Von Johneric Leach, Bourns Sensors GmbH, Sauerlach

Der weiterhin wachsende Gütertransport auf der Straße erfordert von den Lkw noch mehr Sicherheit und Wartungsfreundlichkeit. Intelligente Sensoren von Bourns überwachen zum Beispiel das Bremssystem, den Aufbau und die Lenkung. Sie sind speziell für die harte und raue Umgebung in Nutzfahrzeugen konstruiert.

Die Bremsleistung und das Bremsverhalten eines Lkw unterscheiden sich erheblich von dem eines Pkw. Nutzfahrzeuge haben eine erhöhte Reaktionszeit der Druckluftbremse, eine höhere kinetische Energie, längere Bremswege und sind durch die labile Verbindung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger instabiler. Außerdem beeinflusst mangelhafte oder sogar fehlende Bremsleistung des Anhängers oder Aufliegers in erheblichem Maße auch das Bremssystem der Zugmaschine. Erhöhter Verschleiß des Bremsbelags oder die Überhitzung des Bremssystems können die Folge sein.

Bremspedal-Sensor

Bourns bietet zwei Varianten von Positionssensoren an, die sowohl für den Bremsvorgang als auch für die Bremsenwartung geeignet sind: Bremspedal und Bremsenverschleiß-Sensoren.

Den Verzögerungswunsch des Fahrers überträgt üblicherweise ein Fußbremsmodul. Es modifiziert mit Druckluft und mehreren Ventileinheiten die gewünschte Bremskraft an den Bremskammern jeder Achse. Die mit dem pneumatischen Betrieb verbundene Druckhaltezeit erfolgt optimalerweise durch elektronische Übertragung des Bremswunsches des Fahrers. Bourns liefert einen Sensor für elektronische Fußbremsmodule, der die Reaktionszeit im Vergleich zu einem pneumatischen System und somit den Bremsweg deutlich verkürzt.

Da moderne Bremsmodule diagnosefähig sind und per Datenbus mit anderen Systemen – etwa der Stabilitätskontrolle und dem Antiblockiersystem – kommunizieren, bietet Bourns einen kontaktlosen, verschleißfreien Bremspedalsensor
an.

Wird sein Signal mit den Daten anderer Fahrdynamikkomponenten gekoppelt, etwa mit der hinteren Achslast, der Radgeschwindigkeit und dem Bremsbelagverschleiß, kann die Bremskraft optimal verteilt werden. Außerdem hat der Sensor Selbstdiagnose-Fähigkeiten.

Bremsverschleiß-Sensor

Der neue Bremsverschleiß-Sensor von Bourns zeigt den Verschleiß direkt im Cockpit an und ermöglicht längere Wartungsintervalle des Bremsbelags. Der Sensor misst bei jedem Bremsvorgang in Sekundenbruchteilen die Belagstärke und sendet ein Signal an die elektronische Bremsregelung. Abhängig vom Abnutzungsgrad jedes Belags verteilt die elektronische Regelung die Bremskraft so, dass die Beläge gleichmäßig abgenutzt werden. Auf diese Weise werden die Wechselintervalle so weit wie möglich verlängert.

Die nächste Sensorgeneration von Bourns wird mit kontaktloser Technik und digitalen Signalen arbeiten. Die Kombination moderner Sensoren und Bremsentechniken – künftig vielleicht sogar Brake-by-Wire – ermöglicht künftig auch die Kontrolle der Kupplungskräfte zwischen Zugmaschine und Hänger und beschleunigt die volle Integration des Bremskreises (Motor, Motorbremse, Antriebsstrang-Retarder).

Fahrdynamik der Nutzfahrzeuge

Instabilität lässt sich bei Nutzfahrzeugen in drei Kategorien einteilen. Querstellen, seitlicher Stabilitätsverlust und Überschlagen. Quer stehende Anhänger und Auflieger sind eine der häufigsten Ursachen für schwere Lkw-Unfälle. Diese Gefahr tritt auf, wenn an der Gelenkverbindung der Winkel zwischen Hänger und Zugfahrzeug eine kritische Grenze überschreitet und der Fahrer das Gespann nicht mehr mit der Lenkung stabilisieren kann. Physikalisch ist das Querstellen eine Funktion aus Bremskraftverteilung, der Ladungsverteilung und -bewegung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Winkelposition.

In diesen Situationen empfiehlt es sich, den Einfluss des Fahrers so gering wie möglich zu halten. Denn ehe der Fahrer das Problem erkennt, ist oftmals die Stabilitätsgrenze schon erreicht oder überschritten. Führt er dann ungeeignete Lenkbewegungen aus, kann sich die potenzielle Gefahr sogar noch erhöhen.

Eine der Ursachen für die höhere Instabilität bei Nutzfahrzeugen ist die Forderung nach einer möglichst hohen Nutzlast. Denn der hohe Schwerpunkt in Verbindung mit ruckartiger Gewichtsverlagerung begünstigt das Querstellen, den seitlichen Stabilitätsverlust und das Überschlagen. Abhilfe kann hier die elektronische Fahrdynamikregelung schaffen.

Kontaktloser Hinterachsen-Sensor

Die Querbeschleunigung des Fahrzeugs ist am besten mit einem elektronischen Steer-by-Wire-System zu beeinflussen, welches das Verhalten der Zugmaschine und des Hängers diagnostizieren kann. Dafür muss das System die Gespannbewegung umfassend diagnostizieren und geeignete Gegenmaßnahmen veranlassen. Bourns hat Sensoren entwickelt, die sowohl die Position der Hinterachse wie auch die Lenkradbewegung messen.

Fahrdynamische Versuche bei Pkw geben Hinweise darauf, dass allein die konventionelle Vorderradlenkung keine ausreichende Kontrolle über die Fahrzeugdynamik garantiert. Eine Hinterradlenkung hingegen wirkt deutlich direkter sowohl auf die Vorder- als auch Hinterachse, so dass die Giergeschwindigkeit und die seitliche Beschleunigung – zwei „kritische“ Faktoren für die Fahrstabilität – schneller und gezielter minimiert werden können.

Bourns liefert Hinterrad-Positionssensoren für Allrad-Lenksysteme. Diese Sensoren reagieren beispielsweise auf plötzlichen Seitenwind, indem sie den Lenkwinkel am Lenkrad mit der tatsächlichen Giergeschwindigkeit in Verbindung setzen und so auf eine seitlich einwirkende Kraft schließen. Das System analysiert dann die Reaktion des Fahrers, kalkuliert sie in die Berechnung mit ein und übt dann eine leichte Lenkwirkung auf die Hinterachse aus, um seitlicher Instabilität von Anfang an entgegenzuwirken. Zwar verursacht eine lenkfähige Hinterachse zusätzliche Kosten, jedoch wirkt sie sich definitiv vorteilhaft auf die Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten aus, verbessert die Manövrierfähigkeit bei geringem Tempo und verringert den Reifenverschleiß.

Kontaktloser Lenkwinkelsensor

Bourns hat schon Lenkwinkelsensoren für Steer-by-Wire-Lösungen entwickelt, obwohl die Hürden für die Genehmigung von x-by-Wire Systemen noch sehr hoch sind. Sicherheitstechnisch optimal sind die dezenten automatischen Eingriffe in die Lenkung, um die Fahrzeugstabilität zu wahren. Wobei die Lenkkorrekturen nicht völlig unabhängig vom Fahrer erfolgen, sondern dieser immer die Möglichkeit hat, mit seinem eigenen Verhalten die Elektronik zu „überstimmen“.

Die Zukunft aktiver Lenksysteme könnte autonome Systemreaktionen bringen, falls der Fahrer unachtsam ist oder sein Fahrzeug nicht mehr führen kann, etwa nach einem Herzinfarkt. Dafür ist aber eine Verknüpfung zwischen den Daten des Lenkwinkelsensors und von Assistenzsystemen wie Fahrbahnerkennung, Tote-Winkel-Erkennung oder radargestützter Geschwindigkeitsregelung erforderlich. Da diese autonomen Systeme zu 100 Prozent sicher sein müssen, basiert der Lenkwinkelsensor von Bourns auf einem redundanten Absolutprinzip mit sofortiger Ansprechzeit und Selbstdiagnose.

Die vorgestellten Sensoranwendungen sind zum Großteil aus der Pkw-Entwicklung abgeleitet. Bourns hat sie jedoch speziell auf die Bedürfnisse von Nutzfahrzeugen zugeschnitten. Der Lenkwinkelsensor beispielsweise muss auf Grund der veränderten Lenkübersetzung bei einem Nutzfahrzeug bis zu acht Lenkraddrehungen erfassen, bei einem Pkw hingegen nur bis zu vier.
Quelle: OEM & Lieferant Messeausgabe 2006

web: http://www.bourns.com/
email: anneliese.naumann-treckmann@bourns.com