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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Überschlags- bzw. Überroll-
bzw. Umkipp-Verhinderungssystem
für eine
Schwerlast-Zugfahrzeug-Anhänger- bzw.
-Lastzug- bzw. -Sattelschlepperzug-Kombination. Insbesondere verleibt
die Erfindung einen Überschlags-Verhinderungsalgorithmus in
ein Antiblockierbremssystem bzw. Antiblockiersystem (ABS) ein.
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Etwa
fünfundfünfzig Prozent
sämtlicher
tödlichen
Unfälle
für Führer bzw.
Fahrzeugführer
von Zugfahrzeug-Anhänger-Kombinationsfahrzeugen treten
bei Überschlagsunfällen auf. Überschlag
kann leicht erfolgen, wenn der Fahrzeugführer die Geschwindigkeit des
Fahrzeuges unterschätzt,
wenn in eine Kurve eingefahren wird. In den Anfangsstadien einer
Fahrzeugüberschlagsbedingung
bzw. -zustands heben sich eines oder mehrere Räder des Fahrzeuges vom Boden
ab. Jedoch ist dieses Radabheben für den Führer meistens nicht wahrnehmbar,
bis es für
den Führer
zu spät
ist (z.B., das Fahrzeug beginnt, sich tatsächlich zu überschlagen), um den Prozess
umzukehren und einen Unfall zu verhindern.
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Die
Hauptfaktoren, welche zu dem Überschlag
eines abbiegenden bzw. eine Kurve fahrenden Fahrzeuges beitragen,
sind Fahrzeuggeschwindigkeit, Strassen- bzw. Fahrbahnbiegung, Position des
Schwerpunkts und Reifen/Fahrbahnhaftung. Dynamische Effekte, z.B.
eine Änderung
in der Position des Schwerpunkts und nichtlineares Verhalten aufgrund
einer sich bewegenden Last, z.B. einer Flüssigkeit oder Vieh, können ebenfalls
signifikante Faktoren sein. Fahrzeuge mit einem hohen Schwerpunkt,
z.B. lange Zug- bzw. Schlepp-Lastkraftwagen und Zugfahrzeug-Anhänger-Kombinationen, sind insbesondere
für Überschlag
empfänglich,
während sie
mit verhältnismäßig mäßigen Geschwindigkeiten eine
Kurve fahren.
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1 veranschaulicht
physikalische Kräfte, die
auf ein Fahrzeug 10 einwirken, um Überschlag zu verursachen. Das
Fahrzeug weist einen Schwerpunkt (cg) auf und die Höhe des Schwerpunkts
(hcg) ist der Abstand bzw. die Entfernung
zwischen dem Punkt cg und dem Boden. Während ruhigem bzw. gleichmäßigem Kurvenfahren
tritt eine Seiten- bzw. Querbeschleunigung bzw. nach der Seite gerichtete Beschleunigung
auf und das Fahrzeug wird durch eine Abwärtskraft (mg) aufgrund der
Schwerkraft und durch eine seitliche Kraft bzw. Seitenführungskraft (maLAT) aufgrund der Querbeschleunigung beeinflusst.
Wenn das Fahrzeug 10 in Ruhe ist oder in einer geraden
Linie fährt,
wird die Abwärtskraft
im wesentlichen gleichmäßig zwischen
den Rädern 12, 14 an
jeder Achse als Radlast verteilt, welche zu der normalen Kraft (FN1) (FN2) gleich
ist. Jedoch verur sacht während
Kurvenfahrens die Querbeschleunigung ein nach der Seite gerichtetes
Ungleichgewicht zwischen den Rädern 12 (z.B.
inneren bzw. Innenrädern)
und den Rä dern 14 (z.B. äußeren bzw.
Außenrädern) aufgrund
der Kräfte
(ΔFN1) und (ΔFN2) , welche die Radlast an jeder Achse ändern. Die
nach der Seite gerichtete Ungleichgewichtskraft ΔFN hängt von
mehreren Parametern ab, z.B. Drehsteifigkeit und Kurvenradius, welche
als eine Konstante C angenähert
werden können.
Infolgedessen kann die nach der Seite gerichtete Ungleichgewichtskraft ΔFN gemäß der folgenden
Gleichung berechnet werden: ΔFN =
C·hcg·aLAT.
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Wenn
die Querbeschleunigung zunimmt, reduziert die nach der Seite gerichtete
Ungleichgewichtskraft ΔFN
die Abwärts-Radlast
an den Innenrädern 12 und
erhöht
die Abwärts-Radlast
an den Außenrädern 14.
Wenn die Querbeschleunigung einen zulässigen Pegel bzw. Niveau überschreitet,
wird die innere Radlast zu Null reduziert und das Fahrzeug 10 überschlägt sich
bzw. kippt um. Überschlagsvermeidungsmaßnahmen
beinhalten Reduzieren der Geschwindigkeit, Herabsetzen der Querkraftkomponenten
und Ändern
von Fahrzeugaufhängungsparametern,
z.B. Dämpfersteifigkeit
oder Airbag- bzw. Luftkissen-Aufblasung.
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Um
die Sicherheit des Führers
zu erhöhen, bieten
Bremssystemhersteller Überschlags-Verhinderungs-(ROP) ("Rollover Prevention")-Systeme an. In
herkömmlichen
ROP-Systemen wird die Bestimmung bzw.
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Ermittlung
in Bezug darauf, wann ein instabiler Zustand bevorsteht bzw. drohend
ist, durch Überwachen
der Querbeschleunigung durchgeführt. Wenn
erforderlich, werden die Bremsen automatisch angelegt bzw. betätigt, um
unmittelbar Fahrzeuggeschwindigkeit – und folglich Querbeschleunigung – zu reduzieren,
um die Fahrzeugstabilität
zu verbessern. ROP-Systeme werden entweder als passive (nur Warnung)
oder als aktive (automatische Intervention bzw. Eingreifen) Systeme
klassifiziert bzw. eingeteilt.
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Ein
ROP-System überwacht
ein Zugfahrzeug-Anhänger-Kombinationsfahrzeug
entweder von dem Zugfahrzeug oder dem Anhänger her. Ein System, welches
nur das Zugfahrzeug überwacht, weist
den Vorteil auf, mit fast jedem Anhänger kompatibel zu sein. Der
Nachteil besteht jedoch darin, dass ein bevorstehender bzw. drohender Überschlag des
Anhängers
von dem Zugfahrzeug her schwer festzustellen ist. Z.B. weist ein
Tiefladeranhänger bzw.
Tieflader einen flexiblen Rahmen auf. In diesem Fall sind vor einem
bevorstehenden Überschlag
die Räder
des Anhängers,
welche den Boden zuerst verlassen, an der Innenseite der Kurve (d.h.,
die Innenräder),
während
die Räder
des Zugfahrzeugs, welche den Boden zuerst verlassen, an der Außenseite
der Kurve sind (d.h., die Außenräder). Andererseits
weist ein kastenartiger Anhänger
einen starren Rahmen auf. In diesem Falle veranlasst vor einem bevorstehenden Überschlag
der Anhänger
die Innenräder
der Antriebsachse des Zugfahrzeuges, ebenfalls den Boden zuerst
zu verlassen.
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Drei
Hauptrichtungen der ROP-Systementwicklung sind: i) auf dem Zugfahrzeug
beruhende ROP; ii) auf dem Anhänger
beruhende ROP; und iii) Positionsüberwachungs-ROP. Jede dieser
Arten von ROP-Systemen wird im nachfolgenden in größeren Einzelheiten
erörtert.
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In
einem auf dem Zugfahrzeug beruhenden ROP-System sind ein oder mehrere
Sensoren an dem Zugfahrzeug angeordnet und der Ausgang (Ausgänge) der
am Zugfahrzeug angebrachten Sensoren wird zum Abschätzen der
Querbeschleunigung des Anhängers
verwendet. Wenn die geschätzte Querbeschleunigung
einen vorbestimmten Pegel überschreitet,
wird ein Test- bzw. Prüfbremsdruck
auf den Anhänger
aufgebracht. Der Prüfdruck
ist ein gemäßigter Pegel
des Bremsens, der auf den Anhänger durch
das Anhängerbremssteuer- bzw. -betätigungs-Proportionierungsventil
des Zugfahrzeugs automatisch aufgebracht wird. Die ROP-Logik bestimmt, ob
eines oder mehrere der Räder
des Anhängers
keinen festen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben. Insbesondere wird,
wenn die Aufbringung des Prüfdrucks
die Räder
des Anhängers
blockiert, durch die ROP-Logik ermittelt, dass das Rad (Räder) einen
geringen oder keinen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche hat
(haben) und daher wird das ABS des Anhängers aktiviert. Ein an dem
Zugfahrzeug angebrachter Stromsensor detektiert bzw. stellt fest, wenn
Rad-Ende-Modulatorventile, die an dem Anhänger angebracht sind, als eine
Funktion einer zusätzlichen
elektrischen Leistung bzw. Energie aktiviert werden, die durch den
Anhänger
verbraucht wird. In diesem Falle löst das ROP-System eine automatische
Bremsbetätigung
für die
Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination
aus.
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Der
Lösungsweg
auf Zugfahrzeugbasis hat mehrere Nachteile. Beispielsweise ist die
Reaktionszeit derartiger Systeme verhältnismäßig langsam, was aufgrund einer
zeitlichen Nacheilung bzw. Verzögerung
erfolgt, während
sich Luftdruck bei dem Anhänger
aufbaut. Darüber
hinaus erfordern Systeme auf Zugfahrzeugbasis einen Stromsensor
bei dem Zugfahrzeug, um den Leistungsverbrauch des Anhängers zu
fühlen,
ein an dem Zugfahrzeug installiertes bzw. eingebautes elektronisches
Bremssystem (EBS) und ein an dem Anhänger installiertes bzw. eingebautes
ABS. Zusätzlich
ist eine ROP auf Zugfahrzeugbasis nicht eine zufriedenstellende
Lösung für Kastenanhänger, welche
einen starren Rahmen aufweisen, da, wie oben erläutert, die Antriebs-Achse des
Zugfahrzeugs von dem Boden durch den Anhänger angehoben wird, bevor
die Räder
des Anhängers von
dem Boden angehoben werden. Folglich ist es zu der Zeit, zu der
das ROP-System feststellt, dass die Räder des Anhängers von dem Boden angehoben sind,
zu spät,
um das Überschlagsereignis
zu verhindern.
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ROP
auf Anhängerbasis
arbeitet ähnlich
zu der Variante auf Zugfahrzeugbasis. Einer oder mehrere Sensoren
sind an dem Anhänger
angeordnet. Querbeschleunigung des Anhängers wird als eine Funktion
von von den Sensoren ausgegebenen Signalen ge schätzt. Wenn die geschätzte Querbeschleunigung
des Anhängers
einen vorbestimmten Pegel überschreitet,
wird ein Prüfbremsdruck
auf die Innenräder
des Anhängers
aufgebracht und die ABS-Aktivität
wird überwacht.
Im Falle von Radblockierung, welche ein Anzeichen für angehobene
Räder und
einen drohenden Überschlag
ist, wird eine vollständige
Anhängerbremsbetätigung durch
das ROP-System eingeleitet, um einen Überschlag zu verhindern. Wenn
eine geeignete Datenverbindung mit dem Zugfahrzeug vorhanden ist,
kann der Führer ebenfalls
gewarnt werden.
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Obwohl
ROP-Systeme auf Anhängerbasis keine
Interaktion bzw. Wechselwirkung mit dem Zugfahrzeug erfordern, können derartige
Systeme nicht in akzeptabler Weise funktionieren, wenn sie mit manchen
Starrkörper-Sattelanhängern bzw.
-Sattelaufliegern verwendet werden, und darüber hinaus können sie
zusätzliche
Hardware bzw. Geräte
erfordern, um sich an manche EBS an dem Anhänger anschließen zu lassen.
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Positionsüberwachungs-ROP
berechnet den Rollwinkel des Anhängers
unter Verwendung eines Rollraten- bzw.
-geschwindigkeitssensors. Daten von einem derartigen Sensor, wenn
mit der Geschwindigkeit und der Querbeschleunigung kombiniert, zeigen an,
ob irgendwelche weiteren Zunahmen in der Geschwindigkeit oder Querbeschleunigung
zu einem Überschlag
führen
könnten.
Dieses Verfahren involviert zuvor bekannte, anhängerspezifische, strukturelle/dynamische
Information. Die Kenntnis der exakten vertikalen Position infolge
der Integration des Rollgeschwindigkeitssensors ist kritisch bzw.
entscheidend. Wenn einmal ein bevorstehendes bzw. drohendes Überschlagsszenario
detektiert ist, initiiert das ROP-System Bremsbetätigung an
dem Anhänger
oder einen anderen geeigneten Gegenschritt (Gegenschritte) bzw.
Gegenmaßnahme
(Gegenmaßnahmen)
(z.B. Ändern
der Eigenschaften der Anhängeraufhängung, um Überschlag
zu verhindern).
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Ein
Vorteil der Positionsüberwachungs-ROP besteht
darin, dass sie nicht irgendeine automatische Bremsbetätigung für die Detektion
erfordert (d.h., es wird kein Prüfbremsdruck
aufgebracht). Jedoch erfordern derartige Systeme ebenfalls zusätzliche Hardware
bzw. Geräte,
welche mit einem Anhänger-EBS
zu verbinden sind, um automatische Anhängerbremsbetätigung zu
erzeugen.
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Weil
ABS lediglich eine Verbesserung bei einem herkömmlichen mechanischen Bremssystem ist,
ergibt ABS keine ROP-Fähigkeiten.
Daher müssen
alle drei der oben erörterten,
herkömmlichen
Arten von ROP durch ein EBS "gekostet" werden, das ebenfalls
als ein "Bremsen-durch-Draht-
bzw. -Kabel"-System
bezeichnet wird.
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Ein "Bremsen-durch-Draht"-System (z.B. EBS)
verwendet elektronische Signale, um das Bremsen zu steuern bzw.
zur Bremsbetätigung.
Insbesondere werden die elektronischen Signale anstelle von Fluid-(z.B.
Luft-)Signalen verwendet, um die Bremsen zu aktivieren, wenn einmal
ein Bremspedal niedergedrückt ist. 2 bildet
eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 16, das mit einem herkömmlichen
EBS ausgerüstet
ist. Das Fahrzeug 16 weist die folgenden Komponenten auf:
eine elektronische EBS-Steuer- bzw. -Regeleinheit ("ECU") 18, einen
Bremspedalpositionssensor 20, einen Lastsensor 22,
einen Querbeschleunigungssensor 24, einen Raddrehzahlsensor 26 und
ein Drucksteuer- bzw. -Regelmodul 28. Der Raddrehzahlsensor 26,
das Drucksteuermodul 28 und eine Betriebsbremskammer 30 sind
an einem Rad 32 angebracht. Es versteht sich, dass, obwohl nur
ein einzelner Raddrehzahlsensor 26, ein einzelner Drucksteuermodul 28,
eine einzelne Betriebsbremskammer 30 und ein einzelnes
Rad 32 in 2 angegeben sind, entsprechende
Komponenten an jedem einer Mehrzahl von Rädern angebracht sind. Der Drucksteuermodul 28,
der zu einem kontinuierlichen Bereich von Null (0) pounds per square
inch (psi) ("Pfund
je Quadratzoll")
bis zu maximalem Bremsdruck befähigt
ist, ist zwischen einem Luftzufuhr- bzw. -versorgungsreservoir bzw. -behälter 34 und
der Betriebsbremskammer 30 angeordnet. Der Drucksteuermodul 28 führt Luft
zu der Betriebsbremskammer 30 zu und steuert genau den
Druck in Übereinstimmung
mit einer Steuereingabe. Die EBS ECU 18 steht mit dem Bremspedalpositionssensor 20,
dem Lastsensor 22, dem Beschleunigungssensor 24,
dem Raddrehzahlsensor 26 und dem Drucksteuermodul 28 in
Verbindung. Die EBS ECU 18 empfängt Eingangssignale von dem
Bremspedalpositionssensor 20, dem Raddrehzahlsensor 26,
dem Lastsensor 22 und dem Querbeschleunigungssensor 24.
Das EBS verwendet den Drucksteuermodul 28, um einen Pegel
von auf das Rad 32 aufgebrachtem Bremsdruck elektronisch
zu steuern. Darüber
hinaus gewährleistet
das EBS, dass, wenn ein Führer
das Bremspedal drückt,
die Betriebsbremskammern 30 getriggert bzw. ausgelöst werden,
um unmittelbar gleichmäßiges Bremsen
an allen Achsen des Fahrzeugs 16 zu erzeugen.
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3 ist
eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 36, das mit einem ABS
ausgerüstet
ist. Zur Erleichterung des Verständnisses
der 3, sind gleiche Komponenten aus 2 durch
gleiche Ziffern mit einem Strich- (') Suffix bezeichnet und neue Komponenten
sind durch neue Ziffern bezeichnet. Das Fahrzeug 36 weist
die folgenden Komponenten auf: Eine ABS-ECU 38, einen Raddrehzahlsensor 26' und ein Rad-Ende-Modulatorventil 40.
Der Raddrehzahlsensor 26',
das Rad-Ende-Modulatorventil 40 und eine Betriebsbremskammer 30' sind an einem
Rad 32' angebracht.
Wie in 2 versteht es sich, dass, obwohl nur ein einzelner
Raddrehzahlsensor 26',
ein einzelnes Rad-Ende-Modulatorventil 40,
eine einzelne Betriebsbremskammer 30' und ein einzelnes Rad 32' in 3 angegeben
sind, entsprechende Komponenten an jedem einer Mehrzahl von Rädern angebracht sind.
Das Rad-Ende-Modulatorventil 40 steht
mit der Betriebsbremskammer 30' in Verbindung und die ABS-ECU 38 steht
mit dem Raddrehzahlsensor 26' und
dem Rad-Ende-Modulatorventil 40 in
Verbindung. Die ABS-ECU 38 empfängt Eingangssignale von dem
Raddrehzahlsensor 26' und
das ABS überwacht
kontinuierlich den Raddrehzahlsensor 26' hinsichtlich Radblockierung.
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Wenn
bevorstehende Radblockierung festgestellt wird, pulst das Rad-Ende-Modulatorventil 40 entsprechend
dem blockierten Rad den Bremsdruck ein und aus. Wenn einmal die
Gefahr einer Radblockierung aufgehört bzw. geendet hat, wird das Rad-Ende-Modulatorventil 40 ausgeschaltet
und es wird ein normales, durch den Führer gesteuertes Bremsen wiederaufgenommen.
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Es
gibt signifikante Unterschiede zwischen einem EBS und einem ABS.
Wie oben erläutert,
ist ein EBS ein Bremsen-durch-Draht- bzw. -Kabel-System und daher
erfordert es Komponenten, die in einem ABS nicht notwendig sind
(z.B. einen Bremspedalpositionssensor 20 und ein Drucksteuermodul 28 (vgl. 2)).
Unter normalen Betriebsbedingungen liefert das EBS ein Bremsen in
Reaktion auf ein Signal von der Fußbremse des Führers. Jedoch
kann das EBS das Steuersignal des Führers in dem Falle von Raddurchdrehen,
Radrutschen bzw. -schleudern oder eines drohenden Überschlages
außer
Kraft setzen bzw. umgehen. Ein EBS steuert stets den Bremsdruck
an jedem Rad, während
ein ABS normalerweise den Bremsdruck nicht steuert. Ein ABS erfordert keinen
Bremspedalpositionssensor und verwendet Rad-Ende-Modulatorventile anstelle von Drucksteuermodulen.
Obwohl ein ABS die Raddrehzahlen kontinuierlich überwacht, ist ein solches System
passiv, es sei denn, es wird eine bevorstehende Radblockierung festgestellt.
Die Rad-Ende-Modulatorventile eines ABS sind normalerweise passiv
und sie sind nur dazu befähigt,
in einem Notfall den Bremsdruck ein und aus zu pulsen. Die Drucksteuermodule
eines EBS ergeben andererseits eine konstante Steuerung des Bremsdruckes,
welcher von Null bis voller Bremsbetätigung variiert werden kann.
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Federal
Motor Vehicle Safety Standard (Strassenverkehrs-Zulassungsordnung) 121 erforderte,
dass frisch hergestellte Anhänger,
die an eine Schwerlast-Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination angehängt werden,
mit einem ABS auszurüsten
sind, und zwar wirksam bzw. in Kraft März 1998. Folglich müssen kommerzielle
Fahrzeugparks bzw. Fuhrparks dem Erfordernis entsprechen und mit
ABS ausgerüstete
Zugfahrzeuge und Anhänger
sind im allgemeinen Gebrauch. Jedoch sind die meisten Fuhrparks
zu diesem Zeitpunkt nicht mit EBS ausgerüstet.
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Herkömmliche
Anhänger-ROP-Systeme
erfordern ein EBS. Die zusätzlichen
Komponenten, die für
ein EBS notwendig sind, verursachen, dass solche Systeme in signifikanter
Weise kostspieliger sind als ein ABS. Fuhrparkeigner haben keinen
Ansporn, die weiteren Kosten für
ein EBS zu tragen, nur um ein ROP-System zu unterstützen. Infolgedessen gibt es zurzeit
keine "globale" Lösung für ROP. Es
ist daher wünschenswert,
eine ROP-Fähigkeit
Lastkraftwagen und Zugfahrzeug-Anhänger-Kombinationen hinzuzufügen, die
lediglich mit einem herkömmlichen
ABS ausgerüstet
sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Bei
einer Ausführungsform
weist ein Überschlags- bzw. Überroll-
bzw. Umkipp-Verhinderungssystem für ein Fahrzeug ein Antiblockierbremssystem
bzw. Antiblockiersystem mit einer elektronischen Steuer- bzw. -Regeleinheit
und eine Viel- bzw. Mehrzahl von Rad-Ende-Modulatorventilen auf,
die jeweiligen Rädern
zugeordnet sind. Ein Seiten- bzw. Querbeschleunigungs-Estimator
bzw. -Schätzer
bzw. -Kalkulator bestimmt eine Seiten- bzw. Querbeschleunigung des
Fahrzeugs. Die Rad-Ende-Modulatorventile verursachen, dass jeweilige
Bremsdrücke
an den jeweiligen Rädern
als eine Funktion der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und eines
Niveaus bzw. Pegels von Reibungs- bzw. kraftschlüssigem Kontakt zwischen den
Rädern
und einer Fahr- bzw. Fahrbahnfläche
aufgebracht werden.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung, wenn die Querbeschleunigung des Fahrzeugs
größer als
ein vorbestimmter Eingangspegel ist, verursachen die Rad-Ende-Modulatorventile,
dass ein impulsartiger bzw. gepulster Bremsdruck auf die Räder aufgebracht
wird, welche weniger als einen vorbestimmten Pegel des Reibungs-Kontakts
mit der Fahr- bzw. Fahrbahnfläche
aufweisen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung befinden sich die Räder an entgegengesetzten
Enden einer Achse. Die elektronische Steuereinheit bestimmt die
Querbeschleunigung als eine Funktion der jeweiligen Geschwindigkeiten
der Räder
und eines Abstands zwischen den Rädern entlang der Achse.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung, wenn die Querbeschleunigung
einen vorbestimmten Eingangspegel überschreitet, wird bzw. ist
eines der entgegengesetzten Räder
einer inneren Wendekrümmung
bzw. -kurve des Fahrzeugs und ein anderes der entgegengesetzten
Räder wird
bzw. ist einer äußeren Wendekrümmung bzw.
-kurve des Fahrzeugs zugeordnet. Eines der Rad-Ende-Modulatorventile
bringt einen gepulsten bzw. impulsförmigen Bremsdruck auf das innere
bzw. Innenrad auf.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung, wenn die elektronische Steuereinheit
bestimmt, dass das Innenrad in Reaktion auf den gepulsten Bremsdruck
blockiert, veranlasst die elektronische Steuereinheit die Betriebsbremskammern
dazu, Bremsdrücke
auf die jeweiligen Räder
aufzubringen, um eine Drehgeschwindigkeit der Räder zu verlangsamen bzw. abzubremsen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung veranlasst die elektronische
Steuereinheit die Betriebsbremskammern dazu, die Bremsdrücke auf
die jeweiligen Räder
aufzubringen, bis die Querbeschleunigung des Fahrzeugs geringer
als ein vorbestimmter Ausgangspegel ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Vorhersagen eines Über schlags-
bzw. Überrollereignisses
eines Fahrzeuges, welches eine Achse und eine Viel- bzw. Mehrzahl
von entgegengesetzten Rädern
aufweist, eine Viel- bzw, Mehrzahl von Modulatorventilen auf, die
einem jeweiligen der Räder
und jeweiligen Radbremskammern zugeordnet sind. Ein Mittel bzw.
Einrichtung ist vorgesehen, um eine Seiten- bzw. Querbeschleunigung
des Fahrzeugs zu bestimmen. Ein Mittel bzw. Einrichtung ist vorgesehen,
um zu bestimmen, wenn bzw. ob irgendeines der Räder nicht in Kontakt mit einer
Fahr- bzw. Fahrbahnfläche
ist. Die Rad-Ende-Modulatorventile
verursachen, dass jeweilige Bremsdrücke auf die Radbremskammern
aufgebracht werden, wenn irgendeines der Räder nicht in Reibungs- bzw.
kraftschlüssigem
Kontakt mit der Fahr- bzw. Fahrbahnfläche ist und die Querbeschleunigung
des Fahrzeugs einen vorbestimmten Eingangspegel überschreitet.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist ein Verfahren zum Verhindern eines Überschlags
bzw. Überrollens
eines Fahrzeugs mit einem Antiblockierbremssystem bzw. Antiblockiersystem
Berechnen einer Seiten- bzw. Querbeschleunigung des Fahrzeugs auf.
Wenn die Querbeschleunigung einen vorbestimmten Alarm- bzw. Vorwarnsignalmodus-Eingangspegel überschreitet,
wird eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit eingestellt, um
in einem Vorwarnsignalmodus zu sein. Während des Vorwarnsignalmodus
wird ein Test- bzw. Prüfdruck
auf eine Viel- bzw. Mehrzahl von Rädern an dem Fahrzeug aufgebracht.
Jeweilige Geschwindigkeiten der Räder werden überwacht, um zu bestimmen,
ob irgendeines der Räder
sich in einem Blockierungszustand befindet. Wenn der Blockierungszustand
für irgendeines
der Räder
detektiert bzw. festgestellt wird, wird ein Bremsdruck auf sämtliche
der Räder
aufgebracht.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist ein Antiblockierbremssystem bzw. Antiblockiersystem
eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit auf. Ein Seiten- bzw.
Querbeschleunigungs-Estimator
bzw. -Schätzer
bzw. -Kalkulator bestimmt eine Seiten- bzw. Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
Die elektronische Steuereinheit verursacht, dass jeweilige Bremsdrücke auf
eine Viel- bzw. Mehrzahl von Rädern
eines Fahrzeugs als eine Funktion der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und
eines Niveaus bzw. Pegels von Reibungs- bzw. kraftschlüssigem Kontakt
zwischen den Rädern
und einer Fahr- bzw. Fahrbahnfläche
aufgebracht werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte
Ausführungsformen
von ihr und die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1 ist
eine Hinteransicht eines Fahrzeugs, welche die Kräfte veranschaulicht,
die zu einem Fahrzeug-Überschlag
bzw. -Überrollen
bzw. -Umkippen beitragen;
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2 ist
eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das mit einem herkömmlichen
EBS ausgerüstet
ist;
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3 ist
eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das mit einem herkömmlichen
ABS ausgerüstet
ist;
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4 veranschaulicht
eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das mit einem ROP-System in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung ausgerüstet
ist;
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5 ist
ein Flussdiagramm des ROP-Algorithmus
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegende Erfindung;
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6 ist
eine Draufsicht auf ein eine Kurve fahrendes Fahrzeug in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist
eine graphische Darstellung von Bremskammerdruck und Seiten- bzw.
Querbeschleunigung gegen die Zeit während einer computersimulierten
ROP-Intervention
bzw. -Eingriff in Überein stimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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4 veranschaulicht
ein ROP-System 410 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das ROP-System 410 enthält ein Antiblockierbremssystem
bzw. Antiblockiersystem ("ABS") unter Einbeziehung
einer elektronischen ABS-Steuer- bzw. -Regeleinheit ("ECU") mit ROP 412,
ein Servo- bzw. Führungsventil 414,
ein Luftversorgungs- bzw. -zufuhrreservoir bzw. -behälter 416,
Rad-Ende-Modulatorventile 420 (mit integrierter Relais-Funktionalität), Betriebsbremskammern 422,
Steuer- bzw. Regelluftleitungen 424 und Versorgungsluftleitungen 426. 4 veranschaulicht eine
Ausgestaltung für
einen Anhänger
mit einem pneumatischen Bremssystem, jedoch kann das ROP-System
nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls bei einem Lastkraftwagen
oder irgendeinem anderen Fahrzeug angewendet werden, das mit irgendeinem
Typ bzw. Art von ABS-Bremssystem ausgerüstet ist. Zusätzlich zu
den ABS-Komponenten weist das ROP-System 410 die folgenden
zusätzlichen
Komponenten auf: ein Traktionsventil 430, ein Sperr- bzw.
Rückschlagventil 432,
einen Steuer- bzw. Regeldrucksensor 436, zusätzliche
bzw. wahlweise Betriebsbremskammerdrucksensoren 440 und
einen Seiten- bzw. Querbeschleunigungssensor 442.
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Bei
einer Ausführungsform
steht die ABS-ECU 412 mit dem Steuerdrucksensor 436,
den Betriebsbremskammerdrucksensoren 440, den Rad-Ende-Modulatorventilen 420 und
dem Querbeschleunigungssensor 442 in Verbindung. Das Traktionsventil 430 ist
dazu befähigt,
den vollen Druck des Luftversorgungsreservoirs 416 zu den
Rad-Ende-Modulatorventilen 420 in dem Falle zuzuführen, dass
das ROP-System 410 eine automatische Notfall-Geschwindigkeitsverminderung
bzw. -Bremsung des Fahrzeuges fordert. Das Rückschlagventil 432 wählt den
höchsten
Druck zwischen einem Bremsbedarf des Führers und dem Traktionsventil 430,
um es hierdurch dem höchsten
Bremssteuer- bzw. -regeldruck zu erlauben, die Rad-Ende-Modulatorventile 420 zu
erreichen. Auf diese Art und Weise wirkt das Rückschlagventil 432 als
ein Sicherheitsmechanismus, welcher es dem Führer erlaubt, das ROP-System
außer
Kraft zu setzen bzw. zu umgehen und das Fahrzeug unter Verwendung
eines höheren
Drucks zu bremsen. Der Steuerdrucksensor 436 erlaubt es dem
ROP-System, die Bremsabsicht des Führers dadurch zu erkennen,
dass der Steuerluftleitungs-Bremsdruck 424 überwacht
wird. Obwohl der Steuerdrucksensor 436 entweder als ein
variabler Drucksensor oder als ein einfacher Druckschalter offenbart
ist, so versteht es sich, dass andere Arten von Steuerdrucksensoren
ebenfalls in Betracht gezogen werden können.
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In 5 ist
ein Flussdiagramm 510 einer Ausführungsform eines Algorithmus
für das ROP-System 410 veranschaulicht
(vgl. 4). Während
normaler O peration verwendet der ROP-Algorithmus den Anhänger-Steuerdrucksensor 436,
um den Bremsbefehl des Führers
zu erkennen und um es dem Steuerdruck zu erlauben, die Bremskammern
dadurch zu erreichen, dass die Rad-Ende-Modulatorventile 420 in
einen normalen (Last-)Modus platziert werden. Der Algorithmus beginnt
in einem Block 512. Bei Beginn der ROP-Überwachung wird die momentane
Querbeschleunigung des Fahrzeugs durch Überwachen einer oder mehrerer
Fahrzeugachsen geschätzt
(vgl. Block 514). Bei einer Ausführungsform wird die ECU 412 für die Überwachung
der Fahrzeugachsen verwendet und wirkt in diesem Sinne als ein Mittel
bzw. Einrichtung zum Bestimmen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
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In 6 ist
eine Draufsicht auf ein eine Kurve fahrendes Fahrzeug 610 gezeigt,
wobei eine Beziehung zwischen einer Innenraddrehzahl (z.B. Geschwindigkeit)
V1, einer Außenraddrehzahl V2,
einem Kurvenradius "R" der Innenräder 612,
und einer Achsenlänge "t" gezeigt ist. In Übereinstimmung mit der grundlegenden
Geometrie wird der momentane Wenderadius "R" für ein Innenrad 612 wie
folgt berechnet: V1/R
= V2/(R + t).
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Eine
momentane Querbeschleunigung "a" eines Anhängers wird
an seinem Schwerpunkt wie folgt geschätzt bzw. berechnet: a = ((V1 + V2)/2)2/(t/(V2/V1 – 1)).
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Das
ROP-System bestimmt sodann (vgl. Block 516), ob die geschätzte bzw.
berechnete Querbeschleunigung einen vorbestimmten Pegel überschreitet
(z.B. einen Vorwarnsignalmodus-Eingangspegel), was eine erhöhte Wahrscheinlichkeit
für einen
bevorstehenden Überschlag
anzeigt. Wenn die geschätzte
Querbeschleunigung den Vorwarnsignalmodus-Eingangspegel überschreitet,
wird das System in einen Vorwarnsignalmodus platziert und es wird
ein Prüfbremsdruck
aufgebracht (vgl. Block 520). Andernfalls stoppt das Verfahren
(vgl. Block 522).
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Um
den Prüfdruck
aufzubringen, verwendet die ABS-ECU 412 die
Rad-Ende-Modulatorventile 420 (vgl. 4), um die
Innenräder 612 zu
pulsen bzw. impulsförmig
zu beaufschlagen und die Außenräder 614 in
einen "Halte-Modus
bzw. Betriebsart-Halt" zu
platzieren. Der Ausdruck Halte-Modus bezieht sich auf einen verhältnismäßig leichten,
konstanten Bremsdruck (z.B. etwa 10 psi). Der Prüfdruck setzt die Betriebsbremskammern 422 (vgl. 4) der
Innenräder 612 bis
zu einem Pegel mit einer Luftwiderstands- bzw. Strömungswiderstandskraft
unter Druck, die nicht ausreichend ist, um ein Rad zu bremsen, das
tatsächlich
in Kontakt mit der Fahrbahnfläche
ist, die jedoch ausreichend ist, um ein Rad dazu zu veranlassen,
welches den Kontakt mit der Fahrbahnfläche verloren hat, sich an Blockierung
anzunähern.
Daher wirkt die ECU 412 als ein Mittel zum Bestimmen, ob
irgendeines der Räder
nicht in Kontakt mit einer Fahrfläche ist. Wenn sich das Fahrzeug
einem Überschlag
annähert,
weisen die Innenräder 612 weniger
und weniger Kontakt mit der Fahrbahnfläche auf.
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Weil
die normale "open-loop"- bzw. offene Steuerung
bzw. Regelung der Bremskammer ungenau sein kann, werden bei einer
Ausführungsform Betriebsbremskammerdrucksensoren 440 (vgl. 4)
verwendet, um eine Rückkopplung
zu ergeben, so dass die ABS-ECU 112 (vgl. 2)
den Prüfdruckpegel
genau steuern bzw. regeln kann. Während das System in dem Vorwarnsignalmodus
ist, wird der Prüfdruck
aufgebracht und bei einem Entscheidungsblock 524 wird die
Drehzahl der Innenräder 612 (vgl. 6)
hinsichtlich einer bevorstehenden Blockierung kontinuierlich geprüft. Dieser
Status des Vorwarnsignalmodus der Steuerung bleibt in Wirkung, außer wenn
die Querbeschleunigung bis unterhalb eines Vorwarnsignalmodus-Ausgangspegels abfällt, welcher
geringer als der Vorwarnsignalmodus-Eingangspegel ist, um ein sicheres
Band zu ergeben, und welcher verursacht, dass das Verfahren stoppt
(vgl. Block 522).
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Wenn
die Innenräder 612 (vgl. 6)
nach der Aufbringung des Prüfdrucks
zu blockieren beginnen (vgl. den Block 524), was anzeigt,
dass das Fahrzeug beginnt, sich zu überschlagen, schreitet der
Algorithmus zu einem automatischen Interventionsstatus der Steuerung
voran. Während
des automatischen Interventionsstatus unterbricht das ROP-System die Steuerung
durch den Führer
und beginnt einen Notfallstopp bzw. -anhalten. Um einen Not fallstopp
zu erreichen, werden die Rad-Ende-Modulatorventile an beiden Seiten des
Fahrzeugs deaktiviert bzw. entregt und das Traktions-Steuerventil leitet
den vollen Druck von dem Luftversorgungsreservoir zu den Betriebsbremskammern
um (vgl. Block 526). Dies verringert die Fahrzeuggeschwindigkeit,
was zu einer verminderten Querbeschleunigung und reduzierten Reifen-Querkräften führt, welche
die primären Ursachen
für Überschlag
sind.
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Die
volle Bremsbetätigung
wird kurz beibehalten, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert
ist und entweder die geschätzte
Querbeschleunigung oder die abgefühlte Querbeschleunigung bis
unterhalb eines Ausgangspegels des automatischen Interventionsmodus
abfällt
(vgl. Block 530). Im Anschluss daran wird die ROP-Systemsteuerung
aufgegeben und ein normales, durch den Führer gesteuertes Bremsen wird
wiederhergestellt (vgl. Block 522).
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Der
oben beschriebene ROP-Algorithmus wurde mit einer Computersimulation
getestet bzw. geprüft.
Das Ziel der Simulationen war, den ROP-Algorithmus in einem herkömmlichen
Anhänger-ABS-Milieu
zu implementieren bzw. auszuführen. Es
wurde eine Überschlags-Interventions-Situation gewählt, um
eine Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination
mit ROP auf Anhänger-Basis
mit einzubeziehen. Der simulierte Operator bzw. Führer des
Modells versuchte, das Fahrzeug durch eine Wendung mit 100 m Radius
bei 85 km/h zu nehmen. Es wurden Berechnungen verwendet, um das Verhalten
der ABS-Rad-Ende-Modulatorventile zu simulieren. Zuvor gesammelte
Strassen- bzw. Fahrbahn-Test-bzw. -Prüfdaten ergaben
die Basis für
die Grenzbedingungen und Einstellungen des Modells.
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Die
Computersimulation ergab, dass sich das ROP-System ähnlich zu ROP-Systemen auf EBS-Basis
verhielt. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung, während welcher die Bremskammern
durch die pneumatischen bzw. Druckleitungen zu dem Traktionsventil,
dem Servoventil und der Rad-Ende-Modulatorventilleitung unter Druck
gesetzt wurden (eher als durch die elektrisch betätigten EBS-Drucksteuermodule),
war der Beginn der Notfallbremsung etwas langsamer im Verhältnis zu
einem ROP-System auf EBS-Basis. Andererseits reagierte das ROP-System auf
Anhängerbasis
nach der vorliegenden Erfindung schneller im Verhältnis zu
einem ROP-System auf Zugfahrzeugbasis, vermutlich wegen einer zeitlichen Verzögerung für den Anhänger-Steuerventil-Befehl des
Zugfahrzeugs, um die Hinterseite des Anhängers zu erreichen.
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In 7 ist
eine graphische Darstellung 710 des Bremskammerdrucks "p" 712 und der Querbeschleunigung 714 gegen
die Zeit (Sekunden) für
das ROP-System 410 (vgl. 4)
während
einer simulierten Überschlags-Intervention
veranschaulicht. Anfänglich
wird das System in den Vorwarnsignalmodus platziert und der Bremskammerdruck "p" wird auf etwa 1,3 Bar (der Prüfdruck)
eingeregelt, um eine Überschlagsbedingung
zu prüfen.
Dies ist in der Bremskammerdruckgrafik 712 zwischen 0,25
s und 0,80 s an der Zeitskala offensichtlich. Jedoch zeigt die Grafik 714 an,
dass die Querbeschleunigung damit fortfährt, zuzunehmen. Darüber hinaus
wird das System in einen automatischen Interventionsmodus platziert
und eine automatische volle Bremsbetätigung beginnt bei etwa 1,15
s an der Zeitskala der Grafik 714 in Reaktion auf eine
detektierte, bevorstehende Radblockierung eines Innenrads.
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Es
wird erwartet, dass ein menschlicher Führer ein Fahrzeug verlangsamen
bzw. bremsen wird, wenn er einmal erkennt, dass eine automatische ROP-Intervention stattgefunden
hatte. In dieser Hinsicht wird sich der menschliche Führer unterschiedlich
als der simulierte Führer
verhalten. Weil der simulierte Führer
nicht programmiert war, sich ähnlich zu
einem menschlichen Führer
zu verhalten, wurden der anfängliche
Wenderadius und die anfängliche Geschwindigkeit
beibehalten. Infolgedessen nimmt die hohe Querbeschleunigung in
dem Modell während
automatischer Bremsintervention verhältnismäßig langsam ab (vgl. die Grafik 714).
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Während die
vorliegende Erfindung durch die Beschreibung ihrer Ausführungsformen
veranschaulicht worden ist, und während die Ausführungsformen
in erheblichen Einzelheiten beschrieben worden sind, so ist es nicht
die Absicht des Anmelders, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf derartige Einzelheiten
zu beschränken
oder in irgendeiner Weise zu begrenzen. Zusätzliche Vorteile und Modifikatio nen
bzw. Änderungen
werden für
den Fachmann leicht erscheinen. Daher ist die Erfindung in ihren
breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die
repräsentative
Vorrichtung und die zur Erläuterung
dienenden Beispiele beschränkt,
wie gezeigt und beschrieben. Dementsprechend können Abweichungen von derartigen
Einzelheiten durchgeführt
werden, ohne von dem Gedanken oder dem Umfang des allgemeinen erfinderischen
Konzepts des Anmelders abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Ein Überschlags-Verhinderungssystem
für ein
Fahrzeug weist ein Antiblockierbremssystem und eine Mehrzahl von
Rad-Ende-Modulatorventilen auf, die jeweiligen Rädern zugeordnet sind. Das Antiblockierbremssystem
weist eine elektronische Steuereinheit und einen Querbeschleunigungs-Schätzer zum
Bestimmen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs auf. Die Rad-Ende-Modulatorventile
verursachen, dass jeweilige Bremsdrücke an den jeweiligen Rädern als
eine Funktion der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und eines Pegels
des Reibungs- -Kontakts zwischen den Rädern und einer Fahr- bzw. Fahrbahnfläche aufgebracht
werden.