Karlheinz H. Bill

Forschungswerkzeug zur Untersuchung der Schnittstelle Fahrer/Bremspedal

Mit der absehbaren Einfuhrung von Brake-by-Wire und Bremsassistenzsystemen gewinnt die Schnittstelle Fahrer / Bremspedal zunehmend an Bedeutung. Die Entkopplung des Bremspedals vom restlichen Bremssystem macht bei Brake-by-Wire-Anlagen eine gezielte Auslegung der Bremspedalcharakteristik notwendig. Wahrend diese bei konventionellen Bremssystemen infolge der energetischen Kopplung mit der Bremsenhydraulik nur in engen Grenzen beeinfluβt werden kann, muβ bei zukunftigen Konzepten diese Schnittstelle vollstandig neu uberdacht werden. Am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universitat Darmstadt (fzd) wird, unterstutzt durch die Ford-Werke AG, an neuen Ansatzen zur Untersuchung des Bremspedalgefuhls unter realen Bedingungen mit einem speziell hierfur aufgebauten Versuchstrager geforscht.

Translationsgetriebe für elektrisch betätigte Fahrzeugbremsen

Elektrische Bremssysteme und Komponenten gewinnen durch den leicht durchfuhrbaren radselektiven Eingriff bei kunftigen Fahrzeugkonzepten eine zunehmende Bedeutung. Die wirtschaftliche Realisierung elektrischer Bremssysteme wird maβgeblich von der Verfugbarkeit geeigneter Radbremsen im Hinblick auf Dynamikverhalten, Energiebedarf, Bauraum, Masse, Zuverlassigkeit und Kosten abhangen. Besonders die Kopplung von Aktor und Reibungsbremse durch ein geeignetes, an die Erfordernisse einer Fahrzeugbremse angepaβtes Getriebesystem stellt ein bisher noch nicht befriedigend gelostes Problem dar. Im Teilprojekt B6 des Sonderforschungsbereiches 241-IMES, gefordert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, werden hierzu an der Technischen Universitat Darmstadt (TUD), Fachgebiet Fahrzeugtechnik, mechatronische Bremssysteme entwickelt.

Elektrohydraulisch betätigte Bremsen

Die im Folgenden naher beschriebene elektrohydraulisch betatigte Bremse ist eine Fremdkraftbremse, bei der die Betatigungsenergie aus einem hydraulischen Druckspeicher kommt, der von einer Pumpe aufgeladen wird. Sie verfugt uber eine hydraulische Ruckfall-ebene, die eine Hilfsbremswirkung per Muskelkraft des Fahrers im Falle einer elektrischen Storung oder eines Ausfalls der elektrischen Versorgung des Systems gewahrleistet (s. auch Kap. 16.5).

Regelwerke und Prüfverfahren

Es findet sich kaum eine Komponente im Automobil oder dessen Anhanger, die nicht durch gesetzliche Zulassungsvorschriften geregelt ware. Die Bremse ist neben der Lenkung und der Regelung der Fahrgeschwindigkeit eine der drei wesentlichen Stellgrossen in dem komplexen Regelkreis Fahrer-Fahrzeug-Strase. Daher befassen sich die gesetzlichen Zulassungsvorschriften sehr ausfuhrlich mit dem Bremsvermogen eines Fahrzeugs sowie den dazugehorigen Teilsystemen.

Elektromechanisch betätigte Bremsen

Ein bedeutender Schritt in der Weiterentwicklung von Bremssystemen ist die elektromechanische Bremse (EMB). Da sie frei von Bremsflussigkeit ist, wird sie auch „trockenes brake by wire“ genannt. Ihre wesentlichen Vorteile gegenuber konventionellen Bremssystemen sind: Potenzial fur optimales Pedalgefuhl keine Pedalvibrationen im ABS-Modus individuell verstellbares Pedal-Modul bei gunstigerer Position des Bremspedals (moglich durch Simulator und Sensorik statt THz und Unterdruckverstarker), geringerer Zeitbedarf zum Umsetzen des Fuses; dadurch kurzerer Anhalteweg optimales Brems- und Stabilitatsverhalten absolut gerauscharmer Betrieb Entfall brennbarer Flussigkeiten und dadurch erhohte Umweltvertraglichkeit sowie verringerte Brandgefahr nach Unfallen und besseres Crashverhalten durch entkoppeltes Pedal.

Wartung und Diagnose von Bremsanlagen

Bremssysteme sind Sicherheitssysteme. Um die Qualitat der Wartung abzusichern wurden Normen und Richtlinien fur Ersatzteile und Flussigkeiten erstellt. Durch die Normen wird sichergestellt, dass sicherheitskritische Bauteile die erwarteten Eigenschaften wie zum Beispiel Leistung, das Verhalten bei verschiedenen Temperaturen, die chemischen Eigenschaften, vorweisen.

Auslegung und Simulation von Pkw-Bremsanlagen

Bremsanlagen haben sich mit dem Fortschritt der Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt. Grundanforderungen an die Bedienbarkeit und Modulierbarkeit werden fast ausnahmslos von den im Markt befindlichen Fahrzeugen erfullt. Die durch den Druck der Motor Sport Presse gesteigerten Anforderungen an das Fading-Verhalten und die Bremsleistung werden heute bei der Auslegung von Bremssystemen speziell im europaischen Raum berucksichtigt. Derzeit verfugt ein hoher Prozentsatz von Fahrzeugen uber Regelsysteme zur Unterstutzung des Fahrers beim Bremsen (ABS-Systeme) oder zur Verbesserung der Fahrzeugstabilitat (ESP-Systeme). Das erste Brake-by-Wire Bremssystem wurde 2001 im SL Roadster von Daimler Chrysler in den Markt eingefuhrt.

Entwicklungstendenzen und Zukunftsaspekte

Wohlstand und Lebensqualitat sind in den Industrielandern in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Damit einher gehen wachsende Anspruche an Komfort, Sicherheit und Mobilitat der modernen Gesellschaft. Die Transportleistung in Personenkilometern hat sich in den letzten 20 Jahren des 20. Jahrhunderts mehr als verdoppelt und wird auch in den nachsten Jahren weiter steigen. In Europa fahren taglich 150 Millionen Menschen mit dem Personenwagen zum Arbeitsplatz und zuruck, 100 Millionen nutzen den Pkw fur Geschaftsreisen, 90 Millionen fur den Einkauf. Schon heute verbringt jeder deutsche Autofahrer im Schnitt taglich mehr als 30 Minuten in seinem Pkw. In anderen Industrielandern ist die Situation vergleichbar, und so wachst global der Wunsch nach komfortablem, stressfreiem und sicherem Fahren.

Bremssysteme und Bremsverhalten von Nutzfahrzeugen und Zügen

Wesentlichstes Kriterium ist die Richtungsstabilitat beim Bremsen. Wahrend des Bremsvorganges eines beispielhaft angenommenen zweiachsigen Fahrzeugs ohne elektronische Schlupfregelsysteme konnen drei verschiedene fahrdynamische Zustande auftreten [1, 2]:

Schwingungen und Geräusche

Schwingungen und Gerausche beim Bremsen sind komfortmindernde Erscheinungen wahrend des Bremsvorganges. Sie treten haufig in Fahrsituationen auf, bei denen der Fahrzeuggesamtgerauschpegel besonders niedrig ist, wie etwa beim Abbremsen kurz vor dem Stillstand des Fahrzeuges. Sie entstehen in der Radbremse und ausern sich in Form von verschiedenen Gerauschen und Schwingungen im Fahrzeug. Fur die Automobilhersteller ist dies von groser Bedeutung, da Schwingungen und Gerausche haufig Ursachen fur Garantiefalle liefern und daruber hinaus die Zufriedenheit der Kunden mit ihrem Fahrzeug wesentlich beeinflussen. Ihre Vermeidung ist ein Beitrag zum emissionsarmen Kraftfahrzeug.