TRAILER EBS. Elektronisch geregeltes Bremssystem für Anhängerfahrzeuge

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1 TRAILER EBS Elektronisch geregeltes Bremssystem für Anhängerfahrzeuge S a f e t y D r i v e s U s

2 INHALT Wabco Trailer EBS Einleitung EBS im Zugfahrzeug Systemaufbau Systemfunktionen Erzeugung des Bremssollwerts Dauerbremsintegration Verzögerungsregelung Bremskraftverteilung Verbesserte ABS- und ASR-Regelung EBS im Anhängefahrzeug Systembeschreibung Redundanzbetrieb Anhängerkomponenten Anhängerbremsventil Anhängermodulator Relaisventil Achslastsensor Funktionen des Anhänger-EBS Sicherheitskonzept Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug

3 EINLEITUNG Einleitung Um dem wachsenden Markt im Transportgewerbe gerecht zu werden, sind die Anforderungen an die konventionellen Motorwagen- und Anhängerbremsanlagen ständig gestiegen. Von modernen Nutzfahrzeugen erwartet man heute, dass sie sicher, effektiv, komfortabel und umweltverträglich arbeiten. Meilensteine einer kontinuierlichen Weiterentwicklung der Anhängerbremsanlagen waren die Einführung der EG-Bremsanlage im Jahr 197 sowie die Entwicklung und Einführung des Antiblockiersystems für druckluftgebremste Nutzfahrzeuge im Jahre Die Einführung des elektronischen Bremssystems EBS ist entsprechend der nächste logische Schritt, diesen und anderen Anforderungen gerecht zu werden. EBS bietet die Möglichkeit einer dauerhaft optimalen Abstimmung der Bremskräfte zwischen Zug- und Anhängefahrzeug. Seit dem Herbst 1996 ist ein elektronisch gesteuertes Bremssystem in der neuen schweren Fahrzeugklasse ACTROS von Mercedes-Benz als Serienausrüstung verfügbar. Dieses EBS-System ist eine gemeinsame Entwicklung von WABCO und Daimler-Benz. EBS erhöht die Fahrzeug- und Verkehrssicherheit, insbesondere durch Bremswegverkürzungen und verbesserte Bremsstabilität, sowie die Wirtschaftlichkeit und den Fahrkomfort beträchtlich durch: kürzere Ansprechzeiten und gleichzeitigem Ansprechen der Radbremsen im gesamten Zugverband und damit Pkw-ähnliches Bremsverhalten in allen Beladungszuständen, Reduzierung der Einzelkomponenten sowie deren Verbindungselemente (z. B. durch Wegfall der ALB-Regler, Druckverhältnis- und Druckbegrenzungsventile beim Deichselanhänger), Harmonisierung des Bremsbelagverschleißes der einzelnen Fahrzeugachsen, erhebliche Verbesserung der Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug, leichtere Installation der Bremsanlage durch den Erstausrüster. Durch den Einsatz von EBS im Motorwagen werden schon viele Verbesserungen erreicht. Eine weitere Steigerung dieses Fortschritts ist der Einsatz von EBS auch in Anhängefahrzeugen. Durch zusätzlichen Einbau von Scheibenbremsen, die weniger thermisches Fading als Trommelbremsen aufweisen, ergeben sich Verbesserungen, besonders bei lang anhaltenden Bremsungen. Seit 1998 bietet WABCO EBS für Anhängefahrzeuge an, so daß nun komplett elektronisch gebremste Züge mit zukunftsweisender Technologie zur Verfügung stehen. In den nächsten Jahren wird im Wechselbetrieb von Zug- und Anhängefahrzeugen ein Mischbetrieb von elektronisch bzw. konventionell gebremsten Zug- und Anhängefahrzeugen entstehen. Dabei muß die Kompatibilität im Teilbremsbereich sowie bei hohen Verzögerungen gewährleistet sein. Auf diese Problematik, die Zusammenhänge und Lösungen gehen diese Ausführungen ein.

4 4 EBS EBS im Zugfahrzeug Systemaufbau Druckluftgruppe 2 Bremswertgeber Zentralsteuergerät 4 Prop.-Relaisventil 5 Druckmodulator 6 ABS 7 Sensoren 8 Anhängersteuerung 9 Hilfs-/Feststellbremse 10 Redundanzventil GETRIEBE ECAS RETARDER MOTOR Bild 1: EBS-Hybridsystem Systemaufbau Das in Bild 1 dargestellte WABCO-EBS regelt die Vorderachse, Hinterachse und die Anhängeransteuerung elektronisch. Zusätzlich zur elektronischen Bremsdruckregelung ist jeweils für die Vorderachse, Hinterachse und Anhängeransteuerung eine pneumatische Redundanz (unterlagerter Sicherheitskreis) realisiert. Das sogenannte EBS-Hybridsystem besteht aus einem Fußbremswertgeber, der bei Pedalbetätigung beide elektrische und pneumatische Sollwertsignale erzeugt; einem Proportionalrelaisventil zur aktiven Regelung des Bremsdruckes an der Vorderachse und ABS-Regel ventilen für die ABS-Regelung an der Vorderachse entsprechend einer weiterentwickelten Regellogik (MIR- Logik); einem kompakten Achsmodulator mit integriertem Elektronikmodul an der Hinterachse zur Individualdruckregelung, Erfassung und Auswertung der Sensorsignale, Raddrehzahlen und des Bremsbelagverschleißes; einem elektropneumatischen Anhängersteuerventil zur Verbesserung der Ansteuerung konventionell gebremster Anhängefahrzeuge und mit der Möglichkeit, den Anhängesteuerdruck bezüglich der Sollwertvorgabe zu erhöhen, abzusenken oder auch, z. B. bei Fahrdynamik-Regelungen, auto matisch einzuleiten; einer digitalen Datenschnittstelle zur Ansteuerung von neuen Anhängefahrzeugen mit EBS. Die Schnittstelle ist integriert in einer erweiterten ABS- Steckverbindung nach ISO 768 (zusätzliche CAN-Info über PIN 6 + 7); einem Redundanzventil an der Hinterachse;

5 EBS 5 EBS im Zugfahrzeug Systemfunktionen Schalter ZFZ: AFZ: BWG: RET: PR: SR: RB: TRC: DBI: z-reg: BKV: Zugfahrzeug Anhängefahrzeug Bremswertgeber Retarderelektronik Primärretarder (Motorbremsen) Sekundärretarder Reibungsbremsen Anhängeransteuerung Dauerbremsenintegration Fz-Verzögerung-(z-)- Regelung Bremskraftverteilung Bild 2: Bremsenmanagement Zugfahrzeug EBS und einem Zentralmodul für überge ordnete Bremsenmanagementfunktionen, Vorderachs- und Anhängersteuerdruckregelung, Erfassung und Auswertung der Sensorsignale der Vorderachse und einem Datenaustausch mit dem Achsmodulator über den Systemdatenbus sowie mit anderen Fahrzeugregelsystemen über den Fahrzeugbus. Bei dem ACTROS ist die Luftaufbereitung, bestehend aus Lufttrockner, Druckregler, Mehrkreisschutzventil und mehreren Druckbegrenzungsventilen, zu einer Baueinheit zusammengefasst. Systemfunktionen Dieses in Serie eingeführte elektronische Bremssystem ermöglicht eine Vielzahl von Bremsfunktionen, die zur Senkung von Betriebskosten und zu einer Bremskomfortverbesserung führen. Das ACTROS- System enthält einige von Daimler-Benz selbst entwickelte Software-Funktionen. Die nachfolgend beschriebenen Systemfunktionen entsprechen der allgemeinen WABCO-Lösung und sind im jeweiligen Bremsenmanagement für Motorwagen und Anhängefahrzeuge zusammengefasst. Der Signalfluß ist im Bild 2 dargestellt. Das Bremsenmanagement besteht aus mehreren Softwaremodulen.

6 6 EBS EBS im Zugfahrzeug Systemfunktionen Erzeugung des Bremsensollwerts Der vom Fahrer durch die Pedalbewegung vorgegebene elektrische Sollwert wird zunächst im Modul für Feeling in eine Sollverzögerung umgerechnet. Die Sollverzögerung steigt progressiv mit dem Pedalweg an. Die Kennlinie, auch Feelingkurve genannt, ist parametrierbar und kann hersteller- bzw. fahrzeugspezifisch eingestellt werden. Dauerbremsintegration Im Modul für Dauerbremsintegration wird die Bremskraftverteilung zwischen Dauerund Reibungsbremsen vorgenommen. Die Verteilung erfolgt derart, dass die Dauerbremsen stets ein Maximum an gewünschter Bremskraft übernehmen. Dadurch werden die Reibungsbremsen von Zugund Anhängefahrzeugen geschont. Im Falle einer Notbremsung steht dann die volle Leistungsfähigkeit der Reibungsbremse zur Verfügung. Die Dauerbremsintegration bietet somit ein Höchstmaß an Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Komfort. Unabhängig von der integrierten Dauerbremsansteuerung hat der Fahrer auch weiterhin die Möglichkeit, z. B. bei Talfahrt, Dauerbremsen durch Handhebel oder Fußschalter separat von der Reibungsbremse einzuschalten. Die Dauerbremsen können sich zusammensetzen z. B. aus Motorbremse, Drosselklappenbremse und/oder Retarder. Sie werden je nach Bremsanforderung nacheinander oder zusammen stufenlos oder gestuft eingeschaltet.

7 EBS 7 EBS im Zugfahrzeug Systemfunktionen Verzögerungsregelung Bei der Verzögerungsregelung wird davon ausgegangen, daß der Fahrer durch die Betätigung des Bremspedals eine Verzögerung wünscht, zusätzlich zu der aktuell bestehenden Fahrzeugverzögerung, hervorgerufen durch Berg- oder Taleinflüsse und z. B. Roll- und Luftwiderstände. Daher wird bei jeder Bremsung die schon vorliegende Verzögerung als Grundverzögerung zugrunde gelegt. Die Istverzögerung wird über die Raddrehzahlsensoren ermittelt. Entsprechend der Abweichung zwischen Soll- und Ist-verzögerung erfolgt eine Sollwertvorgabenkorrektur zur Berechnung des Dauerbremsenmomentes und der Betriebsbremsdrücke. Die Verzögerungsregelung bewirkt unabhängig von der Fahrzeugbeladung einen gleichbleibenden Zusammenhang zwischen Bremspedalstellung und Fahrzeugverzögerung. Mit weiteren Maßnahmen, wie Ausregeln der Ansprechdrücke und der Bremsenhysterese, wird dem Fahrer eine weitaus direktere Rückmeldung auf Sollwertänderungen, also ein verbessertes Bremsenfeeling, geboten. Entsprechend der Vorgabe der Sollverzögerung und der Beladung werden die Bremsdrücke in den Modulen für die Bremskraftverteilung berechnet. Individuell für das Zug- und das Anhängefahrzeug. Die Berechnung der Bremskraftverteilung zwischen Zugund Anhängefahrzeug erfolgt im Modul für die Anhängeransteuerung.

8 8 EBS EBS im Zugfahrzeug Systemfunktionen Bild : Bremsdruckverteilung eines Zugfahrzeugs Bremskraftverteilung In Bild ist beispielhaft die Bremskraftverteilung eines Zugfahrzeugs für den beladenen und den leeren Zustand dargestellt. Realisiert ist eine sogenannte kombinierte Bremskraftverteilung. Sie erlaubt eine Kombination von adhäsionsoptimaler Bremskraftverteilung bei höheren Sollverzögerungen und belagverschleißoptimierter Bremskraftverteilung bei niedrigen Sollverzögerungen. Wenn außerdem wie im ACTROS Verschleißsensoren installiert sind, können diese vom EBS ausgewertet und in eine adaptive Belagverschleißregelung umgesetzt werden. Dabei kann die Bremsdruckverteilung im Bereich geringer Verzögerung so bestimmt werden, dass die Beläge an Vorder- und Hinterrädern zum gleichen Zeitpunkt gewechselt werden können. Die adhäsionsoptimierte Verzögerung im oberen Abbremsungsbereich führt zu etwa gleichem Einsetzen einer ABS-Regelung an allen Achsen. Verbesserte ABS- und ASR-Regelung Die ABS- und ASR-Funktionen sind im EBS integriert und konnten durch die zusätzlichen Informationen über Betätigung der Bremse, Sollwert, Achslast und Bremsdruck zu höherer Regelgüte und verbessertem Komfort weiter entwickelt werden.

9 EBS 9 EBS im Anhängefahrzeug Vorrat 1 Anhängerbremsventil 2 Vario Compact ABS ABS-Sensor 4 ALB-Regler 4 Bremse ISO 768 Balgdruck 1 2 Bild 4: Konventionelle Bremsanlage für Sattelanhänger EBS im Anhängefahrzeug In den Bildern 4 und 5 ist jeweils eine EG-Druckluftbremsanlage dargestellt, wie sie heute in Europa üblich ist. Im wesentlichen besteht diese Bremsanlage bei einem Sattelanhänger aus einem Anhängerbremsventil, einem ALB-Regler und dem ABS-System. Das hier dargestellte Vario-Compact- System faßt die ABS-Relaisventile und die elektronische Steuereinheit zu einer Einheit zusammen. Häufig werden diese Geräte aber auch in aufgelöster Bauweise installiert. Im Deichselanhänger erhöhen sich die o. g. Komponenten um einen zusätzlichen ALB-Regler, ein drittes ABS-Relaisventil, ein Anpassungsventil an der Vorderachse und um ein Druckbegrenzungsventil an der Hinterachse. Obwohl diese EG-Bremsanlage einen hohen Entwicklungsstand erreicht hat, insbesondere auch durch Verwendung eines ABS- Systems, gibt es Potential zu weiteren Verbesserungen:

10 10 EBS EBS im Anhängefahrzeug 1 Anhängerbremsventil 2 Vario Compact ABS Vorrat Bremse ABS-Sensor 4 ALB-Regler 5. ABS-Modulator 6 Anpassungsventil 7 Druckbegrenzungsventil 1 Bremsdruck 5 Bremsdruck 2 ISO 768 Bild 5: Konventionelle Bremsanlage für Deichselanhänger Verringerung der Komponentenvielfalt/ -anzahl und damit der Installationskosten für den Fahrzeughersteller. Ersatz der notwendigen pneumatischen Ventile und deren Einstellung durch Einführung einer elektronischen Regelung und damit möglichen einfachen Parametrierung. Durch Einsatz exakt arbeitender Druckregelkreise können heute vorkommende Kennlinienabweichungen der pneumatischen Ventile nahezu eliminiert werden. Durch die elektrische Bremsleitung und eine elektronische Regelung kann das Zeitverhalten zum Teil wesentlich verbessert werden und damit zur Bremswegverkürzung und Erhöhung der Fahrzeugstabilität des Gesamtzugs beitragen. Erweiterung der Diagnosemöglichkeiten für das gesamte Bremssystem, inkl. Wartung und Reparaturanleitung. Möglichkeit einer umfangreicheren Bandendeprüfung mit automatischer Sicherung der Prüfergebnisse. Diese möglichen Verbesserungen waren Grundlage für die Entwicklung eines elektronisch geregelten Bremssystems EBS im Anhängefahrzeug.

11 EBS 11 EBS im Anhängefahrzeug Systembeschreibung 1 EBS-Anhängerbremsventil 2 EBS-Anhängermodulator Vorrat 1 (5/6) 2 (5/7) ABS-Sensor 4 Achslastsensor 5 Drucksensor 6 Druckschalter 7 Redundanzventil Bremse ISO CAN 4 Bild 6: EBS für Sattelanhänger 4S/2M Systembeschreibung Das EBS-Standardsystem für einen -Achs-Sattelanhänger ist in Bild 6 dargestellt. Es regelt die Bremsdrücke seitenweise elektronisch. Das System setzt sich aus einem zweikreisigen kompakten Anhängermodulator mit digitaler Datenschnittstelle nach ISO zum EBS- Zugfahrzeug, einem EBS-Anhängerbremsventil, einem Achslastsensor sowie den ABS-Sensoren zusammen. Beim Einsatz in Deichsel- oder Sattelanhängern mit Lenkachse wird ein System mit einem zusätzlichen EBS-Relaisventil an den Lenkachsen benötigt, Bild 7. Anhängefahrzeuge mit dem beschriebenen elektronischen Bremssystem müssen kompatibel zu konventionellen Zugfahrzeugen und EBS-gebremsten Zugfahrzeugen sein und bei EBS-Ausfall pneumatisch redundant gebremst werden können. Dadurch ergeben sich drei mögliche Betriebsarten: Betrieb hinter neuen Zugfahrzeugen mit EBS sowie erweiterter ISO-768- Steckverbindung mit CAN-Schnittstelle Es können alle EBS-Funktionen genutzt werden. Die Sollwertvorgabe von dem Zugfahrzeug erfolgt über die Datenschnittstelle in das Anhängefahrzeug.

12 12 EBS EBS-Anhängerkomponenten Betrieb hinter konventionellen Zugfahrzeugen mit ISO-768-Steckverbindung für die Anhänger-ABS- Versorgung, jedoch ohne CAN Schnittstelle Es sind alle EBS-Funktionen bis auf die Sollwertübertragung über die CAN- Datenschnittstelle nutzbar. Die Sollwertvorgabe erfolgt durch den Drucksensor im Anhängerbremsventil, der den Anhängersteuerdruck sensiert. Redundanzbetrieb Beim Ausfall der elektrischen Spannungsversorgung kann immer rein pneumatisch gebremst werden, allerdings ohne lastabhängige Bremskraftregelung und ohne ABS-Funktion. Im Redundanzbetrieb entspricht das Zeitverhalten dem der heutigen, konventionellen Bremsanlage. Bei der pneumatischen Ansteuerung des EBS-Anhängers ergibt sich ein verbessertes Zeitverhalten, da durch die elektrische Sensierung des Steuerdrucks Zeit gewonnen wird. Beim Betrieb hinter EBS-Zugfahrzeugen und Ansteuerung über CAN erfolgt der Druckaufbau im EBS-Anhängefahrzeug nahezu synchron zum Druckaufbau im Zugfahrzeug. Anhängerkomponenten Wie in der Systembeschreibung erklärt, sind das EBS-Anhängerbremsventil, der kompakte zweikreisige EBS-Anhänger- Modulator als Herz des Systems, das teilweise notwendige EBS-Relaisventil und der Achslastsensor die Schlüsselkomponenten des Anhänger-EBS. 1 EBS-Anhängerbremsventil 2 EBS-Anhängermodulator Vorrat 1 8 (5/6/7) 2 (5/7) ABS-Sensor 4 Achslastsensor 5 Drucksensor 6 Druckschalter 7 Redundanzventil 8 EBS-Relaisventil Bremse ISO CAN 4 Bild 7: Bremsenmanagement Zugfahrzeug EBS Bild 8

13 EBS 1 EBS-Anhängerkomponenten EBS-Anhängerbremsventil (Bild 9) Da Anhängefahrzeuge mit EBS auch hinter Zugfahrzeugen mit konventioneller Bremsanlage betrieben werden, sind die herkömmlichen Funktionen des Anhängerbremsventils wie Abrißfunktion und Rückschlagventil weiterhin erforderlich. Nur die einstellbare Voreilung kann entfallen, da diese elektronisch realisiert wird. Zusätzlich sind ein Drucksensor (1) zur Erzeugung eines Bremswertes aus dem Steuerdruck und ein Druckschalter (2) zur Überwachung des Drucksensors integriert. Bild 9: EBS-Anhängerbremsventil 2 1

14 14 EBS EBS-Anhängerkomponenten Der Druckschalter befindet sich am Eingang des Bremsventils, der Drucksensor am Ausgang. Aufgrund dieser Anordnung kann hinter einem Zugfahrzeug mit EBS das automatische Einbremsen bei Abriß der Vorratsleitung erkannt werden. Diese Information kann dann das normalerweise durchgeführte automatische Einbremsen des Anhängefahrzeugs verhindern, soweit der Vorratsdruck ausreichend hoch genug ist. In diesem Falle wird der Fahrer durch die Warnlampe informiert. Dadurch ist eine erhöhte Sicherheit gewährleistet. EBS-Anhängermodulator (Bild 10) Der EBS-Anhängermodulator ist zweikanalig aufgebaut und regelt im Falle eines Sattelanhängers seitenweise den Bremszylinderdruck. Er verfügt daher über zwei pneumatisch unabhängige Druckregelkanäle, bestehend aus zwei Relaisventilen (1), die durch Magnetventile (2), () geregelt werden, der Elektronik (4) und zwei Bremsdrucksensoren (5). Es sind ebenfalls das Redundanzventil (6) sowie ein Sensor (7) zur Überwachung des Vorratdrucks integriert. Der Anhängermodulator kommuniziert über eine nach ISO genormte Anhängerschnittstelle mit EBS-Zugfahrzeugen. In Bild 10 wird rechts die Ventilstellung beim Belüften und links beim Entlüften im EBS-Betrieb dargestellt. Von dem Vario-Compact-System (VCS) wurde die bewährte Anschlußtechnik sämtlicher elektrischer Leitungen mit Steckern von außen, ohne Öffnen der Elektronik übernommen. Bild 10

15 EBS 15 EBS-Anhängerkomponenten Der Anhängermodulator hat Anschlußmöglichkeiten für: Spannungsversorgung nach ISO 768 inkl. CAN EBS-Anhängerbremsventil EBS-Relaisventil Diagnose Geschwindigkeitssensoren Achslastsensor separate elektronische Niveauregelung. EBS-Relaisventil Wird ein 4S/M-System verbaut, also in Deichsel- oder Sattelanhängern mit einer Lenkachse, muß zusätzlich zu den beiden im EBS-Anhängermodulator integrierten Modulatoren ein EBS-Relaisventil eingesetzt werden. Dieses Ventil besteht aus einem Relaisventil mit zwei Magnetventilen (EV, AV), einem Redundanzventil und einem Bremsdrucksensor. Es hat keine eigene Elektronik, sondern wird vom Anhängermodulator aus angesteuert und überwacht. An dieses Relaisventil können bis zu vier Bremszylinder angeschlossen werden. Achslastsensor Mit dem Achslastsensor wird der Druck der Luftfederung sensiert. Es wird ein Drucksensor verwendet, der bei luftgefederten Fahrzeugen den Balgdruck mißt. Aus dieser Information wird unter Hinzunahme der spezifischen Fahrzeugparameter der aktuelle Beladungszustand berechnet. EBS Anhängermodulator

16 16 EBS Funktionen des Anhänger-EBS Bild11: Bremsenmanagement Anhänger-EBS Funktionen des Anhänger-EBS Die Software des Anhänger-EBS besteht aus verschiedenen Teilfunktionen. Wie aus Bild 11 erkennbar, wird das EBS- System beim Betrieb hinter EBS-Zugfahrzeugen mit 7poliger EBS-Steckdose entweder über die CAN-Anhängerschnittstelle oder beim Betrieb hinter konventionellen Zugfahrzeugen mit 5poliger ABS- Steckdose über die pneumatische Steuerleitung angesteuert. Das Sollwertmodul wählt aus den beiden zur Verfügung stehenden Sollwerten den momentan gültigen aus, wobei natürlich der schnellere CAN-Sollwert Priorität hat. Wenn aber zum Beispiel zusätzlich die Handbremse, die auf konventioneller Basis pneumatisch funktioniert, eingelegt wird, muss diese Bremsanforderung zuerst erfüllt werden. Das Anhänger-EBS beinhaltet die lastabhängige Bremskraftregelung, wobei zwischen Sattelanhängern bzw. Zentralachsanhängern und Deichselanhängern unterschieden werden muss. Der aktuelle Beladungszustand wird durch Sensierung des Luftfederbalgdrucks ermittelt. Bei Sattelanhängern wird, wie heute auch, ein statischer Strahlenregler realisiert (Bild 12). Die Übertragungsfunktion Kupplungskopfdruck/Bremsdruck ist in zwei Bereiche aufgeteilt: Anlegebereich Stabilitätsbereich A S In diesem Beispiel steigt der Bremszylinderdruck im Anlegebereich von pm = 0 bar bis pm = 0,6 bar von 0 auf 0,4 bar an. Bei pm = 0,7 bar ist der Ansprechdruck der Radbremse erreicht, so daß das Fahrzeug ab jetzt Bremskraft aufbauen kann. Dieser Punkt, also der Ansprechdruck der gesamten Anhängerbremse, ist parametrierbar. Im weiteren Verlauf folgt der Bremsdruck beim beladenen Fahrzeug der Geraden, die durch den berechneten Wert bei pm = 6,5 bar führt. Beim leeren Fahrzeug wird der Ansprechdruck ebenfalls bei pm = 0,7 bar ausgesteuert, danach wird der Bremsdruck entsprechend der Beladung reduziert. Es wird leer und beladen jeweils das EG-Band beladen erfüllt.

17 EBS 17 Funktionen des Anhänger-EBS Bild 12: ALB-Funktion im Sattelanhänger Bild 1: Bremskraftverteilung im Deichselanhänger Beim Deichselanhänger ersetzt die auf Softwarebasis realisierte Bremskraftverteilung (Bild 1) die heute üblichen zwei ALB-Regler, das Anpassungsventil an der Vorderachse und das Druckbegrenzungsventil an der Hinterachse. Die Übertragungsfunktion ist hier in drei Bereiche aufgeteilt: Anlegebereich Verschleißbereich Stabilitätsbereich A V S Am Ende des Anlegebereichs werden wieder die Ansprechdrücke der Bremsen ausgesteuert, die achsweise natürlich auch verschieden sein können. Im Teilbremsbereich werden die Drücke verschleißoptimiert ausgesteuert. Beim Deichselanhänger mit z. B. Membran- Zylindern Typ 24 an der Vorderachse und Typ 20 an der Hinterachse wird Druck an der Vorderachse entsprechend der Auslegung etwas zurückgenommen und an der Hinterachse etwas erhöht. Das sorgt exakter als mit der Funktion des heute eingesetzten Anpassungsventils für gleichmäßige Belastung aller Radbremsen. Im Stabilitätsbereich werden die Drücke entsprechend gleicher Adhäsionsausnutzung in Abhängigkeit von der Achslast ausgesteuert.

18 18 EBS Funktionen des Anhänger-EBS Im Druckregler werden die vom Bremskraftverteilungsmodul vorgegebenen Sollwerte in die Ansteuerung der Magnetventile umgesetzt. Die ausgesteuerten Bremsdrücke werden mit den Bremsdrucksensoren gemessen und in die Elektronik zurückgeführt. Dort werden sie mit den Sollwertvorgaben verglichen und bei einer Differenz nachgeregelt. Die ABS-Systemkonfigurationen sind vom bewährten Vario-Compact-System übernommen worden, also 2S/2M, 4S/2M und 4S/M. Da jetzt durch die integrierten Bremsdrucksensoren die Abregeldrücke beim Einsatz des ABS bekannt sind, können diese Informationen zur Verbesserung der Regelung genutzt werden. So ist es zum Beispiel möglich, nach einer ABS-Entlüftung sehr viel schneller und zielsicherer auf ein Niveau etwas unterhalb des vorherigen Abregeldruckes wieder einzusteuern und so die Kraftschlußausnutzung zu optimieren. Der elektronisch gesteuerten Bremsanlage ist eine konventionelle pneumatische Bremsanlage, die sogenannte pneumatische Redundanz, unterlagert. Wenn z. B. die ISO-768-Verbindung zum Zugfahrzeug nicht gesteckt, unterbrochen oder die elektrische Bremse total ausgefallen ist, kann das Fahrzeug noch rein pneumatisch gebremst werden. Die Anhängefahrzeuge sind also immer bremsbar. In diesem Fall jedoch ohne lastabhängige Bremskraftverteilung und ohne ABS.

19 EBS 19 Ein gravierender Vorteil der elektronischen Anhängerbremsanlage ist der Entfall des ALB-Reglers mit seinen vielen Varianten und der mechanischen Einstellung. Statt dessen wird die Einstellung der ALB- Funktion durch die Parametrierung der ECU durchgeführt. Alle Funktionen des/ der Alb-Regler (s), wie z. B. Aussteuerung des gesicherten Leerbremsdrucks beim Platzen des Balges, werden durch die ECU abgesichert. Das bekannte WABCO- Bremsberechnungsprogramm ist um die Berechnung der EBS-Parameter erweitert worden. Dieses Programm stellt die notwendigen Parameter als Ausdruck auf Papier und als Datei zur Verfügung. Zur Bandendeprüfung und zur Diagnose wird zum einen der WABCO-Diagnostic Controller und zum anderen eine PC-Diagnose unter Windows zur Verfügung gestellt. So hat der Fahrzeughersteller verschiedene Möglichkeiten, die Elektronik zu parametrieren. Größere Fahrzeughersteller werden die benötigten Parameter bei der Auftragserstellung und Bremsberechnung auf ihrem internen Firmen-netzwerk bereitstellen, so dass bei der Bandendeprüfung der Datensatz vom Netzwerk mit einem PC in die Elektronik geladen werden kann. Kleinere Hersteller lassen die Bremsberechnung bei WABCO durchführen und erhalten ihre Unterlagen per Fax oder . Die Parametrierung erfolgt dann mit Hilfe des PCs oder Diagnostic Controllers.

20 20 EBS Funktionen des Anhänger-EBS Sicherheitskonzept Die zusätzliche Sensorik und Intelligenz des Systems erlaubt eine Vielzahl von Überwachungsfunktionen und Plausibilitätsprüfungen über den Umfang der heutigen ABS-Sicherheitsfunktionen hinaus. Bei auftretenden Fehlern werden nur die betroffenen Systemfunktionen selektiv abgeschaltet, so dass immer eine größtmögliche Systemverfügbarkeit gewährleistet ist. Beim Betrieb hinter EBS-Zugfahrzeugen wird z. B. erkannt, wenn die pneumatische Steuerleitung nicht gesteckt oder abgerissen ist, so daß der Fahrer gewarnt werden kann.

21 EBS 21 Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bild 14: Ideale Bremskraftverteilung zwischen den Achsen Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Aus Sicherheits- und ökonomischen Gründen ist immer eine gute Bremskraftabstimmung zwischen Zug- und Anhängefahrzeug erforderlich. Ein Zug gilt als gut abgestimmt, wenn zwischen Motorwagen und Anhängefahrzeug allenfalls geringe Unterschiede im Totzeit- und im Ansprechdruckverhalten bestehen und die Bremskräfte entsprechend der Beladung verteilt sind. Die Bremskraftverteilung ist ideal, wenn die dynamischen Abbremsungen der jeweiligen Achsen einer Kombination gleich sind, d. h. jede Achse in der Kombination verzögert entsprechend der vom Fahrer vorgegebenen Abbremsung ihren eigenen dynamischen Massenanteil. In Bild 14 ist diese ideale Bremskraftverteilung dargestellt. Wie im Bild erkennbar, ist das Verhältnis von Bremskraft und Achslast oder der Abbremsungswinkel a an allen Achsen gleich. In solch einem Fall stellen sich ideale Koppelkräfte zwischen Zug- und Anhängefahrzeug ein. Bei Gliederzügen ist die Deichselkraft FD = 0, und bei Sattelzügen entspricht das Verhältnis aus horizontaler zu vertikaler Kraft am Königszapfen dem Abbremsungswinkel a. Damit eine ausreichende Bremskraftabstimmung zwischen Zug- und Anhängefahrzeug gegeben ist, schreiben die einschlägigen Bremsenvorschriften, die ECE R1 und die wortgleiche RREG 71/20, Mindestschwellzeiten für den Druckaufbau am Kupplungskopf und eine Zuordnung der Abbremsung z zum Druck am Kupplungskopf pm vor.

22 22 EBS Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bild 15: Beispielhafte Lage der Fahrzeuge im Kompatibilitätsband Obwohl neue Fahrzeuge mit ABS das Kompatibilitätsband nur voll beladen erfüllen müssen, streben Fahrzeughersteller durch Beibehaltung der ALB-Regler für alle Beladungszustände eine gute Kompatibilität an. Soweit dies technisch möglich ist, wird eine Bandmittenlage angestrebt. Bei häufig wechselnden Kombinationen wird damit ein im Durchschnitt zufriedenstellendes Verschleißverhalten für alle beteiligten Fahrzeuge erreicht. Zudem hat die Kombination bei starken Verzögerungen ein ausgeglichenes gutes Bremsverhalten. In der Praxis kommt es aber immer wieder zu Beanstandungen der Lastzugkompatibilität. Dies zeigt sich vor allem im stark unterschiedlichen Bremsbelagverschleiß. Für das Verschleißverhalten des Zuges ist die Abbremsung der Einzelfahrzeuge bei kleinen Drücken ausschlaggebend, also im Bereich pm = 0,2 1,5 bar. In diesem Bereich finden etwa 90 % aller Abbremsungen statt. Bild 15 zeigt ein Zugfahrzeug mit einem Ansprechdruck von 0,5 bar und ein Anhängefahrzeug mit einem Ansprechdruck von 0,8 bar. Beide Fahrzeuge haben die gleiche Abbremsung beim Berechnungsdruck. Im Teilbremsbereich bei pm = 1,2 bar bewirkt jedoch der unterschiedliche An- sprechdruck eine Unterbremsung des Anhängers gegenüber dem Zugfahrzeug von 50 %. In Bild 16 sind zwei Fahrzeuge mit gleichen Ansprechdrücken der Bremsen, aber sehr unterschiedlichen Bremsauslegungen dargestellt. Das Zugfahrzeug hat bei pm = 6,5 bar eine Abbremsung von 0,6 und der Anhänger von 0,50. Der Bremskraftunterschied im Teilbremsbereich bei pm = 1,2 bar beträgt nur 2 %.

23 EBS 2 Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bild 16: Beispielhafte Lage der Fahrzeuge im Kompatibilitätsband Der worst case -Fall ist erreicht, wenn der Anhänger zusätzlich noch einen hohen Ansprechdruck hat. Das Beispiel zeigt, dass Verschleißprobleme weniger durch unterschiedliche Kennliniensteigungen der Einzelfahrzeuge im Kompatibilitätsband, sondern hauptsächlich durch zu große Unterschiede in den Ansprechdrücken verursacht werden. Weitere Probleme können sich ergeben, wenn Zug- und Anhängefahrzeug mit unterschiedlichen Bremsen bestückt sind. Zugfahrzeuge werden zunehmend mit Scheibenbremsen ausgerüstet, während die Mehrzahl der Anhängefahrzeuge noch Trommelbremsen hat. Da Scheibenbremsen weniger thermisches Fading als Trommelbremsen aufweisen, nimmt die Bremskraft bei hohen Temperaturen dort weniger stark ab. Bei langanhaltenden Bremsungen wird dann Bremsenergie zunehmend vom trommelgebremsten Anhängefahrzeug zum scheibengebremsten Zugfahrzeug verlagert. Ein Hauptziel der EBS-Entwicklung war daher, eine bessere Bremsabstimmung bei Lastzügen zwischen Zug- und Anhängefahrzeug zu erreichen, d. h. die Kompatibilität zu verbessern.

24 24 EBS Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bild 17: Bandlage der EBS-gebremsten Zugund Anhängefahrzeuge Die Verbesserung der Kompatibilität wird durch die drei nachfolgenden Maßnahmen erreicht: Die Grundauslegung der EBS-Zug fahrzeuge entspricht im gesamten Abbremsungsbereich der Bandmittenlage vom beladenen Fahrzeug (Bild 17). Dabei erlaubt die im Kapitel 2 erläuterte Verzögerungsregelung, die Zuordnung der Fahrzeugverzögerung zum Kupplungskopfdruck im Fahrbetrieb immer wieder neu abzugleichen. Im ACTROS erfolgt die Zugabstimmung durch eine Bandlagenregelung. Die Grundauslegung der EBS- Anhängefahrzeuge mit WABCO-EBS erfolgt, wie bei bisherigen Anhängefahrzeugen üblich, ebenfalls auf Bandmittenlage. Der Anfangspunkt im EG- Band, also der Ansprechdruck, wird auf 0,7 bar festgelegt. Durch die von WABCO entwickelte Ansprechdruckerkennung werden Unterschiede in den Ansprechdrükken von Zug- und Anhängefahrzeug auto matisch erlernt und die Differenz als Voreilung dem Kupplungskopfdruck pm zuaddiert, dargestellt in Bild 18. Der Arbeitsbereich liegt dabei innerhalb der ECE-Bandgrenzen; also zwischen 0,2 und 1,0 bar. Ist der Ansprechdruck erlernt, liegen alle Radbremsen der Fahrzeugkombination bei Bremsbeginn zum gleichen Zeitpunkt an. Die Voreilungsfunktion des herkömmlichen Anhängersteuerventils wird also durch eine elektrische Voreilungsfunktion ersetzt, die bei einem Anhängerwechsel automatisch angepasst wird. Durch die Kombination dieser Maßnahmen, gleicher Ansprechdruck und Bandmittenlage, werden Verzögerungskennun-

25 EBS 25 Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bild 18: Beeinflussung der Bandanlage durch die Ansprechdruckerkennung gen der Teilfahrzeuge einer Kombination im Bereich der niedrigen Bremsdrücke fast identisch und ein weitgehender Verschleißgleichlauf zwischen den Teilfahrzeugen eines Lastzugs erreicht. Hinzu kommt, daß der Verschleiß insgesamt reduziert wird, da das mittlere Temperaturniveau der Radbremsen durch die bessere Bremskraftverteilung abgesenkt wird. Die Verbesserung in der Kompatibilität wird also bei EBS durch eine dynamische Bandlagenänderung inklusive der Ansprechdruckadaption während des Bremsvorganges erreicht, wobei die Grundauslegung der Einzelfahrzeuge auch weiterhin im Kompatibilitätsband liegen muß. Aus Kompatibilitätsgründen erlauben die neuen EBS-Vorschriften nur eine dynamische Änderung der Bandlage des Zugfahrzeugs, d. h. die Lage des Anhängefahrzeugs im Kompatibilitätsband darf dynamisch während des Bremsvorganges nicht geändert werden. Die Bandlagenänderung kann im Zugfahrzeug erfolgen durch die Regelung der Bremszylinderdrücke und/oder durch die Regelung des Kupplungskopfdruckes.

26 26 EBS Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Wobei alle Ausführungen, die zum Kupplungskopfdruck gemacht werden, auch auf die elektrische Anhängersollwertvorgabe übertragbar sind. Die einfachste Möglichkeit der Bremskraftabstimmung zwischen Zug- und Anhängefahrzeug wäre, den Bremsdruck der Zugfahrzeugachsen relativ zum Kupplungskopfdruck zu erhöhen oder abzusenken unter Beibehaltung der Anhängeransteuerung durch das konventionelle Anhängersteuerventil. Jedoch würde das dazu führen, dass die gesamte Kombination an den Teil mit dem schlechtesten Zeit- und Bremsverhalten angepasst werden würde. Die bessere Lösung ist daher ein elektropneumatischer Kreis im Anhängersteuerventil, der es ermöglicht, den Kupplungskopfdruck entsprechend der Anhängerbremswirkung zu erhöhen oder abzusenken. Das WABCO-System erlaubt, die unbeeinflußte Grundauslegung des Zugfahrzeugs im Stillstand bei abgeschalteter Zündung durch eine Druckmessung in herkömmlicher Weise zu überprüfen. Bei Betätigung der Bremse und abgeschalteter Zündung wird EBS über die im Bremswertgeber integrierten Schalter eingeschaltet, und die unbeeinflußte Kennung kann ermittelt werden. Bleibt hingegen die Zündung nach der Fahrt einge- schaltet, kann die adaptierte Kennung aufgenommen werden. Neue Zugfahrzeuge wie der ACTROS mit EBS haben in der Regel eine höhere Bremskraft gegenüber den bisherigen Fahrzeugen. Dieses wird aber nicht durch eine steilere Kennlinie im EG-Band erreicht, sondern durch eine Erhöhung des permanent verfügbaren Vorratsdruckes mit Hilfe eingeführter Konstantdruckanlagen. Die Kennlinie wird also über 6,5 bar Berechnungsdruck hinaus bis auf 8,5 bar verlängert. Alle Anhängefahrzeuge, auch ältere, die hinter diesen neuen Zugfahrzeugen laufen, erbringen ebenfalls mehr

27 EBS 27 Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bremssituation Zugfahrzeug konventionell Anhängefahrzeug EBS konventionell - o Teilbremsbereich Stabilitätsbereich max. Abbremsung z Vorrat. Kreis 6,5 bar oft verschiedene Ansprechdrücke zeitverzögertes Ansprechen der Anhängerbremse Zug- und Anhängefahrzeug ca. 0, ,6 bessere Anpassung an Zugfahrzeug durch Parametrierung besseres Ansprechen der Anhängerbremse Zug- und Anhängefahrzeug ca. 0, ,6 EBS + ++ Teilbremsbereich Stabilitätsbereich max. Abbremsung z Vorrat. Kreis 8,5 bar Konstantdruck Anpassung durch Zugfahrzeug-EBS verbessertes Ansprechen der Anhängerbremse Zug- und Anhängefahrzeug ca. 0,7... 0,75 Abstimmung optimal Abstimmung optimal Zug- und Anhängefahrzeug ca. 0,7... 0,75 Bremskraft, da sie mit 8,5 bar Konstantdruck versorgt werden und bei einer Vollbetätigung der Bremse etwa 8 bar zur Verfügung stellen. Die heute übliche Auslegung der Anhängerbremsanlage von z = 0, ,6 bei pm = 6,5 bar sollte also prinzipiell beibehalten werden. Grundsätzlich macht es bei der Auslegung der Bremsen auch keinen Unterschied, ob die Anhängefahrzeuge mit Trommel- oder Scheibenbremsen ausgestattet sind. Wenn Sie das WABCO Trailer EBS näher kennenlernen wollen, Fragen haben oder an einer individuellen Beratung interessiert sind, wenden Sie sich bitte direkt an Ihren WABCO- Außendienst-Mitarbeiter, an eines unserer Service Center oder an unser Produktteam Anhängefahrzeuge. Die Übersicht zeigt noch einmal die Probleme bei den möglichen Fahrzeugkombinationen.

28 WABCO WELTWEIT WABCO ist eine internationale Unternehmensgruppe mit Gesellschaften und Kooperationspartnern in Belgien, Brasilien, China, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Holland, Indien, Japan, Korea, Österreich, Polen, Russland, Schweden, Schweiz, Spanien, Südafrika, Tschechien, Ungarn, USA und anderen Ländern. Unsere detaillierten Kommunikationsverbindungen finden Sie im Internet unter: Vehicle Control Systems An American Standard Company