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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Achslast eines Fahrzeugs.
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Insbesondere
bei der Steuerung von Bremsanlagen sind Messgrößen bezüglich der Achslast eines Fahrzeugs
von wesentlicher Bedeutung, da die Steuerung der Bremskraft an den
einzelnen Radbremsen abhängig
von der erfassten Achslast eingestellt wird. Ein Beispiel für eine derartige
Bremsanlagensteuerung ist aus der
DE 44 38 222 A1 (
US-5 261 931 A ) bekannt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren
und eine gattungsgemäße Vorrichtung
sind aus der
DE 690
19 556 T2 bekannt. Dort wird eine elektronische Bremssteuerung
für Sattelzugmaschinen
beschrieben, wobei die statischen Achslasten immer dann erfasst
werden, wenn statische, ebene Bedingungen vorliegen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur
Erfassung der statischen Achslast eines Fahrzeugs anzugeben, die
die statische Achslast in zuverlässiger,
genauer Weise erfassen, ohne das Störungen des Meßsignals
das Ergebnis verfälschen.
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Vorteile der Erfindung
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Es
wird eine Vorgehensweise zur Bestimmung der statischen Achslast
eines Fahrzeugs angegeben, durch welche zuverlässige Signalwerte ermittelt
werden. Von besonderem Vorteil ist, dass Störungen, die beispielsweise
während
eines Bremsvorgangs oder während
eines Beschleunigungsvorgangs auf das von einem Achslastsensor ermittelte Meßsignal
wirken, bei der Bestimmung des statischen Achslastwertes ausgeschaltet
werden. In vorteilhafter Weise wird somit ein zuverlässiger Wert
für die
statische Achslast eines Fahrzeugs bereitgestellt.
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Von
besonderem Vorteil ist, dass mit Hilfe dieses Achslastwertes sicher
festgestellt werden kann, ob ein Auflieger an ein Zugfahrzeug angekoppelt
ist oder nicht. Besonders vorteilhaft ist, dass das Fehlen des Aufliegers
sicher erkannt werden kann, da neben dem Achslastwert zusätzlich die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei der Bestimmung, ob der Auflieger
abgekoppelt ist, berücksichtigt
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass Signale druckloser Federbälge nach längerer Standzeit des Fahrzeugs,
die fehlerhaft sind, bei der Bestimmung, ob der Auflieger abgekoppelt
ist, infolge der zur Bestimmung des abgekoppelten Aufliegers eingeführten Kriterien
ausgeklammert werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. 1 zeigt
eine elektropneumatische Bremsanlage eines Zugfahrzeuges eines Wagenzuges.
In den 2 und 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Vorgehensweise zur Bestimmung der statischen Achslast des
Fahrzeugs sowie zur Bestimmung, ob ein Auflieger angekoppelt oder abgekoppelt
ist, am Beispiel von Flußdiagrammen skizziert.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
ein Übersichtsblockschaltbild
einer elektronisch geregelten Bremsanlage am Beispiel einer elektronisch
geregelten Druckluftbremsanlage für ein zweiachsiges Zugfahrzeug
mit Anhängerverbindung.
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1 zeigt
eine zentrale Steuereinheit 10, welche wenigstens einen
Mikrocomputer aufweist. Ferner sind dezentral sogenannte Druckregelmodule 12, 14, 16 und 18 vorgesehen,
die jeweils einer Radbremse 20, 22, 24 und 26 des
Zugfahrzeugs zugeordnet sind. Das zentrale Steuergerät 10 ist über ein Kommunikationssystem 28,
z. B. CAN, mit den Druckregelmodulen 12 bis 18 verbunden.
Zur Erfassung der eingesteuerten Bremsdrücke und zur Erfassung von Raddrehzahlen
und wenigstens an einer Achse der Achslast (z. B. durch Drucksensoren
in den Luftfederbälgen)
sowie ggf. weiterer Größen, wie Bremsentemperaturen
etc. werden den Druckregelmodulen 12 bis 18 jeweils
Leitungen 34, 36, 38 und 40 von
entsprechenden Meßeinrichtungen 42, 44, 46 und 48 zugeführt. Das Zentralsteuergerät 10 ist
ferner über
eine Leitung 50 mit einem Bremswertgeber 52 verbunden.
Ferner ist zur Steuerung einer Anhängerbremsanlage ein Anhängersteuermodul 70 vorgesehen,
welches über
das Kommunikationssystem 28 mit dem Zentralsteuergerät 10 verbunden
ist. Dabei ist im Bereich des Anhängersteuermoduls 70 wenigstens
ein Drucksensor vorgesehen, der den Druck in der pneumatischen Steuerleitung
zum Anhänger
erfaßt
und in 1 nicht dargestellt ist. Ferner führt vom
Zentralsteuergerät 10 eine
Leitung 56 zur elektrischen Steckverbindung 58 zum
Anhänger.
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Der
pneumatische Teil der Bremsanlage, der ggf. einen in 1 nicht
dargestellten Notbremskreis zur pneumatischen Betätigung der
Radbremsen aufweist, besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus drei Vorratsbehältern 62, 82 und 86.
Die den Radbremsen 20 und 22 der Vorderachse zugeordneten
Druckregelmodule 12 und 14 werden über Leitungen 60 mit
einem aus dem Vorratsbehälter 62 stammenden
Vorratsdruck versorgt. Das Anhängersteuermodul 70 ist über eine
Leitung 80 mit dem Vorratsdruckbehälter 82 verbunden.
Vom Anhängersteuermodul 70 führt eine
pneumatische Steuerleitung 72 zu einem ersten Kupplungskopf 74,
eine Vorratsleitung 76 zu einem zweiten Kupplungskopf 78.
Die Druckregelmodule 16 und 18, die den Radbremsen 24 und 26 der
Hinterachse des Zugfahrzeugs zugeordnet sind, werden über eine
Leitung 88 von dem Vorratsbehälter 86 mit Vorratsdruck
versorgt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
dem Zentralsteuergerät 10 vom
Bremswertgeber 52 ein Maß für den Betätigungsgrad des Bremspedals
zugeführt.
Im zentralen Steuergerät
wird dieses Signal aufgearbeitet und daraus ggf. unter Berücksichtigung
weiterer Betriebsgrößen wie
Achslasten, Fahrzeugverzögerung,
etc. Solldruck-, Sollbremsmoment-, Sollkraft- oder Sollschlupfwerte
für die
einzelnen Radbremsen bzw. für
den Anhänger nach
Maßgabe
vorgegebener Kennlinien bzw. Kennfelder bestimmt. Diese Sollwerte
werden über
das Kommunikationssystem 28 den einzelnen Druckregelmodulen
sowie dem Anhängersteuermodul
zugeführt,
welche den Druck in den einzelnen Radbremsen bzw. der Steuerleitung
zur Bremsanlage des Anhängers
entsprechend der Sollwertvorgabe einregeln.
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Das
von den wenigstens einen Achslastsensor ermittelte Meßsignal
wird mittels der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise derart
ausgewertet, daß ein
Maß für die statische
Achslast des Fahrzeugs sich ergibt. Diese statische Achslast des
Fahrzeugs ist bei der Steuerung des Zugfahrzeugs in einigen Funktionen
wesentlich, beispielsweise bei der Bestimmung der radindividuellen
Solldrücke
mit Blick auf eine vorgegebene Bremskraftverteilung zwischen Vorder-
und Hinterachse, bei der Bestimmung der Abstimmung der Bremsanlagen
der Teilfahrzeuge eines Wagenzuges, welche auf der Basis des Quotienten
zwischen Bremskräften
und Achslasten arbeiten sowie im Zusammenhang mit der Schätzung der Fahrzeugmasse
während
eines Beschleunigungsvorgangs, da aus der statischen Hinterachslast
des Zugfahrzeuges grob auf die Beladung des Aufliegers geschlossen
werden kann und somit ein Startwert für die Masseschätzung ermittelt
werden kann.
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Die
Achslasten eines Zugfahrzeugs bei einem Wagenzug werden z. B. bei
einem Fahrzeug mit Luftfederung aus dem Druckfederbalg der Hinterachse über eine
einfach Kennlinien-Interpolation
gewonnen. Da das gemessene Achslastsignal stark gestört ist,
beispielsweise bei Fahrbahnunebenheiten, bei Bremsvorgängen oder
bei Beschleunigungsvorgängen,
darf diese Kennlinien-Interpolation nur dann erfolgen, wenn an den
Rädern,
insbesondere den Hinterrädern,
an denen der Achslastsensor in der Regel angebracht ist, keine starken
Brems- oder Antriebsmomente angreifen. Wäre dies der Fall, würde ein Teil
der Stützkraft über den
Längslenker
abgelei tet und der Federbalg entlastet oder zusätzlich belastet. Das gemessene
Achslastsignal wäre
gestört
und entspräche
nicht der tatsächlichen
statischen Achslast des Fahrzeugs.
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Daher
wird, um die Bestimmung der statischen Achslast zu verbessern, das
eingelesene Signal des Federbalgdrucksensors zunächst stark gefiltert, insbesondere
stark tiefpaßgefiltert
(Filter mit großer
Zeitkonstante). Anschließend
wird die Kennlinien-Interpolation durchgeführt, um auf diese Weise einen
Achslastwert zu ermitteln. Die so errechnete Achslastwert wird in
einem Sample-and-hold-Speicher abgelegt. Der Speicherinhalt wird
nur dann aktualisiert, wenn das Fahrzeug für eine bestimmte Zeit ungebremst,
d.h. Bremsdrücke
und Retardermomente sind Null, und unbeschleunigt ist, d.h. das
Motormoment ist kleiner als z. B. 25% des Maximalmoments, und mit
einer Geschwindigkeit fährt,
die größer als
eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit ist. Sind alle diese Kriterien
erfüllt,
wird der Speicher neu gesetzt. Der Inhalt dieses Speichers entspricht damit
exakt der statischen Achslast des Zugfahrzeugs.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Bestimmung der statischen Achslast des Zugfahrzeugs als
Rechnerprogramm eines Mikrocomputers der zentralen und/oder der
dezentralen Steuereinheiten der Bremsanlagen ausgeführt. Ein
Beispiel für
ein solches Rechnerprogramm ist als Flußdiagramm in 2 skizziert.
Das Programm wird bei eingeschalteter Versorgungsspannung des Mikrocomputers
in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen. Nach Start des Programmteils
wird im ersten Schritt 100 das Meßsignal des Achslastsensors
eingelesen und im darauffolgenden Schritt 102 einer Filterung,
vorzugsweise einer Tiefpaßfilterung
mit großer
Zeitkonstante, unterzogen. Dann wird im Schritt 104 aus
einer vorgegebenen Kennlinie der Achslastwert bestimmt. Im darauffolgenden
Schritt 106 wird überprüft, ob das
Fahrzeug für
eine vorbestimmte Zeit ungebremst und unbeschleunigt ist sowie mit
einer Geschwindigkeit, die größer als
eine vorgegebene Minimalgeschwindigkeit vmin ist, fährt. Sind
diese Bedingungen erfüllt,
wird gemäß Schritt 108 der
Achslastwert als statischer Achslastwert gespeichert, im gegenteiligen
Fall wird der bisher gespeicherte statische Achslastwert beibehalten
und nicht aktualisiert. Nach den Schritten 108 bzw. 106 im
Falle einer Nein-Antwort wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitintervall
wiederholt.
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Im
Zusammenhang mit einigen Funktionen in Verbindung mit der Bremsensteuerung
ist es wesentlich, das Auf- bzw. Absatteln, d.h. das An- bzw. Abkoppeln,
eines Aufliegers zu erkennen. Dies läßt sich bei Sattelzügen aus
dem statischen Achslastwert der Hinterachse des Zugfahrzeugs ermitteln. Die
Information, ob ein Aufliegerwechsel stattgefunden hat, ist insbesondere
für Funktionen
wesentlich, die sich mit der Abstimmung der Bremsanlagen von zwei
Teilfahrzeugen des Wagenzuges beschäftigen. Beispielsweise wird
eine Funktion, bei der der Anlegedruck des Aufliegers gelernt wird,
nach einem erkannten Aufliegerwechsel auf einen default-Wert zurückgesetzt.
Darüber
hinaus kann in einem anderen Zusammenhang abhängig vom erkannten Aufliegerwechsel
von einem genauen Abgleichverfahren der Radbremsen der beiden Teilfahrzeuge
auf ein schnelles Abgleichverfahren umgeschaltet werden.
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Der
statische Achslastwert, der im Rahmen des vorstehend beschriebenen
Verfahrens ermittelt wurde, dient zur Erkennung, ob ein Auflieger
angekoppelt ist. Dazu wird das statische Achslastsignal mit einem
vorgegebenen Mindestwert FAUFL verglichen. Dieser Vergleichswert
liegt typischerweise bei ca. 1 Tonne über der statischen Achslast
des Zugfahrzeugs ohne Auflieger. Überschreitet die gemessene
sta tische Achslast diesen Grenzwert, wird von einem vorhandenen
Auflieger ausgegangen.
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Ein
Fehlen des Aufliegers wird erkannt, wenn die statische Hinterachslast
unter einem zweiten vorgegebenen Wert, der dem Wert des Solo-Zugfahrzeuges
entspricht, liegt. Dieser Wert ist üblicherweise beispielsweise
um ca. 500 kg kleiner als der Wert für das Erkennen des vorhandenen
Aufliegers. Da beim Umsatteln das Fahrzeug meist nicht die geforderte Mindestgeschwindigkeit
erreicht bzw. auch häufig gebremst
wird, kann das statische Achslastsignal nicht ausgewertet werden.
Dies deshalb, weil der Speicher für die statische Achslast nicht
aktualisiert wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der
langsamen Vorwärts-
und Rückwärtsfahrt
während
des Umsattelns in der Regel trotz der Bremsungen keine starke Verfälschung
des gemessenen Achslastsignal erfolgt. Deshalb wird auf einen fehlenden
Auflieger erkannt, wenn das tiefpaßgefilterte Achslastsignal, dessen
Wert nicht dem gespeicherten entsprechen muß, während einer vorgegebenen Zeit
unterhalb des Grenzwertes liegt und die Fahrgeschwindigkeit Null
ist.
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Unmittelbar
nach Einschalten des Fahrtschalters des Fahrzeugs darf das Achslastsignal nicht
ausgewertet werden. Ist das Fahrzeug längere Zeit abgestellt, sind
die Federbälge
drucklos. In diesem Fall würde
immer fehlender Auflieger erkannt, auch wenn der Zug voll beladen
ist. Daher wird die Erkennung des fehlenden Aufliegers erst dann durchgeführt, wenn
kurzzeitig eine Geschwindigkeit größer Null erkannt wurde. In
diesem Fall ist der Vorratsdruck zumindest soweit angestiegen, daß die Feststellbremse
gelöst
werden konnte. Dies ist ein Zeichen dafür, daß die Federbälge mit
Druck beaufschlagt sind und das Achslastsensorsignal zuverlässig ist.
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Eine
weitere Möglichkeit,
das Absatteln zu erkennen, besteht darin, aus dem Achslastsensorsignal
den Druckabfall beim Absenken des Fahrzeugs festzustellen. Ein Absatteln
wird beispielsweise dann erkannt, wenn während einer Zeitspanne von
ca. 10 sek. bei stehendem Fahrzeug die aus dem Achslastsensorsignal,
welches bei der Verwendung eines Drucksensors im Federbalg dem Balgdruck
entspricht, errechnete Hinterachslast um mindestens eine Tonne absinkt.
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In 3 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für die
Erkennung des vorhandenen bzw. fehlenden Aufliegers als Rechnerprogramm
am Beispiel eines Flußdiagramms
skizziert.
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Auch
das in 3 skizzierte Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen
durchlaufen. Im ersten Schritt 200 werden die auszuwertenden
Betriebsgrößen eingelesen.
Dies sind die im Speicher gespeicherte statische Achslast Achslast_stat_ha,
die tiefpaßgefilterte
Achslast Achslast_ha und die Fahrzeuggeschwindigkeit VFZ. Im darauffolgenden Schritt 206 wird überprüft, ob die
Fahrzeuggeschwindigkeit größer Null
ist. Ist dies der Fall, wird eine Marke gemäß Schritt 208 auf
1 gesetzt. Diese Marke zeigt an, daß nach Einschalten des Fahrtschalters des
Fahrzeugs das Fahrzeug kurzzeitig eine Geschwindigkeit größer Null
eingenommen hat. Mit Abschalten des Fahrtschalters wird diese Marke
auf Null zurückgesetzt.
Ist die Geschwindigkeit nicht größer Null,
so wird Schritt 208 übersprungen.
Im darauffolgenden Schritt 202 wird überprüft, ob die gespeicherte statische
Achslast (Achslast_stat_ha) der Hinterachse den Grenzwert FAUFL überschreitet.
Ist dies der Fall wird gemäß Schritt 204 von
einem vorhandenen Auflieger ausgegangen und eine entsprechende Marke
gesetzt bzw. die gesetzte Marke beibehalten. Danach wird das Programm
beendet und zum nächsten
Zeitintervall erneut durchlaufen.
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Hat
gemäß Schritt 202 die
gespeicherte statische Achslast den Grenzwert nicht überschritten, wird
im Schritt 210 wird überprüft, ob die
Marke für die
Geschwindigkeit größer Null
(Schritt 208) den Wert 1 aufweist. Ist dies nicht der Fall,
wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt durchlaufen.
Ist die Marke 1, d.h. hat das Fahrzeug bereits kurzzeitig in diesem
Fahrzyklus eine Geschwindigkeit größer Null erreicht, so werden
im Rahmen der folgenden Schritte überprüft, ob der Auflieger fehlt. Dazu
wird im Schritt 212 überprüft, ob für eine gewisse
Zeit die gefilterte Achslast (Achslast_ha) kleiner als ein vorgegebener
Grenzwert FSOLO ist und ob die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist.
Sind diese beiden Bedingungen erfüllt, wird gemäß Schritt 214 ein fehlender
Auflieger erkannt und die Marke für den Auflieger entsprechend
zurückgesetzt
bzw. die rückgesetzte
Marke beibehalten. Ist eine der Bedingungen gemäß Schritt 212 nicht
erfüllt,
wird das Programm beendet und zum gegebenen Zeitpunkt wiederholt.