehen sind, verhindert werden. Vorzugsweise kann die gestufte Betätigung der Feststellbremsaktuatoren schlupfgeregelt, geschwindigkeits- und/oder reibwertabhängig erfolgen. Beispielsweise kann eine ABS-Funktionalität mittels der Feststellbremsaktuatoren umgesetzt werden. Diese kann einerseits durch die elektronische Feststellbremssteuereinheit oder durch eine andere Steuereinheit, wie eine separat vorgesehene ABS-Steuereinheit, umgesetzt werden. Hierdurch kann die Sicherheit erhöht werden und ein sicheres „Stop-in-lane“-Manöver kann durchgeführt werden. Blockieren von einer oder mehreren Fahrzeugachsen kann im Extremfall zu einem instabilen Bremsen und zum Ausbrechen des Fahrzeugs führen, was vorzugsweise verhindert wird.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Ermitteln der vorbestimmten Notstopp-Zeit. Die vorbestimmte Notstopp-Zeit kann einerseits fest vorgegeben und in einem elektronischen Modul hinterlegt sein, andererseits wird sie vorzugsweise situationsabhängig ermittelt, vorzugsweise durch das Bremssystem, vorzugsweise durch die primäre elektronische Steuereinheit und/oder die elektronische Feststellbremssteuereinheit. Sie kann auch durch eine übergeordnete Einheit vorgegeben sein, sodass das Ermitteln der vorbestimmten Notstopp-Zeit auch ein Abrufen des Werts aus einem übergeordneten oder anderen System sein kann.
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Die vorbestimmte Notstopp-Zeit kann basierend auf einem oder mehreren Parametern vorgegeben werden. Derartige Parameter umfassen die Zustandsgrößen des primären oder sekundären Betriebsbremssystems, Aktivität einer ABS-Funktion; Raddrehzahlsignale, Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs, vorzugsweise zum Zeitpunkt des Empfangs des Notstopp-Signals, Reibwert, erwarteter Reibwert und Fahrzeuggewicht. Weitere Parameter können ebenfalls herangezogen werden. Die Parameter können kombiniert und verschieden gewichtet werden. Zustandsgrößen des primären oder sekundären Betriebsbremssystems sind insbesondere Fehlerzustände, Restverfügbarkeiten, Drücke in Druckluftvorräten sowie das Vorhandensein zusätzlicher Fahrstabilitätsfunktionen, wie ABS, ASR, ESP und dergleichen. Als weitere Parameter werden vorzugsweise gelernte Werte oder Verläufe des Bremssystems, wie vorzugsweise gelernte Kraftübertragungsverhalten der Betriebsbrems- und/oder Feststellbremsaktuatoren, gelernte Schlupfwerte, gelernte Reibwerte, gelernte auf Reifen des Nutzfahrzeugs bezogene Werte. Auf diese Weise kann eine Abschätzung der maximalen Bremskraft unter Berücksichtigung des Reibwerts ausgeführt werden, vorzugsweise durch eine elektronische Steuereinheit des Bremssystems.
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Die Feststellbremsaktuatoren umfassen vorzugsweise eine oder mehrere Federspeicherbremszylinder, die belüftet geöffnet sind und entlüftet durch eine Federkraft zuspannen. Der Schritt des Bremsens des Nutzfahrzeugs durch das Feststellbremssystem umfasst in diesem Fall vorzugsweise ein Entlüften wenigstens von einem der Federspeicherbremszylinder. Der Vorteil derartiger Federspeicherbremszylinder liegt insbesondere darin, dass sie drucklos zuspannen können, während übliche Betriebsbremsaktuatoren drucklos geöffnet sind und nur bei Anliegen eines einen Grenzwert überschreitenden Drucks zuspannen. Die Federspeicherbremszylinder können an einer oder mehreren Fahrzeugsachsen vorgesehen sein. Typischerweise sind sie bei Nutzfahrzeugen an der Hinterachse vorgesehen. Federspeicherbremszylinder können auch als sogenannte Kombizylinder oder Tristopzylinder zusammen mit Betriebsbremszylindern eingesetzt werden, sodass hier kaum zusätzlicher Bauraum erforderlich ist.
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Bevorzugt weist das Feststellbremssystem ferner eine Feststellbremsventileinheit auf, welche einerseits mit dem oder einem weiteren Druckluftvorrat und andererseits mit den Feststellbremsaktuatoren verbunden ist, wobei die elektronische Feststellbremssteuereinheit zum Betätigen der Feststellbremsaktuatoren durch das Feststellbremssystem ein oder mehrere Ventile der Feststellbremsventileinheit schaltet. Derartige Feststellbremsventileinheiten sind im Grunde bekannt und können in verschiedener Ausprägung eingesetzt werden. Die elektronische Feststellbremssteuereinheit kann mit der Feststellbremsventileinheit zu einem Modul integriert sein, wobei dies nicht zwingend ist. Die elektronische Feststellbremsventileinheit kann auch zusammen mit der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit in ein Modul integriert oder auf einer Platine vorgesehen sein oder auch nur eine Software in stanz der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit bilden. Die Feststellbremsventileinheit kann auch mit weiteren Ventileinheiten, wie insbesondere einem Achsmodulator, Vorder- oder Hinterachsmodulator, Anhängersteuerventil oder dergleichen integriert sein. Insbesondere die Integration von elektronischer Feststellbremssteuereinheit, Feststellbremsventileinheit sowie einer etwaig vorgesehenen Anhängersteuereinheit zu einem Modul ist bevorzugt und kann Bauraumvorteile mit sich bringen.
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In einer Variante ist die Feststellbremsventileinheit monostabil ausgebildet und durch Bereitstellen eines elektrischen Signals, vorzugsweise durch die elektronische Feststellbremssteuereinheit, in eine erste Schaltstellung schaltbar, in der die Feststellbremsaktuatoren gelöst sind. Bei Wegfall des elektrischen Signals schaltet die Feststellbremsventileinheit monostabil in eine zweite Schaltstellung, in der die Feststellbremsaktuatoren zugespannt sind. Dies ist besonders einfach umzusetzen, wenn die Feststellbremsaktuatoren Federspeicherbremszylinder der oben beschriebenen Art sind. Zum Lösen der Feststellbremsaktuatoren ist in diesem Fall eine Druckluft notwendig. Die monostabile Feststellbremsventileinheit kann also so ausgelegt werden, dass sie stromlos geschlossen ist und bei Bereitstellen des Signals bestromt geöffnet wird. Hierzu kann beispielsweise ein 3/2-Wegeventil vorgesehen sein, welches in einer ersten stabilen, also unbestromten Schaltstellung den Federspeicherbremszylinder mit einer Entlüftung bzw. der Umgebung verbindet und in einer zweiten Schaltstellung, welche das 3/2-Wegeventil dann einnimmt, wenn das Signal bereitgestellt wird, den Federspeicherbremszylinder mit dem Druckluftvorrat verbindet. Nur bei Bereitstellen des Signals wird also der Federspeicherbremszylinder mit dem Druckluftvorrat verbunden und so gelöst. Fällt das Signal weg, wird das 3/2-Wegeventil monostabil in die erste Schaltstellung geschaltet, in der der Federspeicherbremszylinder mit der Entlüftung verbunden ist, sodass der Federspeicherbremszylinder in diesem Fall zuspannt und das Nutzfahrzeug bremst bzw. festlegt.
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Eine solche Auslegung der Feststellbremsventileinheit wird auch als „Fail-safe“ bezeichnet. Wichtig ist hierbei, dass die Feststellbremsventileinheit tolerant gegen Einfachfehler ist. Das heißt, diese Auslegung der Feststellbremsventileinheit ist insbesondere dann bevorzugt, wenn neben dem primären Betriebsbremssystem auch das sekundäre Betriebsbremssystem vorgesehen ist, sodass Einfachfehler in dem primären Betriebsbremssystem durch das sekundäre Betriebsbremssystem ausgeglichen werden können. Wird das Nutzfahrzeug auf einem begrenzten Bereich betrieben, wie beispielsweise auf einem Unternehmensgrundstück nur zu internen Zwecken, kann eine solche monostabile Auslegung der Feststellbremsventileinheit allerdings auch bei nicht toleranten Systemen eingesetzt werden.
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In einer Variante ist bevorzugt, dass die Feststellbremsventileinheit bistabil ausgebildet ist und ein Bistabilventil sowie ein monostabiles Halteventil aufweist, wobei das Bistabilventil eine stabile Lösestellung und eine stabile Schließstellung aufweist, wobei in der Lösestellung des Bistabilventils die Feststellbremsaktuatoren gelöst werden können und in der Schließstellung des Bistabilventils die Feststellbremsaktuatoren zugespannt werden können. Das Halteventil sperrt dann vorzugsweise einen vom Bistabilventil in der Lösestellung ausgesteuerten Druck ein. Das Verfahren umfasst in dieser Variante vorzugsweise ferner die Schritte: Schalten des Bistabilventils in die Lösestellung zum Lösen der Feststellbremsaktuatoren; Schalten des Halteventils in eine aktivierte Schaltstellung zum Einsperren des vom Bistabilventil ausgesteuerten Drucks; und Schalten des Bistabilventils in die Schließstellung. Ein solches Bistabilventil kann elektromagnetisch ausgebildet sein, indem es zwei elektromagnetische Raststellungen aufweist, oder rein pneumatisch über eine Selbsthaltung realisiert werden.
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In einem zweiten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein pneumatisches Bremssystem mit einer Notstopp-Funktion für ein Nutzfahrzeug, vorzugsweise autonomes Nutzfahrzeug, der eingangs genannten Art, wobei die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Notstopp-Signal zu empfangen, und in Antwort hierauf das Nutzfahrzeug durch das primäre Betriebsbremssystem zu bremsen, wobei die elektronische Feststellbremssteuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Nutzfahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln und bei Unterschreiten eines vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwerts und/oder einer vorbestimmten Notstopp-Zeit die Feststellbremsaktuatoren durch das Feststellbremssystem zu betätigen.
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Es soll verstanden werden, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie das pneumatische Bremssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für bevorzugte Ausführungsformen des pneumatischen Bremssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vollumfänglich verwiesen.
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In einem dritten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Nutzfahrzeug, insbesondere autonomes Nutzfahrzeug, mit einem pneumatischen Bremssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, welches zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend bevorzugten Ausführungsformen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das pneumatische Bremssystem des Nutzfahrzeugs gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung anders ausgebildet ist als das pneumatische Bremssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Nutzfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise ein autonomes Nutzfahrzeug und weist neben dem pneumatischen Bremssystem auch einen Antriebsstrang sowie eine Einheit für autonomes Fahren mit entsprechenden Peripheriegeräten auf.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs samt pneumatischem Bremssystem
- 2 eine Detaildarstellung einer Feststellbremsventileinheit; und
- 3 ein schematischer Ablauf des Verfahrens als Blockschaltbild.
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Ein Nutzfahrzeug 1, das vorzugsweise als autonomes Nutzfahrzeug 2 ausgebildet ist, hat ein pneumatisches Bremssystem 4, das elektronisch steuerbar ist. Das pneumatische Bremssystem 4 ist vorliegend in dem Nutzfahrzeug 1 eingesetzt, welches hier stark schematisch dargestellt ist, und welches hier insbesondere mit zwei Vorderrädern 6a, 6b einer Vorderachse VA und Hinterrädern 8a, 8b einer Hinterachse HA dargestellt ist.
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Das pneumatische Bremssystem 4 weist in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein primäres Betriebsbremssystem 10 auf sowie ein Feststellbremssystem 12. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (1) ist kein sekundäres Betriebsbremssystem vorgesehen; siehe hierzu 3.
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Das primäre Betriebsbremssystem 10 umfasst eine primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14, die das primäre Betriebsbremssystem sowie die diesem zugeordneten Betriebsbremsaktuatoren 16a, 16b, 16c, 16d an der Vorderachse VA und der Hinterachse HA steuert. Das Feststellbremssystem 12 weist eine elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 auf, die hier zusammen mit einer im Weiteren noch näher zu beschreibenden Feststellbremsventileinheit 20 in ein Feststellbremsmodul 22 integriert ist. Sowohl die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 als auch die Feststellbremssteuereinheit 18 sind über einen Fahrzeug-BUS 24 mit einer Einheit für autonomes Fahren 25 verbunden. Die Einheit für autonomes Fahren 25 stellt insbesondere Trajektoriensignale bereit, die dann von der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit umgesetzt werden, um das Nutzfahrzeug 1 zu bremsen.
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Über den Fahrzeug-BUS 24 werden auch Signale bereitgestellt, die aus dem pneumatischen Bremssystem 4 stammen, nämlich insbesondere auch Signale von Raddrehzahlsensoren 26a, 26b, 26c, 26d. Diese können dann von der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 oder auch der Einheit für autonomes Fahren 25 weiterverarbeitet werden. Die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 steuert in grundsätzlich bekannter Weise einen Hinterachsmodulator 28 und einen Vorderachsmodulator 30 an. Der Hinterachsmodulator 28 ist mit einem ersten Druckluftvorrat 29 verbunden und wird von diesem mit Vorratsdruck gespeist, wie im Grunde im Stand der Technik bekannt. In Abhängigkeit von den der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 bereitgestellten Bremssignalen steuert der Hinterachsmodulator 28 einen Hinterachsbremsdruck pBH an den Hinterachs-Betriebsbremsaktuatoren 16c, 16d aus. Der Vorderachsmodulator 30 ist in ähnlicher Weise mit einem zweiten Druckluftvorrat 31 verbunden und wird von diesem gespeist. Der Vorderachsmodulator 30 empfängt von der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 ebenfalls Bremssignale und steuert in übereinstimmender Weise einen Vorderachsbremsdruck pBV an den Betriebsbremsaktuatoren 16a, 16b der Vorderachse VA aus. Auf diese Weise lässt sich das Nutzfahrzeug 1 elektronisch bremsen. Um das Nutzfahrzeug 1 auch manuell bremsen zu können, ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (1) ein Bremswertgeber 32 vorgesehen, der pneumatisch sowohl mit dem ersten Druckluftvorrat 29 als auch mit dem zweiten Druckluftvorrat 31 verbunden ist und die Aussteuerung des Vorderachsbremsdrucks pBV bzw. Hinterachsbremsdrucks pBH pneumatisch einsteuern kann. Auch dies ist im Stand der Technik bekannt und wird nicht weiter beschrieben. Für autonome Nutzfahrzeuge 2 kann der Bremswertgeber 32 auch entfallen.
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Das Bremssystem 4 ist zum Empfang eines Notstopp-Signals SN ausgebildet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft drei verschiedene Weisen dargestellt, wie das Notstopp-Signal SN empfangen werden kann. Zunächst ist ein Notaus-Schalter 34 schematisch dargestellt, der beispielsweise an der Außenseite des Nutzfahrzeugs 1 angeordnet sein kann, sodass dieser gut erreichbar ist für Personal, welches sich in der Nähe des Nutzfahrzeugs 1 aufhält. Der Notaus-Schalter 34 ist über eine Notstopp-Signal-Leitung 36 mit der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 verbunden und stellt das Notstopp-Signal SN an dieser bereit. Der Notaus-Schalter 34 kann zusätzlich (hier nicht gezeigt) auch mit der elektronischen Feststellbremssteuereinheit 18 verbunden sein, um das Notstopp-Signal SN unmittelbar auch an dieser bereitstellen zu können. Ebenso könnte der Notaus-Schalter 34 mit dem Fahrzeug-BUS 24 verbunden sein. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Notstopp-Signal SN von der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 empfangen und von dieser über den Fahrzeug-BUS 24 anderen Elementen in dem Nutzfahrzeug 1 bereitgestellt.
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Als zweite Variante ist in 1 gezeigt, dass ein drahtloser Notstopp-Signal-Empfänger 38 in dem Nutzfahrzeug 1 vorgesehen ist, der direkt mit dem Fahrzeug-BUS 24 gekoppelt ist. Der drahtlose Notstopp-Signal-Empfänger 38 kann beispielsweise als Mobilfunkempfänger ausgebildet sein und über einen entfernten Sender ein Notstopp-Signal SN empfangen, welches dieser dann über den Fahrzeug-BUS 24 den entsprechenden Einheiten des Bremssystems 4 bereitstellt.
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Als weitere Variante ist in 1 gezeigt, dass das Notstopp-Signal SN auch ein rein internes Notstopp-Signal SN sein kann und insbesondere von der Einheit für autonomes Fahren 25 bereitgestellt werden kann. Erkennt diese, dass eine Notsituation vorliegt, in der ein Notstoppen des Nutzfahrzeugs 1 erforderlich ist, kann diese das Notstopp-Signal SN ausgeben und dieses wird dann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den Fahrzeug-BUS 24 von der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 sowie der elektronischen Feststellbremssteuereinheit 18 empfangen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder alle dieser drei Varianten in einem Nutzfahrzeug 1 vorgesehen sind. Die Erfindung ist explizit nicht darauf beschränkt, dass nur eine dieser drei Varianten oder genau eine gezeigte Variante umgesetzt ist. Vielmehr kommt es maßgeblich darauf an, dass das Notstopp-Signal SN von dem Bremssystem 4 empfangen wird.
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Sobald das Notstopp-Signal SN durch das primäre Betriebsbremssystem 10, nämlich insbesondere durch die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 empfangen wird, veranlasst die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14, dass das Nutzfahrzeug 1 gebremst wird. Hierzu veranlasst sie den Vorderachsmodulator 30 dazu, den Vorderachsbremsdruck pBV auszusteuern und den Hinterachsmodulator 28 dazu, den Hinterachsbremsdruck pBH auszusteuern. Die Aussteuerung dieser Bremsdrücke pBV, pBH kann in üblicher Weise schlupfgeregelt erfolgen, auch unter Verwendung von ABS-Ventilen 40a, 40b, wie sie an der Vorderachse VA vorgesehen sind. Vorzugsweise erfolgt diese Bremsung mit maximaler Verzögerung, ohne dass das Nutzfahrzeug 1 instabil wird. Vorzugsweise wird auf diese Weise ein „Stop-in-lane“-Manöver durchgeführt. Vorzugsweise findet hierbei keine weitere Lenkung statt, insbesondere keine Ausweichlenkung oder Ähnliches. Vorzugsweise wird das Nutzfahrzeug 1 entlang der geplanten Trajektorie gestoppt.
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Sobald die Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs 1, welche entweder über die Raddrehzahlsensoren 26a-d oder über weitere Einheiten, wie die Einheit für autonomes Fahren 25 ermittelt wird, unter einen vorbestimmten Schwellwert sinkt, wird angenommen, dass das Nutzfahrzeug 1 Stillstand erreicht hat, wird das Nutzfahrzeug 1 festgesetzt, indem das Feststellbremssystem 12 Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b des Feststellbremssystems 12 betätigt.
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Das Feststellbremssystem 12 wird über einen dritten Druckluftvorrat 42 mit Druckluft versorgt. Die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 ist über den Fahrzeug-BUS 24 mit der Einheit für autonomes Fahren 25 sowie mit der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 verbunden. Die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 kann darüber hinaus auch unmittelbar mit dem Notaus-Schalter 34 verbunden sein, auch wenn dies in 1 nicht gezeigt ist. Um die Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b, die hier als Federspeicherbremszylinder 43a, 43b ausgebildet sind, zu betätigen, entlüftet das Feststellbremsmodul 22, veranlasst durch die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18, die Federspeicherbremszylinder 43a, 43b, die daraufhin zuspannen. Im normalen Fahrbetrieb, wenn die Federspeicherbremszylinder 43a, 43b entlüftet sein sollen, veranlasst die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 die Aussteuerung eines Feststellbremsdrucks pF an einem dafür vorgesehenen Federspeicheranschluss 46 des Feststellbremsmoduls 22. Für den Fall, dass die Geschwindigkeit des Nutzfahrzeugs 1 nicht unter den vorbestimmten Schwellwert sinkt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Feststellbremssystem 12 die Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b nach Ablauf einer vorbestimmten Notstopp-Zeit betätigt, um so ein Bremsen des Nutzfahrzeugs 1 zu erreichen. Die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 kann das in dem Fall notwendige Entlüften der Federspeicherbremszylinder 43a, 43b gestuft durchführen, sodass ein Blockieren der Hinterachse HA vermieden werden kann. Hierzu kann die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 Raddrehzahlsignale SR der Raddrehzahlsensoren 26a - 26d verwenden.
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Auch für den Fall, das die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14, die Bremsung in Antwort auf das Notstopp-Signal SN nicht oder nicht richtig durchführen kann, übernimmt dies die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18. Zu diesem Zweck kann wieder vorgesehen sein, dass die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 ein entsprechendes Anforderungssignal an die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 sendet, oder die Feststellbremssteuereinheit 18 feststellt, dass die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 nicht oder nicht richtig funktioniert, weil die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 ein Time-out-Signal oder Ähnliches empfängt. Für diesen Fall kann die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 die Bremsung des Nutzfahrzeugs 1 in Antwort auf den Empfang des Notstopp-Signals SN durchführen. Auch zu diesem Zweck empfängt die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 das Notstopp-Signal SN.
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Die vorbestimmte Notstopp-Zeit kann einerseits durch die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18, die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14, die Einheit für autonomes Fahren 25 oder eine andere über- oder nebengeordnete Einheit ermittelt werden. Insbesondere kann die Notstopp-Zeit basierend auf der zum Zeitpunkt des Notstopp-Signals SN empfangenen Geschwindigkeit VF des Nutzfahrzeugs 1, Raddrehzahlsignalen SR der Raddrehzahlsensoren 26a - 26d, Reibwerten FE, oder anderen Parametern bestimmt werden (vgl. auch 3).
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Bremssystems 4 ist zusätzlich noch ein Anhängersteuerventil 47 vorgesehen, welches ebenfalls vom dritten Druckluftvorrat 42 mit Vorratsdruck versorgt wird und an einem Anhängerkupplungskopf einen Anhängerbremsdruck pBA für einen etwaig angeschlossenen Anhänger aussteuert. Das Anhängersteuerventil 47 kann auch als Modul ausgebildet sein und über eine eigene elektronische Steuereinheit verfügen.
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Ferner ist es denkbar und bevorzugt, dass die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 mit dem Hinterachsmodulator 28 und/oder dem Vorderachsmodulator 30 in ein Modul integriert ist. Auch ist es denkbar, dass die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 mit der elektronischen Feststellbremssteuereinheit 18 in eine Baueinheit, eine Platine oder dergleichen integriert ist. Vorzugsweise sind die beiden elektronischen Steuereinheiten 14, 18 aber getrennt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 und die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 von einer gemeinsamen Spannungsquelle 48 mit elektrischer Energie versorgt. Hier ist es aber denkbar und bevorzugt, dass zwei separate Spannungsquellen für die primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 14 und die elektronische Feststellbremssteuereinheit 18 vorgesehen sind, sodass diese unabhängig voneinander mit elektrischer Energie versorgt werden können. Dies ist vorteilhaft, falls eine der beiden Spannungsquellen ausfallen sollte, sodass jeweils die andere der elektronischen Steuereinheiten 14, 18 noch weiter betrieben werden kann. Die Feststellbremsventileinheit 20 des Feststellbremssystems 12 kann monostabil oder bistabil ausgebildet sein.
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2 illustriert ein Beispiel der Feststellbremsventileinheit 20, die bistabil ausgebildet ist.
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Ein Vorratsanschluss 49, an den sich ein erster Hauptleitungsabschnitt 53.1 einer Hauptleitung 53 anschließt, ist zum Empfangen von Druckluft für das Feststellbremsmodul 22 und insbesondere die Feststellbremsventileinheit 20 ausgebildet. Weiter entlang der Hauptleitung 53, zwischen einem zweiten Hauptleitungsabschnitt 53.2 und einem dritten Hauptleitungsabschnitt 53.3 ist ein Hauptleitungs-Rückschlagventil 86 angeordnet, welches ausgebildet ist, sich in Befüllrichtung, d. h. in Richtung eines vom Vorratsanschluss 49 in die Hauptleitung 53 strömenden Befüllstroms SB, zu öffnen und in Gegenrichtung zu sperren.
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An den dritten Hauptleitungsabschnitt 53.3 schließt sich ein Relaisventil 52 einer Hauptventileinheit 50 an, wobei das Relaisventil 52 über einen zweiten Hauptventilanschluss 52.2 mit dem dritten Hauptleitungsabschnitt 53.3 verbunden ist. Das Relaisventil 52 ist ausgebildet, über entsprechende Druckbeaufschlagung eines Steueranschlusses 52.4 den zweiten Hauptventilanschluss 52.2 und einen dritten Hauptventilanschluss 52.3 pneumatisch zu verbinden, um am dritten Hauptventilanschluss 52.3 den Feststellbremsdruck pF auszusteuern. Der dritte Hauptventilanschluss 52.3 ist wiederum mit einem vierten Hauptleitungsabschnitt 53.4 verbunden. Über eine zweite Hauptleitungsabzweigung 81.2 ist der vierte Hauptleitungsabschnitt 53.4 zum einen über einen sechsten Hauptleitungsabschnitt 53.6 mit einem Drucksensor 92 verbunden, zum anderen - zum Bereitstellen des Feststellbremsdruck pF - über einen fünften Hauptleitungsabschnitt 53.5 mit einem Federspeicheranschluss 46.
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Die Hauptleitung 53 weist zwischen ihrem ersten Hauptleitungsabschnitt 53.1 und dem zweiten Hauptleitungsabschnitt 53.2 eine erste Hauptleitungsabzweigung 81.1 auf, von welcher ein vierter Steuerleitungsabschnitt 82.4 einer Steuerleitung 82 zu einem ersten Bistabilventilanschluss 72.1 eines Bistabilventils 72 einer Vorsteuerventilanordnung 70 führt.
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Das Bistabilventil 72 der Vorsteuerventilanordnung 70 ist als bistabiles 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet, welches vorliegend in einer Entlüftungsstellung 72B gezeigt ist. Das Bistabilventil 72 ist ausgebildet, in einer - hier nicht gezeigten - Belüftungsstellung 72A eine pneumatische Verbindung zwischen dem ersten Bistabilventilanschluss 72.1 und einem dritten Bistabilventilanschluss 72.3 herzustellen.
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Die Vorsteuerventilanordnung 70 weist ein Halteventil 76 auf. Der dritte Bistabilventilanschluss 72.3 ist über einen dritten Steuerleitungsabschnitt 82.3 der Steuerleitung 82 an einen ersten Halteventilanschluss 76.1 des Halteventils 76 angeschlossen. Die Vorsteuerventilanordnung 70 kann als bauliche Einheit ausgebildet sein, gleichwohl ist es aber auch möglich, dass das Bistabilventil 72 und das Halteventil 76 als unabhängige Komponenten ausgebildet sind.
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Das Halteventil 76 ist vorliegend monostabil und vorzugsweise als stromlos geöffnetes, 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet und vorliegend in seiner Haltestellung 76A gezeigt. In der Haltestellung 76A, die insbesondere dann vorliegt, wenn das Halteventil 76 bestromt wird, ist die pneumatische Verbindung zwischen dem ersten Halteventilanschluss 76.1 und einem zweiten Halteventilanschluss 76.2 getrennt.
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An den zweiten Halteventilanschluss 76.2 ist ein zweiter Steuerleitungsabschnitt 82.2 angeschlossen. Der zweite Steuerleitungsabschnitt 82.2 ist wiederum mit einem zweiten Auswahlventilanschluss 54.2 eines, vorliegend als Wechselventil 56 ausgebildeten, Auswahlventils 54 pneumatisch verbunden. Das Wechselventil 56 weist eine Vorspannfeder 56.1 auf, welche einen Ventilkörper mit einer Federkraft gegen einen ersten Auswahlventilanschluss 54.1 drückt und somit das Wechselventil 54 federvorgespannt in einer ersten Ventilstellung hält. In dieser Ventilstellung ist der zweite Auswahlventilanschluss 54.2 mit dem dritten Auswahlventilanschluss 54.3 pneumatisch verbunden.
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An den dritten Auswahlventilanschluss 54.3 ist ein erster Steuerleitungsabschnitt 82.1 angeschlossen, welcher wiederum mit dem Steueranschluss 52.4 des Relaisventils 52 pneumatisch verbunden ist. Über das Beaufschlagen des Steueranschlusses 52.4 kann das Relaisventil 52 zum Aussteuern des Feststellbremsdrucks pF am dritten Hauptventilanschluss 52.3 betätigt werden.
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Durch die Auswahlventileinheit 54 kann eine weitere, alternative Druckluftquelle zwecks Betätigung des Relaisventils 52 an den Steueranschluss 52.4 angeschlossen werden. Hierfür ist vorliegend ein Zusatz-Bremsdruckanschluss 41 über einen fünften Steuerleitungsabschnitt 82.5 mit dem ersten Auswahlventilanschluss 54.1 pneumatisch verbunden. Der Zusatz-Bremsdruck kann insbesondere ein manuell eingesteuerter Druck sein, der dazu dient, die Federspeicherbremszylinder nach einem Abstellen des Nutzfahrzeugs 1, beispielsweise nachdem das Notstopp-Signal SN empfangen wurde, manuell zu lösen.
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Mit dem Wechselventil 54 in der hier gezeigten Ausbildung wird stets derjenige vom ersten und zweiten Auswahlventilanschluss 54.1, 54.2, an dem der höhere Druck herrscht, mit dem dritten Auswahlventilanschluss 54.3 pneumatisch verbunden. Dabei wird stets, gemäß der Funktionsweise eines Wechselventils, der jeweils andere Auswahlventilanschluss 54.1, 54.2, durch den Ventilkörper 54.5 versperrt, sodass es nicht zu einer Addition beider, an beiden Auswahlventilanschlüssen 54.1, 54.2 anliegenden Drücken kommt, und somit nicht zu einer, eventuell schädigenden, Drucküberhöhung am Steueranschluss 52.4.
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An einen zweiten Bistabilventilanschluss 72.2 des Bistabilventils 72 ist ein erster Entlüftungsleitungsabschnitt 84.1 einer Entlüftungsleitung 84 angeschlossen. In einer Entlüftungsstellung 72B des Bistabilventils ist der dritte Bistabilventilanschluss 72.3 mit dem zweiten Bistabilventilanschluss 72.2 pneumatisch verbunden. In dieser Entlüftungsstellung 72B ist somit der dritte Steuerleitungsabschnitt 82.3 der Steuerleitung 82 mit dem ersten Entlüftungsleitungsabschnitt 84.1 pneumatisch verbunden.
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An den ersten Entlüftungsleitungsabschnitt 84.1 schließt sich zweiter Entlüftungsleitungsabschnitt 84.2 an, welcher wiederum mit einem Entlüftungsanschluss 23 des Feststellbremsmoduls 22 verbunden ist. Ein dritter Entlüftungsleitungsabschnitt 84.3 erstreckt sich von einem ersten Hauptventilanschluss 52.1 des Relaisventils 52 zu einer Entlüftungsleitungszusammenführung 85.1, wobei die Entlüftungsleitungszusammenführung 85.1 in der Entlüftungsleitung 84 zwischen dem ersten Entlüftungsleitungsabschnitt 84.1 und dem zweiten Entlüftungsleitungsabschnitt 84.2 angeordnet ist.
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Ein Belüften und damit Lösen der Federspeicherbremszylinder 43a, 43b erfolgt über ein Aussteuern eines Steuerdrucks pS am Steueranschluss 52.4 des Relaisventils, mittels welchem mindestens ein Federspeicherbremszylinder 43a, 43b zum Lösen der Feststellbremse belüftet wird.
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Um im normalen Fahrbetrieb die Federspeicherbremszylinder 43a, 43b zu belüften und somit zu lösen, wird zunächst das Halteventil 76 durch Bereitstellen eines Signals S1 von der elektronischen Feststellbremseinheit 18 in die Freigabestellung 76b geschaltet. Anschließend wird das Bistabilventil 72 in die in 2 nicht gezeigte Belüftungsstellung 72a geschaltet, sodass der Feststellbremsdruck pF am Federspeicheranschluss 46 ausgesteuert wird. Dies erfolgt dadurch, dass Druck vom Vorratsanschluss 49 über den vierten Steuerleitungsabschnitt 82.4, das Bistabilventil 72, den dritten Steuerleitungsabschnitt 82.3, das geöffnete Halteventil 76, den zweiten Steuerleitungsabschnitt 82.2 und den ersten Steuerleitungsabschnitt 82.1 als Steuerdruck pS an dem Steueranschluss 52.4 des Relaisventils 52 bereitgestellt wird. Dieses volumenverstärkt den Steuerdruck pS und steuert den volumenverstärkten Druck dann als Feststellbremsdruck pF am Federspeicheranschluss 46 aus. Nun kann zunächst das Halteventil 76 wieder stromlos geschaltet werden, um so den ausgesteuerten Steuerdruck pS einzusperren und unabhängig von der Schaltstellung des Bistabilventils 72 den Feststellbremsdruck pF ausgesteuert zu lassen. Wird nun das Bistabilventil 72 wieder in die Entlüftungsstellung 72b geschaltet, in der der zweite Bistabilventilanschluss 72.2 mit der Entlüftung 23 verbunden ist, kann durch Stromlosschalten des Halteventils 76 der Steuerdruck pS entlüftet und in der Folge der Federspeicheranschluss 46 ebenfalls entlüftet werden. Auf diese Falle kann eine „Fail-safe“-Gestaltung vorgesehen sein. Diese Anordnung der Vorsteuereinheit 70 wird als monostabile Überführung der bistabil ausgebildeten Vorsteuereinheit 70 verstanden.
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Für den Fall, dass die Feststellbremsventileinheit 20 vollständig bistabil ausgebildet werden soll, kann das Halteventil 76 einfach entfallen. Für den Fall, dass die Feststellbremsventileinheit 20 vollständig monostabil ausgebildet sein soll, kann das Halteventil 76 ebenfalls entfallen und das Bistabilventil 72 ist durch ein herkömmliches 3/2-Wegeventil zu ersetzen, welches in die Entlüftungsstellung 72b vorgespannt ist. Der Zusatz-Bremsdruckanschluss 41 kann ebenfalls entfallen, ebenso wie das Wechselventil 54.
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Die Feststellbremsventileinheit 20 kann auch ohne Relaisventil 52 ausgebildet werden. In diesem Fall wäre das Bistabilventil 72 oder ein entsprechendes monostabiles 3/2-Wegeventil unmittelbar mit dem Vorratsanschluss 49, dem Entlüftungsanschluss 23 sowie dem Federspeicheranschluss 46 verbunden, um diesen wechselweise mit dem Vorratsanschluss 49 oder dem Entlüftungsanschluss 23 zu verbinden.
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3 illustriert nun einen Überblick. Die einzelnen Elemente sind nur als Blöcke dargestellt. Neben dem primären Betriebsbremssystem 10 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (3) auch ein sekundäres Betriebsbremssystem 100 vorgesehen. Dieses umfasst eine sekundäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit 102, die beispielsweise in einer eigenen elektronischen Steuereinheit, wie beispielsweise dem Hinterachsmodulator 28 oder dem Anhängersteuerventil 47 untergebracht sein kann, oder als Instanz der primären elektronischen Betriebsbremssteuereinheit 14 ausgebildet sein kann. Das sekundäre Betriebsbremssystem 100 greift auf dieselben Druckluftvorräte 29, 31, 42 zurück wie das primäre Betriebsbremssystem 10 und steuert auch dieselben Betriebsbremsaktuatoren 16a - 16d an. Das sekundäre Betriebsbremssystem kann aber durch eine weitere, von der Spannungsquelle 48 unabhängige Spannungsquelle versorgt sein. Auch kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Betriebsbremssystem 100 auf andere, hier in der 1 nicht gezeigte, zusätzliche Druckluftvorräte zurückgreift, oder sich ausschließlich aus dem dritten Druckluftvorrat 42 speist.
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Funktionsmäßig ist das sekundäre Betriebsbremssystem 102 zwischen das primäre Betriebsbremssystem 10 und das Feststellbremssystem 12 geschaltet. Wenn von einer Notstopp-Einheit 104, die beispielhaft für den Notaus-Schalter 34, den drahtlosen Notstopp-Signalempfänger 38 oder eine andere Einheit, die das Notstopp-Signal SN bereitstellen kann, steht, stellt das Notstopp-Signal SN an allen drei Systemen, dem primären Betriebsbremssystem 10, dem sekundären Betriebsbremssystem 100 und dem Feststellbremssystem 12 bereit. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Notstopp-Einheit 104 das Notstopp-Signal SN nur an einem dieser Systeme bereitstellt und die Systeme 10, 12, 100 untereinander kommunizieren, um das Notstopp-Signal SN allen drei Systemen bereitzustellen.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (3) ist das primäre Betriebsbremssystem 10 darüber hinaus mit dem sekundären Betriebsbremssystem 100 verbunden und stellt an diesem einen primären Gesundheitsstatus SH1 sowie einen primären Stabilitätsstatus SB bereit. Hierüber kann das sekundäre Betriebsbremssystem 100 ermitteln, ob das primäre Betriebsbremssystem 10 in der Lage ist, das Notstopp-Signal SN umzusetzen und das Nutzfahrzeug 1 zu bremsen. Ist dies der Fall, greift das sekundäre Betriebsbremssystem 100 nicht ein. Für den Fall, dass das sekundäre Betriebsbremssystem 100 ermittelt, dass das primäre Betriebsbremssystem 10 nicht in der Lage ist, das Notstopp-Signal umzusetzen, setzt das sekundäre Betriebsbremssystem 100 das Notstopp-Signal um und bremst das Nutzfahrzeug 1 entsprechend ab. Auch hier gilt wieder, sobald der Geschwindigkeitsschwellwert VS (vgl. 3) unterschritten ist, greift das Feststellbremssystem 12 ein und betätigt die Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b. Auch falls eine Notstopp-Zeit TS (vgl. 3) überschritten ist, betätigt das Feststellbremssystem 12 die Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b.
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Das Feststellbremssystem 12 empfängt wiederum vom sekundären Betriebsbremssystem 100 einen sekundären Stabilitätsstatus SB2 und einen sekundären Gesundheitsstatus SH2 und ermittelt basierend darauf, ob das sekundäre Betriebsbremssystem dazu in der Lage ist, das Notstopp-Signal SN umzusetzen. Wenn dies nicht der Fall ist, kann das Feststellbremssystem 12 auch die Bremsung des Nutzfahrzeugs 1 in Antwort auf den Empfang des Notstopp-Signals SN umsetzen, vorzugsweise gestuft bremsen, um so ein „Stop-in-lane“-Manöver durchzuführen. Sobald Stillstand erreicht ist, betätigt das Feststellbremssystem 12 die Feststellbremsaktuatoren 42a, 42b vollständig, um das Nutzfahrzeug 1 im stehenden Zustand zu sichern. Das Feststellbremssystem 12 erhält zusätzlich noch eine Geschwindigkeit VF des Nutzfahrzeugs 1 und einen Reibwert FE, der einem erwarteten Reibwert entsprechen kann. Die Fahrzeuggeschwindigkeit VF ist vorzugsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die zum Zeitpunkt des Empfangs des Notstopp-Signals SN vorliegt. Basierend hierauf kann das Feststellbremssystem 12 ermitteln, ob das Nutzfahrzeug 1 steht und/oder den vorbestimmten Geschwindigkeitsgrenzwert VS unterschritten hat. Auch kann das Feststellbremssystem 12 basierend auf diesen Parametern eine gestufte Bremsung des Nutzfahrzeugs 1 bewirken. Der vorbestimmte Geschwindigkeitsgrenzwert VS und die vorbestimmte Notstopp-Zeit TN sind zu diesem Zweck in einem internen Speicher des Feststellbremssystems 12 hinterlegt oder werden von diesem ermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nutzfahrzeug
- 2
- Autonomes Nutzfahrzeug
- 4
- Pneumatisches Bremssystem
- 6a, 6b
- Vorderräder
- 8a, 8b
- Hinterräder
- 10
- Primäres Betriebsbremssystem
- 12
- Feststellbremssystem
- 14
- primäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit
- 16a, 16b, 16c, 16d
- Betriebsbremsaktuatoren
- 18
- elektronische Feststellbremssteuereinheit
- 20
- Feststellbremsventileinheit
- 22
- Feststellbremsmodul
- 23
- Entlüftungsanschluss
- 24
- Fahrzeug-BUS
- 25
- Einheit für autonomes Fahren
- 26a, 26b, 26c, 26d
- Raddrehzahlsensoren
- 28
- Hinterachsmodulator
- 29
- Erster Druckluftvorrat
- 30
- Vorderachsmodulator
- 31
- zweiter Druckluftvorrat
- 32
- Bremswertgeber
- 34
- Notaus-Schalter
- 36
- Notstopp-Signalleitung
- 38
- Drahtloser Notstopp-Signalempfänger
- 40a, 40b
- ABS-Ventile
- 41
- Zusatz-Bremsdruckanschluss
- 42a, 42b
- Feststellbremsaktuatoren
- 43a, 43b
- Federspeicherbremszylinder
- 44
- Dritter Druckluftvorrat
- 46
- Federspeicheranschluss
- 47
- Anhängersteuerventil
- 48
- Spannungsquelle
- 49
- Vorratsanschluss
- 50
- Hauptventileinheit
- 52
- Relaisventil
- 52.1
- Erster Hauptventilanschluss
- 52.2
- zweiter Hauptventilanschluss
- 52.3
- dritter Hauptventilanschluss
- 52.4
- Steueranschluss
- 53
- Hauptleitung
- 53.1
- erster Hauptleitungsabschnitt
- 53.2
- zweiter Hauptleitungsabschnitt
- 53.3
- dritter Hauptleitungsabschnitt
- 53.4
- vierter Hauptleitungsabschnitt
- 53.5
- fünfter Hauptleitungsabschnitt
- 53.6
- sechster Hauptleitungsabschnitt
- 54
- Auswahlventil
- 54.1
- erster Auswahlventilanschluss
- 54.2
- zweiter Auswahlventilanschluss
- 54.3
- dritter Auswahlventilanschluss
- 56
- Wechselventil
- 56.1
- Vorspannfeder
- 70
- Vorsteuerventilanordnung
- 72
- Bistabilventil
- 72.1
- ersten Bistabilventilanschluss
- 72.1
- zweiter Bistabilventilanschluss
- 72.3
- dritter Bistabilventilanschluss
- 72A
- Belüftungsstellung
- 72B
- Entlüftungsstellung
- 76
- Halteventil
- 76.1
- erster Halteventilanschluss
- 76.2
- zweiter Halteventilanschluss
- 76A
- Haltestellung
- 76B
- Freigabestellung
- 81.1
- erste Hauptleitungsabzweigung
- 81.2
- zweite Hauptleitungsabzweigung
- 82
- Steuerleitung
- 82.1
- erster Steuerleitungsabschnitt
- 82.2
- zweiter Steuerleitungsabschnitt
- 82.3
- dritter Steuerleitungsabschnitt
- 82.4
- vierter Steuerleitungsabschnitt
- 84
- Entlüftungsleitung
- 84.1
- erster Entlüftungsleitungsabschnitt
- 84.2
- zweiter Entlüftungsleitungsabschnitt
- 84.3
- Dritter Entlüftungsleitungsabschnitt
- 85.1
- Entlüftungsleitungszusammenführung
- 86
- Hauptleitungs-Rückschlagventil
- 92
- Drucksensor
- 100
- sekundäres Betriebsbremssystem
- 102
- sekundäre elektronische Betriebsbremssteuereinheit
- 104
- Notstopp-Einheit
- FE
- Reibwert
- HA
- Hinterachse
- pBA
- Anhängerbremsdruck
- pBH
- Hinterachsbremsdruck
- pBV
- Vorderachsbremsdruck
- pF
- Feststellbremsdruck
- pS
- vom Bistabilventil ausgesteuerter Druck
- SB
- Befüllstrom
- SB1
- Primärerer Stabilitätsstatus
- SB2
- Sekundärer Stabilitätsstatus
- SH1
- Primärerer Gesundheitsstatus
- SH2
- Sekundärer Gesundheitsstatus
- SN
- Notstopp-Signal
- SR
- Raddrehzahlsignal
- TN
- vorbestimmte Notstopp-Zeit
- VA
- Vorderachse
- VF
- Geschwindigkeit
- VS
- vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014013756 B3 [0004]
- DE 102016005318 A1 [0005]
- DE 102016010462 A1 [0005]
- DE 102016010464 A1 [0005]
- DE 102016010463 A1 [0006]
- DE 102017002716 [0007]
- DE 102017002718 [0007]
- DE 102017002719 [0007]
- DE 102017002721 [0007]
- DE 102016010461 A1 [0008]
- DE 102017001409 A1 [0009, 0010]
