TEVES. ESP - das Elektronische Stabilitätsprogramm von Contlnental Teves.

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1 Dämmerung, nasse Fahrba)n, schlechte Sicht - und,.pkm:lich läuft ein Kind auf die Straßeder Alptraum jedes Autofahrers. Jetzt braucht der Fahrer sein ganzes Können und die beste Hilfe, die er bekommen kann: ESP - das Elektronische Stabilitätsprogramm von Contlnental Teves. ESP wertet ständig die Messdaten des Lenkwinkelsensors, der Raddrehzahlsensoren, des Querbeschleunigungs- sowie des Gierratensensors aus und erkennt rechtzeitig, wenn das Fahrzeug in einen instabilen Fahrzustand zu kommen droht. In Sekundenbruchteilen greift ESP gezielt über Motorelektronik und Bremssystem ein und hilft dem Fahrer durch den aktiven Aufbau richtungsstabilisierender Bremskräfte, die kritische Situation zu bewältigen. Unser ESP basiert auf dem leistungsstarken ElektronisctJen Bremssystem MK60. ESP hat sich als entscheidender Beitrag zu mehr Fahrsicherheit mittlerweile sogar in der Kompaktklasse etabliert. Es wird aufgrund seiner flexiblen Struktur auch den Kern unserer zukünftigen intelligenten Fahrwerksysteme bilden. TEVES

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3 FTE BREMSKRAFTVERSTÄRKER überzeugen durch neueste Technologie wie Leic.htbau geringe Ansprechkrafte gute Dosierbarkeit Dual Rate-Funktion Motorraumansaugung Sensor für Bremslicht ASS Funktion schneller Druckaufbau Integralbremsfunktion adaptive 8 re msk ra ftvertei tu ng COmbined RA pid Brake System Das Bremssystem for Scoater, Enduros. Sportmotorräder mit geringem Gewicht und Einbauplatz. COmbined RApid Brake System for Big Bikes Das Top-Bremssystem auf dem Zweiradmarkt. kein Pulsieren arn Betätigungshebel Servo-Unterstützung

4 Bert Breuer / Karlheinz H. Bill (Hrsg.) Bremsenhandbuch

5 Kraftfahrzeugtechnik Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik herausgegeben von H.-H. Braess und U. Seiffert Handbuch Verbrennungsmotor herausgegeben von F. Schäfer und R. van Basshuysen Bremsenhandbuch herausgegeben von B. Breuer und K. H. Bill Nutzfahrzeugtechnik herausgegeben von E. Hoepke Verbrennungsmotoren von E. Köhler Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen von F. Kramer Motorradtechnik von J. Stoffregen Omnibustechnik von O.-P. A. Bühler, herausgegeben vom VDA Automotive Software Engineering von J. Schäuffele und T. Zurawka Kurbeltriebe von S. Zima Die BOSCH-Fachbuchreihe Ottomotor-Management Dieselmotor-Management Autoelektrik/Autoelektronik Fahrsicherheitssysteme Fachwörterbuch Kraftfahrzeugtechnik Kraftfahrtechnisches Taschenbuch jetzt auch als CD in deutscher oder mehrsprachiger Version herausgegeben von ROBERT BOSCH GmbH

6 Bert Breuer / Karlheinz H. Bill (Hrsg.) Bremsenhandbuch Grundlagen, Komponenten, Systeme, Fahrdynamik Mit 468 Abbildungen ATZ-MTZ-Fachbuch ~ vleweg

7 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. Das Werk entstand mit freundlicher Unterstützung der Continental Teves AG. 1. Auflage September 2003 Alle Rechte vorbehalten Springer Fachmedien Wiesbaden 2003 Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2003 Softcover reprint of the hardcover 1 st edition Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Technische Redaktion: Imke Zander, Wiesbaden Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, Bilder: Graphik & Text Studio, Dr. Wolfgang Zettlmeier, Barbing Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. ISBN ISBN (ebook) DOI /

8 v Vorwort Im deutschsprachigen Raum gibt es seit 1935 das sogenannte TEVES-Bremsenhandbuch, das mit seinen Neuauflagen bis in die heutige Zeit ein bewährter Ratgeber zu Bremsenfragen auf dem Gebiet des Personenwagens ist. Ihm wurde vom gleichen Bremsenhersteller 1995 ein Bremsen-Handbuch Elektronische Bremssysteme an die Seite gestellt. Auf Anregung des Vieweg Verlages wurde das Konzept erweitert und den Bedürfnissen einer stark erweiterten Zielgruppe angepasst, die Anspruch an ein herstellerneutrales, grundlagen- und gleichzeitig anwendungsbezogenes Fachbuch signalisierte. Mikroelektronik und Mechatronik haben das technische Potenzial und die Funktionalität von Bremsanlagen enorm gesteigert. Hydraulisch, elektrohydraulisch oder elektromechanisch betätigte Bremsen und die gesamte Bremsanlage mit all ihren Komponenten sind ein unverzichtbarer Teil des heute bereits erreichten bzw. zukünftig noch möglichen Niveaus der Sicherheit, der Fahrerassistenz und der Unfallvermeidung, aber auch des Komforts. Hierbei ist eine mit anderen Subsystemen des Kraftfahrzeuges wie Lenkung, Radaufllängung oder Reifen zusammenwirkende Einbindung in das Gesamtsystem Umwelt - Fahrer - Fahrzeug unerlässlich. Herausgeber und Verlag legen mit diesem Bremsenhandbuch der Fachwelt ein geschlossenes Gesamtwerk über Bremsen und Bremssysteme für Kraftfahrzeuge aller Art in der Form eines neutralen technischen Fachbuches vor. Es behandelt umfassend Grundlagen, Anforderungen, Auslegungen, Aufbau, Gestaltungen, Komponenten und Teilsystemfunktionen im modemen Kraftfahrzeug. Das Buch wendet sich dabei den Personenwagen, Nutzfahrzeugen, Anhängern, geländegängigen Rad- und Kettenfahrzeugen, Motorrädern, Rennfahrzeugen und sogar Flugzeugen zu. Den mechatronischen Anwendungen, den Materialien und Prozessen, der Prüfung, Zulassung und Bewertung, der WartungIReparatur und den Zukunftsaspekten sind eigene Kapitel gewidmet. Unsere Zielgruppe sind Ingenieure, Techniker und sonstiges technisches Personal in der Konzeption, Konstruktion, Entwicklung, Erprobung, Herstellung, Wartung und Überwachung von Straßenfahrzeugen und deren Bremsanlagen sowie Lehrende, Forschende und besonders auch Studierende des Ingenieur- und Kraftfahrwesens. Wir haben die vom Vieweg Verlag an uns herangetragene Aufgabe als Herausgeber dieses neuen Werkes gerne angenommen und bedanken uns bei Frau Imke Zander und Herrn Ewald Schmitt herzlich für die hervorragende Zusammenarbeit. Den über 50 Autoren aus Industrie, Hochschulen und anderen Institutionen danken wir für ihre Mitwirkung an diesem Buch und für ihre engagierte Arbeit als Verfasser der von ihnen gestalteten Buchkapitel. Seeheim-JugenheimlBerlin im August 2003 Bert Breuer Karlheinz Bill

9 VII Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter Zur Geschichte der Kraftfahrzeugbremse Der Bremsvorgang - Ablauf, Einflüsse und Anforderungen Fahrzeugtechnische Anforderungen Menschliche Anforderungen Interaktion Fahrbahn - Reifen - Bremse Auslegung und Simulation von Pkw-Bremsanlagen Aufbau und Komponenten von Pkw-Bremsanlagen Bremssysteme und Bremsverhalten von Nutzfahrzeugen und Zügen Nutzfahrzeugbremsen Bremsverhalten und Bremsen von Einspurfahrzeugen Auflaufbremsanlagen Bremsen von Off-Road Radfahrzeugen Bremsen für Kettenfahrzeuge Flugzeugbremsen Bremssysteme für Rennwagen Grundlagen elektrisch betätigter Pkw-Bremssysteme Elektrohydraulisch betätigte Bremsen Elektromechanisch betätigte Bremsen Die Bremsanlage im Fahrerassistenzsystem Die Bremse im mechatronischen Fahrwerk Eigenschaften der Reibpaarung im Bremsprozess Schwingungen und Geräusche Reibbeläge Bremsflüssigkeiten Bremsenprüfstände Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bremsanlagen Regelwerke und Prüfverfahren Wartung und Diagnose von Bremsanlagen Entwicklungstendenzen und Zukunftsaspekte Dr. Peter Rieth Prof. Dr.-Ing. Claus Wolff Dr.-Ing. Ulrich EichhornlDipl.-Ing. Karl Horst Fuhrmann Dr.-Ing. Bettina Abendroth! Prof. Dr.-Ing. Kurt Landau/ Dipl.-Ing. Jochen Weiße Prof. Heinrich Huinink Dipl.-Ing. (TU) Josef Pickenhahnl Dipl.-Ing. (FH) Thomas Straub Dipl.-Ing. Gunther BuschmanniDipl.-Ing. James Remfrey Prof. Dr.-Ing. habil. Egon-Christian von Glasner Dipl.-Ing. Hans BaumgartnerIDr. Eduard Gerurn! Dipl.-Ing. A1f Siebke Dr. Markus BraunspergerIDipl.-Ing. Helmut Köhler Dipl.-Ing. Ralf LewienIDipl.-Ing. (FH) Horst Reich1/ Dipl.-Ing. Gert VilsmeierIDipl.-Ing. Hans-Albert Wagner Hermann Hofstetter/Johann Loipll Dipl.-Ing. (FH) Josef Strasser Dipl.-Ing. Hermann Beck! Dipl.-Ing. Wolfgang Grünbeck Prof. Dr.-Ing. Manfred Hirt! Dipl.-Ing. Max Witzenberger Dipl.-Ing. Gerd RolofflBurkard Ohly Dr. Riccardo Cesarini/lng. Mauro Piccoli Prof. Dr.-Ing. Karlheinz H. Bill Dr.-Ing. Hans Georg Engel Dipl.-Ing. Gunther Buschmann Dr. Anton van Zanten Dipl.-Ing. Steffen GruberIDipl.-Ing. Jochen Reichel/ Dipl.-Ing. Markus SchumannIDipl.-Ing. Martin Semsch/ Dipl.-Ing. Thomas Strothjohann/ Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner Dipl.-Ing. C1aus KleinleiniProf. Dr.-Ing. Dietrich Severin Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Brunner/ Dipl.-Ing. Lars Koch Dr. rer. nat. Christian Wiaterek Dr. Hara1d Dietl Dieter Weiss Dr.-Ing. Thomas AubellDipl.-Ing. Hans-Wilfried Mäder Dipl.-Ing. Hans-Thomas Ebner Ulrich GÜlleringlDipl.-Ing. (FH) Peter Jobelius/ Dipl.-Ing. Roman Rotter Dr. Peter Rieth

10 IX Firmen- und Hochschulverzeichnis Firmen Airbus Deutschland GmbH, Hamburg BMW Motorrad, München Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen Brembo S.p.A., Cumo Clariant GmbH Division FUN, Burgkirchen Continental AG, Hannover Dipl.-Ing. Gerd Roloff Dr. Markus Braunsperger Dipl.-Ing. Helmut Köhler Dipl.-Ing. Ralf Lewien Dipl.-Ing. Horst Reichl Dipl.-Ing. Gert ViIsmeier Dipl.-Ing. Hans-Albert Wagner Dr. Anton van Zanten Ing. Riccardo Cesarini Ing. Mauro Piccoli Dr. Harald Dietl Prof. Heinrich Huinink Continental Teves AG & Co. ohg, Frankfurt DaimlerChrysler AG, Sindelfingen DaimlerChrysler AG, Stuttgart Knorr-Bremse SfN GmbH, München Knott GmbH, Eggstätt Renk AG, Augsburg RWTÜV Fahrzeug GmbH, Essen Schenck Pegasus GmbH TMD Friction GmbH, Leverkusen TRW KFZ Ausrüstung, Neuwied Dipl.-Ing. Gunther Buschmann Dipl.-Ing. James Remfrey Dr.-Ing. Peter Rieth Dr.-Ing. Hans Georg Engel Prof. DrAng. habil. Egon-Christian von Glasner Dipl.-Ing. Hans Baumgartner Dr. Eduard Gerum Dipl.-Ing. Alf Siebke Herrnann Hofstetter Johann Loipl Dipl.-Ing. Josef Strasser Prof. Dr.-Ing. Manfred Hirt Dipl.-Ing. Max Witzenberger Prof. DrAng. Claus Wolff Dieter Weiss Dr. rer. nat. Christian Wiaterek Ulrich Güllering Dipl.-Ing. (FH) Peter Jobelius Dipl.-Ing. Roman Rotter

11 x Firmen TRW Automotive, Koblenz TÜV Automotive GmbH, München Verband der Automobilindustrie (VDA), Frankfurt Volkswagen AG, Wolfs burg ZF Passau GmbH, Passau Dipl.-Ing. (TU) Josef Pickenhahn Dipl.-Ing. (FH) Thomas Straub Dr.-Ing. Thomas Aubel Dipl.-Ing. Hans-Wilfried Mäder Dipl.-Ing Hans-Thomas Ebner Dr. Ulrich Eichhorn (ausgeschieden) Dipl.-Ing. KarI Horst Fuhrmann Dipl.-Ing. Hermann Beck Dipl.-Ing. Wolfgang Grünbeck Universitäten und Hochschulen FHTW Berlin TU Berlin TU Darmstadt TU Darmstadt TU Dresden Prof. Dr.-Ing. Karlheinz H. Bill Prof. Dr.-Ing. Dietrich Severin Dipl.-Ing. Claus Kleinlein Prof. Dr.-Ing. Kurt Landau Dr.-Ing. Bettina Abendroth Dipl.-Ing. Jochen Weiße Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner Dipl.-Ing. Steffen Gmber Dipl.-Ing. Jochen Reichel (ausgeschieden) Dipl.-Ing. Markus Schumann Dipl.-Ing. Martin Semsch (ausgeschieden) Dipl.-Ing. Thomas Strothjohann Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Brunner Dipl.-Ing. Lars Koch

12 XI Autorenverzeichnis Bremsenhandbuch DrAng. Bettina Abendroth DrAng. Thomas Aubel Dipl.-Ing. Hans Baumgartner Dipl.-Ing. Hermann Beck Prof. DrAng. Karlheinz H. Bill Dr. Markus Braunsperger Prof. DrAng. habil. Horst Brunner Dipl.-Ing. Gunther Buschmann Ing. Riccardo Cesarini Dr. Harald Dietl Dipl.-Ing. Hans-Thomas Ebner Dr.-Ing. Ulrich Eichhorn Dr.-Ing. Hans Georg Engel Dipl.-Ing. Kar! Horst Fuhrmann Dr. Eduard Gerum Prof. DrAng. habil. Egon-Christian von Glasner Dipl.-Ing. Steffen Gruber TU Darmstadt, Institut für Arbeitswissenschaft Geschäftsführer, TÜV Automotive GmbH, München Leiter Vorentwicklung Radbremse, Knorr-Bremse StN, München Leiter des Geschäftsfeldes A-Baumaschinensysteme, ZF Pass au GmbH, Passau FHTW Ber!in, PB Ingenieurwissenschaften 11, Fahrzeugtechnik Leiter Forschung und Entwicklung, BMW Motorrad, BMW AG, München Leiter des Lehrstuhls für Kraftfahrzeug- und Antriebstechnik, TU Dresden, Institut für Verbrennungsmotoren u. Kraftfahrzeuge (IVK) Systemauslegung EHB, Continental Teves AG & Co. ohg, Frankfurt B.U. Racing Director, Brembo S.p.A., Cumo Clariant GmbH, Divison FUN, Burgkirchen Leiter der Abteilung Technik, Verband der Automobilindustrie (VDA), Frankfurt ehem. Leiter der Konzernforschung, Volkswagen AG, Wolfsburg jetzt: Vorstand Bentley Motors, Crewe Leiter Entwicklung Fahrwerk und Fahrwerksystem DaimlerChrysler AG, Sindelfingen Leiter Pkw-Fahrwerk-Entwicklung, Volkswagen AG, Wolfsburg Leiter Entwicklung Bremssysteme, Knorr-Bremse StN, München Advanced Product Engineering, DaimlerChrysler AG, Stuttgart Wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd)

13 XII Autorenverzeichnis Bremsenhandbuch Dipl.-Ing. Wolfgang Grünbeck Ulrich Güllering Prof. DrAng. Manfred Hirt Hermann Hofstetter Prof. Heinrich Huinink Dipl.-Ing. (FH) Peter Jobelius Dipl.-Ing. Claus Kleinlein Dipl.-Ing. Lars Koch Dipl.-Ing. (FH) Helmut Köhler Prof. DrAng. Kurt Landau Dipl.-Ing. (FH) Ralf Lewien Johann Loipl Dipl.-Ing, Hans-Wilfried Mäder Burkard Ohly Ing. Mauro Piccoli Dipl.-Ing. (TU) loset Pickenhahn Dipl.-Ing. Jochen Reichel Dipl.-Ing. (FH) Horst Reich! Dipl.-Ing. James Remfrey VersuchiGeschäftsfeld A-Baumaschinensysteme, ZF Pass au GmbH, Passau Documentation & Publication Manager KFZ Mechaniker-Meister, KFZ Elektro-Meister, TRW KFZ Ausrüstung GmbH, Neuwied Sprecher des Vorstandes Renk AG, Augsburg Leiter KonstruktionIEntwicklung Trailertcchnik, Knott GmbH, Eggstätt ehern. Leiter Strategische Technologie, Continental AG, Hannover Product Engineer, TRW KFZ Ausrüstung GmbH, Neuwied Fachgebiet Fördertechnik und Getriebetechnik im Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, TU Berlin Forschungsingenieur am Lehrstuhl für Kraftfahrzeugund Antriebstechnik, TU Dresden, Institut für Verbrennungsmotoren u. Kraftfahrzeuge (IVK) BMW AG, München TU Darmstadt, Institut für Arbeitswissenschaft BMW AG, München Leitung Konstruktion Achsen, Knott GmbH, Eggstätt TÜV Automotive GmbH, München Aerospace System Consultant, vorm. DASAlEADS, Wackersberg F! Race Engineer, Brembo S.p.A., Curno Vice President Engineering - Braking, TRW Automotive, Koblenz ehern. Wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd) jetzt: Volkswagen AG Leiter Entwicklung Fahrwerk, BMW Motorrad, München Leiter System-lProduktstrategie, Continental Teves AG & Co. ohg, Frankfurt

14 Autorenverzeichnis Bremsenhandbuch XIII DrAng. Peter Rieth Dipl.-Ing. Gerd Roloff Dipl.-Ing. Roman Rotter Dipl.-Ing. Markus Schumann Dipl.-Ing. Martin Semsch Prof. Dr.-Ing. Dietrich Severin Dipl.-Ing. Alf Siebke Dipl.-Ing. (FH) Josef Strasser Dipl.-Ing. (FH) Thomas Straub Dipl.-Ing. Thomas Strothjohann Dipl.-Ing. (FH) Gerd Viismeier Dipl.-Ing. (TU) Hans-Albert Wagner Dieter Weiss Dipl.-Ing. Jochen Weiße Dr. rer. nat. Christi an Wiaterek Dipl.-Ing. Thomas Strothjohann Dipl.-Ing. Max Witzenberger Prof. Dr.-Ing. Claus Wolff Dr. Anton van Zanten Leiter Zentrale Technik und Fahrzeugsysteme, Mitglied der Geschäftsleitung, Continental Teves AG & Co. ohg, Frankfurt Airbus Deutschland GmbH, Hamburg Technical Manager Chassis Systems Europe, TRW KFZ Ausrüstung GmbH, Neuwied Wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd) ehern. Wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd) jetzt: Continental Teves Fachgebiet Fördertechnik und Getriebetechnik im Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, TU Berlin Leiter Technik Radbremse, Knorr-Bremse SfN, München Leiter Konstruktion Fahrzeugverbindende Teile, Knott GmbH, Eggstätt Technischer Direktor - Advanced Control Systems, TRW Automotive, Koblenz Wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd) BMW AG, München BMW AG, München Schenck Pegasus GmbH, Darmstadt TU Darmstadt, Institut für Arbeitswissenschaft Leiter Product Customizing, TMD Friction GmbH, Leverkusen Fachgebietsleiter Fahrzeugtechnik, TU Darmstadt, FG Fahrzeugtechnik (fzd) Renk AG, Augsburg Vorsitzender der Geschäftsführung, RWTÜV Fahrzeug GmbH, Essen Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen

15 xv Inhaltsverzeichnis 1 Zur Geschichte der Kraftfahrzeugbremse Mechanisch betätigte Fahrzeugbremsen Die hydraulisch betätigte Vierradbremse Die Bremse mit innerer Verstärkung Mehrkreis-Bremsanlagen Von der Muskelkraft- zur Fremdkraftanlage Die hydraulisch betätigte Scheibenbremse Elektronische Bremsregelsysteme Der Bremsvorgang - Ablauf, Einflüsse und Anforderungen Bremsung als Fahraufgabe Besonderheiten des Bremsvorgangs Bremswege Bremsstabilität Ausfallsicherheit Fahrzeugtechnische Anforderungen Leistung Bremsweg Standfestigkeit Unebenheit der Straße Reibwertabhängigkeit Fahrzeugverhalten Stabilität Aufbaunicken BetätigunglBedienung Ansprechen und Dosierbarkeit Kräfte, Wege, Kennung PackagelEinbausituation Baugrößen und Einbauverhältnisse Massen Energieversorgung Bremskraftverstärkung Thermische Randbedingungen Umgebungsbedingungen Geräusche und Schwingungen (NVH) Vibrationen Geräusche Crashanforderungen Umweltschutz Bremsbeläge Korrosionsschutz Bremsflüssigkeit Energierückgewinnung Menschliche Anforderungen Einleitung Bremssituation Informationsaufnahme Informationsverarbeitung i. e. S Reaktion Zeitlicher Ablauf des Informationsverarbeitungsprozesses beim Bremsen

16 XVI Inhaltsverzeichnis 4.3 Bremshandlung Fußbewegung Betätigung des Bremspedals Ergonomische Bremsengestaltung Geometrie Pedalkennlinien Alternative Konzepte Bremsassistenten Interaktion Fahrbahn-Reifen-Bremse Einleitung Kraftübertragung Reifen - Fahrbahn Gummireibung Wechselwirkung Reifen-Fahrbahn Aufbau Reifenkräfte BremskräftelUmfangskräfte Schräglauf; Kräfte und Momente Interaktion Reifen-Bremse Reifenmodelle Dynamische Umfangskraft-Schlupf-Charakteristik des Reifens beim Bremsen Umfangskräfte beim ABS-Bremsen Kombinierte Umfangs- und Seitenkraft, Bremsen bei Seitenkraftbedarf Integration des Reifens in das Gesamtsystem Fahrzeug Produktoptimierung Reifen - ABS-Rege1ung am Beispiel Winterreifen Ausblick Auslegung und Simulation von Pkw-Bremsanlagen Grundlagen der Bremsdynamik.... Grundlagen der Bremsenberechnung Pedaleinheit Unterdruckverstärker mit Hauptbremszylinder Bremse Scheibenbremse Trommelbremse.... Bremssystem-Aus1egung Bremskreisauftei1ung Auslegungskriterien für Bremssysteme Auslegung von Radbremsen Bremsleistung Thermische Auslegung LebensdauerNerschleiß Komfort Kosten Gewicht Auslegung von Bremsregelsystemen Auslegungskriterien für ABS-Anlagen Auslegungskriterien für die Antriebsschlupfregelung Auslegungskriterien für die Fahrdynamikregelung Auslegungskriterien von Elektro-Hydraulischen Bremssystemen Simulation von Bremssystemen Bremssystem-Auslegung Analyse der Bremssystemkomponenten mit der Finite-Elemente-Methode Simulation von Bremssystemkomponenten Gesamtsystem-Simulation Aufbau und Komponenten von Pkw-Bremsanlagen. 7.1 Einführung Grundlagen

17 Inhaltsverzeichnis XVII Physikalische Grundlagen Arten von Bremsanlagen Bremskraftverteilung Pedalcharakteristik (Ergonomie) Betätigung Tandem-Hauptzylinder Ausgleichbehälter Bremskraftverstärker Vakuum-Bremskraftverstärker Weitere Bauformen von Vakuum-Bremskraftverstärkern Spezifische Themen und Begriffe rund um den Verstärker Vakuumpumpe Funktionserweiterte Vakuum-Bremskraftverstärker Bremskraftverteiler Übertragungseinrichtungen Radbremse Trommelbremsen Bauarten Bremstrommein Nachstellung Feststellbremsen I Scheibenbremsen Sattelbauarten Bremsscheiben Sattei-Werkstoffe Spezifische Themen und Begriffe rund um die Scheibenbremse Elektronische Regelsysteme Allgemeines Physikalische Grundlagen Sensoren für elektronische Brems-Regelsysteme Raddrehzahlsensoren Wegsensor in der Betätigung II BeschleunigungsschalterlBeschleunigungssensor I Lenkradwinkelsensor Querbeschleunigungssensor II Gierratensensor Drucksensor Hydraulisch/elektronische Regeieinheit für das elektronische (Brems-)Regelsystem Bremsen mit Antiblockiersystem (ABS) ABS-Funktionalität Arbeitsbereich des ABS Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) Erweitertes Stabilitäts-Bremssystem Antriebsschlupfregelung (ASR) ASR-Funktionalität Bremsenregelung der ASR (BASR) Motorregelung der ASR (MASR) Motor-Schleppmomenten-Regelung (MSR) Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) Bremssysteme und Bremsverhalten von Nutzfahrzeugen und Zügen Auslegung einer Bremsanlage Fahrzeugstabilität beim Bremsen Verteilung der Bremskräfte auf die Achsen Der Bremsvorgang im Bremskraftverteilungsdiagramm Bremskraftsteuerungen (ALB) Bremskraftbegrenzer Bremskraftminderer

18 XVIII Inhaltsverzeichnis Einfluss von Motorbremsmomenten, Massenträgheitsmomenten und Bremsmomenten von Dauerbremsanlagen Ermittlung von Kennwertschwankungen und ihr Einfluss auf die Bremskraftverteilung Bremskreisaufteilungen und Bremskreisausfall..... Bremsanlagen für mittlere und schwere Nutzfahrzeuge Bremsanlagenaufbau Radbremsen und Betätigungskomponenten Dauerbremsanlagen Motorbremssysteme Retarder.... Brems- und Antriebsschlupf-Regelsysteme Antiblockiersysteme Traktionsregelungen Elektronisches Bremsenmanagement Integration von Dauerbremsanlagen Stabilitätsregelung mit integrierter Überschlagverhinderung Optimierung der Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bremsassistent Rückrollsperre Bremsbelagverschleißregelung Abstandsregeltempomat Systeme zur automatischen Fahrzeugführung.... Systemintegration und elektronische Vemetzung.... Zusammenfassende Betrachtung von X-by-wire-Systemen Nutzfahrzeugbremsen Bauarten von druckluftbetätigten NfZ-Bremsen l.1 Trommelbremsen Scheibenbremsen Aufbau und Wirkungsweise der druckluftbetätigten Schiebesattel-Scheibenbremse Betätigungssystem Betriebsbremse Feststell- und Hilfsbremse Automatisches Verschleißnachstellsystem Nachstellverhalten Bedeutung des Lüftspieles Leistungs- und Lebensdauerverhalten Auslegungsdaten Dauerhaltbarkeit Dauerbremsleistung Reibkörper Bremsbeläge Bremsscheibe Entwicklung und Erprobung von Bremse und Reibkörpern Bremsverhalten und Bremsen von Einspurfahrzeugen Fahrdynamik von Einspurfahrzeugen Bremsverhalten von Einspurfahrzeugen Typische Fahrfehler beim Bremsen Bremssysteme von Einspurfahrzeugen Der Bremssattel Bremsscheiben Bremsbeläge Auslegung des Bremssystems Integralbremssysteme und Bremsregelsysteme Antiblockiersysteme (ABS) Bestandteile des ABS R 14R

19 Inhaltsverzeichnis XIX Der ABS-Regelvorgang Arbeitsprinzipien Integralbremssysteme Brake-by-Wire Auflautbremsanlagen Einleitung Aufbau und Wirkung der Bremsanlage Komponenten Auflaufeinrichtung Übertragungseinrichtung Radbremse Funktionen Betriebsbremse Vorwärtsfahrt Rückfahrautomatik Rückwärtsfahrt Feststellbremse Abreißbremse Auslegung der Bremsanlage Zuordnungsberechnung gemäß Richtlinie EWG Kraftschlussausnutzung ABS-Verträglichkeit Wartung - Pflege Wartung Nachstellung Neue Entwicklungen Bremsen von Off-Road Radfahrzeugen Historische Entwicklung der Bremsen in Off-Road Fahrzeugen Überblick über nationale und internationale Rechtsvorschriften für Bremsanlagen Verkehrsgesetze in der Bundesrepublik Deutschland (StVZO) Richtlinien der Europäischen Gemeinschaften (EG) Regelungen der Economic Commis si on for Europe (ECE) Normen der Society of Automotive Engineers (SAE) Technische Ausführungen und Dimensionierung Trommelbremse Scheibenbremse Lamellenbremse Aufbau einer Lamellenbremse Berechnung des Bremsmoments Reibeigenschaften Verlustleistung und Wirkungsgrad Bremsprüfung und Bremswirkung Prüfungen im Laborbereich Nachweis der Einhaltung von gesetzlichen Vorschriften Lebensdauer- und Verschleißprüfungen Prüfungen im Fahrzeug Abbremsung bei kalter Bremse (Typ 0) Abbremsung bei heißer Bremse (Wärmefading) Vergleich der Vorschriften Ausblicke und Tendenzen Die Radbremse im Zusammenspiel mit anderen Bremssystemen im Fahrzeug (Bremsenmanagement Umweltschutz durch neue Bremskonzepte Bremsen für Kettenfahrzeuge Einleitung Besondere Anforderungen an Kettenfahrzeugbremsen

20 xx Inhaltsverzeichnis 13.3 Mechanische Bremsen für Kettenfahrzeuge Mechanische Reibungsbremsen Nasslaufende Lamellenbremsen Trockenlaufende Ein- und Mehrscheibenbremsen l3.3.4 Die Ansteuerung von mechanischen Bremsen l3.4 Kombinationsbremssysteme l3.4.1 Kombination mit Primärretarder l3.4.2 Kombination mit Hoch1eistungssekundärretarder Andere Kombinationen Abnahme von Kettenfahrzeugbremsen Zusammenfassung und Ausblick Flugzeugbremsen Allgemeine Beschreibung eines Flugzeugbremssystems Mechanische Ansteuerung Elektronische Ansteuerung (Brake-by-wire) Untersysteme des Bremssystems (Subsystems) Antiblockiersystem (Anti-skid system) Automatisches Bremskontrollsystem (Auto-braking system) Parkbremssystem (parking brake system) Notbremssystem (Emergency braking system) Bremsenkühlungssystem (Brake cooling system) Anzeige- und Überwachungssystem (lndicating and monitoring system) Auslegungskriterien für militärische und zivile Flugzeuge Qualifikationsrichtlinien Zivile Luftfahrtbestimmungen Militärische Luftfahrtbestimmungen Simulationsverfahren Aufbau und Komponenten eines Bremssystems Pedalbaugruppe (Pedal assembly) Bremssteuergerät (Brake Control Unit, BCU) Ventile (Valves) Bremsventil (Brake control valve) Absperrventile (Shut off valves) Sicherheitsventile (Hydraulic fuses) Sensoren Wärmesensor (Thermocouple) Bremsmomentsensor (Brake torque transducer) Tachogenerator (Wheel speed sensor) Radbremsen (Wheel brakes) Reibwerkstoffe.... Kühlung und Temperaturüberwachung R Thermische Belastungen Kühlung Temperaturüberwachung Ausblick, Perspektiven Bremssysteme für Rennwagen Einführung Leistungsfähigkeit eines Bremssystems für Rennwagen Bremsanlage Bremszange Hauptzylinder Kühlung der Bremsanlage Reibungsmaterialien Herstellung von Karbon

21 Inhaltsverzeichnis XXI 16 Grundlagen elektrisch betätigter Pkw-Bremssysteme Einleitung Definition von,brake-by-wire' Strukturierung elektrisch betätigter Bremssysteme Gestaltung der Betätigungseinrichtung Stellglied Basiseigenschaften Informationsrückmeldung Elektrohydraulische Bremssysteme EHB-Systeme mit Druckmodulator und Druckspeicher EHB-Systeme mit elektrohydraulischem Wandler Elektromechanische Bremssysteme Elektrisch betätigte Fahrzeugbremsen Komponenten Betriebsarten - Interaktion der Komponenten Energiebedarf Betrieb elektrisch betätigter Radbremsen Bremssystemaufbau Fail-safe-Konzept Konzeptvergleich Hybride elektrische Bremssysteme Perspektiven Elektrohydraulisch betätigte Bremsen Zielkonflikte und Einschränkungen konventioneller Bremsanlagen Konzeptvergleich verschiedener Bremssysteme Merkmale elektrohydraulisch betätigter Bremsanlagen System- und Komponentenbeschreibung Betätigungseinheit Hydraulikeinheit Steuergeräte und Sensorik Funktionale Systemeigenschaften Pedalgefühl Anhalteweg Fahrstabilität Mehrwert-Funktionen Elektromechanisch betätigte Bremsen Zielsetzung Systemaufbau - Zusammenwirken der Komponenten Betätigungseinrichtung Elektromechanische Radbremse Aktor Getriebesysteme Sensorik Regelkonzepte Energieversorgung Aspekte der passiven Sicherheit Elektrische Parkbremse (EPB) und Aktive Parkbremse (APB) Ausblick, Perspektiven Die Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen Übersicht, Funktion und Anforderungen an die Fahrerassistenzsysteme für Pkw Antiblockiersystem ABS Antriebsschlupfregelung ASR Elektronisches Stabilitätsprogramm ESP

22 XXII Inhaltsverzeichnis Fahrdynamikregler Bremsschlupfregler Antriebsschlupfregler.... Elektronische Bremskraftverteilung EBV.... Electronically Controlled Deceleration ECD.... Hilldescent HDC.... Bremsassistent BA.... Funktion der Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen.... Anforderungen der Fahrerassistenzsysteme an die Bremsanlage.... Ausführungen der Bremsanlage für die Fahrerassistenzsysteme.... Überwachung der Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen.... Ausblick und Perspektiven R R Die Bremse im mechatronischen Fahrwerk Einführung in die Mechatronik Darstellung einer mechanischen Fahrzeugecke I Funktionsstruktur und Schnittstellen von Radaufhängungen 30 I Wechselwirkungen zwischen Bremse und Fahrwerk I Darstellung von Fahrwerkspararnetem Grenzen mechanischer Systeme Einschränkungen konventioneller hydraulischer Radbremsen Dynamik Bremskomfort Konflikt zwischen Sicherheit und Komfort Lösungspotenzial durch Mechatronik I Übersicht über mechatronische Fahrwerksysteme Adaptive Fahrwerklagerung Verstelldämpfer Elektromechanisch betätigte Teilbelagscheibenbremse mit Selbstverstärkung Intelligenter Reifen Ausblick Eigenschaften der Reibpaarungen im Bremsprozess Einführung Prüfmöglichkeiten, Belastungskenngrößen und Beurteilungskriterien Der Einlaufprozess Funktionsmechanismus in der Kontaktfläche Modell zur Erklärung der Vorgänge in der Kontaktzone Einflussgrößen auf Reibung und Verschleiß Zur Auswahl und Dimensionierung von Reibsystemen Schwingungen und Geräusche Definition.... Erscheinungsformen Niederfrequente Schwingungen und Geräusche Hochfrequente Geräusche.... Erregungsquellen Ursachen niederfrequenter Geräusche und Schwingungen Entstehungsmechanismen hochfrequenter Geräusche.... Auswirkungen Schwingungen Akustische Auswirkungen.... Prüf- und Beurteilungsmethoden Simulation Prüfstandsuntersuchungen.... Fahrversuche

23 Inhaltsverzeichnis XXIII 22.6 Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung Maßnahmen an der Erregungsquelle Maßnahmen an den Übertragungsstrecken Ausblick, Perspektiven Reibbeläge Einführung Anforderung an Reibbeläge Materialkonzepte Ökologie Rohstoffe und ihre Eigenschaften in Reibbelägen Fertigungsverfahren Ausblick Bremsflüssigkeiten Bremsflüssigkeitstypen Bremsflüssigkeiten auf Basis von Glykolen, Glykolethern und deren Borsäureester Bremsflüssigkeiten auf Basis von Silikonestern Bremsflüssigkeiten auf Basis von Mineralölen Nationale und internationale Normen Bremsflüssigkeitseigenschaften Fahrzeugspezifische Eignung Verträglichkeit mit anderen Bremsflüssigkeiten Physikalische Kennwerte Umgang mit Bremsflüssigkeiten Handhabung Lagerung Entsorgung von Bremsflüssigkeiten Bremsenprüfstände Grundlagen und AufgabensteIlung Rollen-Bremsprüfstände Rollen-Bremsprüfstand für die Autowerkstatt Rollen-Brems- und ABS-Prüfstand für die Serienprüfung am Bandende Reibwert-Prüfstand zur Gütesicherung in der Belagproduktion Schwungmassen-Bremsenprüfstand für das F- und E-Prüffeld Schwungmassen-Bremsengeräusch-Prüfstand Fahrzeug-Bremsen NVH-Prüfstand Simulation an statt "Trial and Error" auf dem Bremsenprüfstand Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bremsanlagen Die Bremse als Fehlerquelle Sicherheitsbetrachtungen an konservativen Bremsanlagen Sicherheitsbetrachtungen an Bremssystemen neuerer Technologien Zuverlässigkeit von Systemen Verfügbarkeit von Systemen Anforderungen an sicherheitsgerichtete elektronische Systeme Schlankes Testen ("Lean Testing") in der Fahrzeugindustrie Begleitung der Entwicklungsphase Die Homologation (Typbegutachtung) Erfahrungen aus dem Feld Entwicklung von Test- und Prüfgrundlagen Weiterentwicklung der Hauptuntersuchung Regelwerke und Prüfverfahren Zulassungsverfahren in Europa und den USA Entwicklung von Vorschriften in Europa und den USA

24 XXIV Inhaltsverzeichnis Entwicklung der Vorschriften in der EU Entwicklung der Vorschriften bei der UN-ECE Entwicklung der Vorschriften in den USA Europäische Vorschriften für Straßenfahrzeuge Allgemeine Vorschriften, ECE-Regelung 13 und EU-Richtlinie 71/320/EWG Wirkvorschriften Bremskraftverteilung und Kompatibilität zwischen Zugfahrzeug und Anhänger Vorschriften für ABS-Systeme Vorschriften für komplexe elektronische Systeme Prüfung von Ersatzreibbelägen US-amerikanische Bremsenvorschriften FMVSS Hydraulische Bremsanlagen FMVSS Pneumatische Bremsanlagen FMVSS Bremsschlauchleitungen FMVSS Bremsflüssigkeiten für Kraftfahrzeuge Weltweite Harmonisierung FMVSS 135 und ECE R.13H Harmonisierung, ein Ausblick Wartung und Diagnose von Bremsanlagen Einfluss von Normen, Regeln und Gesetzen in der Praxis.... Bremsendiagnose Geräusche und Vibrationen Pedalbox Bremskraftverstärker Hauptbremszylinder Rohrleitungen und Bremsschläuche Bremsen Scheibenbremsen Trommelbremsen.... Druckregler.... Bremsflüssigkeit.... ABS, BA, EHB, VSC und weitere.... Umwelt- und zeitwertgerechte Reparatur und Wartung.... Testgeräte Entwicklungstendenzen und Zukunftsaspekte Gesellschaftliche und wirtschaftliche Tendenzen Die Fahrzeugführungsaufgabe heute und morgen Entwicklungssprünge durch neue Technologien Grenzen der Hilfskraft-, Potenziale der Fremdkraftanlagen Die Mensch-Maschine-Schnittstelle Beispiele für By-wire-Technologien und Assistenzsysteme im Chassisbereich Throttle-by-wire (E-Gas) Shift-by-wire Steer-by-wire Brake-by-wire (EHB und EMB) Energiemanagement im Auto von morgen: das 42-Volt-Bordnetz Global Chassis Contro!, die Vernetzung der Assistenz- und Chassissysteme ESP II - Vernetzung mit fremdansteuerbarer Überlagerungslenkung Elektronisches Luftfederfahrwerk, Dämpfer- und Stabilisatorverstellung Technische und wirtschaftliche Notwendigkeiten Der umfassende Sicherheitsgedanke Fernziel Unfallvermeidung