Sensoranordnung und Verfahren zum Ermittein einer Bremskraft

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Bremskraft einer Bremseinrichtung eines Fahrzeuges.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Sensorik in einem Stützelement (z.B. Stützstange) eines gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeugers, um eine Umfangskraft oder ein Bremsmoment des Bremssattels zu ermitteln. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein (Mess-) Stützelement für eine Scheibenbremse.

Bei der zunehmenden Automatisierung in Fahrzeugsystemen ist es wichtig, wirkende Bremskräfte und Fahrzeugzustände (Stillstand, Hanglage, etc.) zuverlässig

festzustellen. Insbesondere sollen ungewünschte Bremswirkungen ausgeschlossen oder gewünschte Bremswirkungen möglichst permanent überwacht werden.

Die meisten Sensorsysteme zur Ermittlung der Bremskräfte basieren auf Kraftsensoren, die eine Zuspannkraft feststellen (z.B. für Scheibenbremsen). Es ist aber auch möglich, Verzögerungsmessungen zur Ermittlung der Bremswirkung durchzuführen. In der WO 2013/034720 ist eine konventionelle Bremssteuereinrichtung offenbart, die eine

Funktionsdiagnose des Bremssystems erlaubt. Dazu werden Bremsdaten wie der Bremsdruck oder der Bremsstrom über eine Bremssensoreinrichtung überwacht und basierend darauf wird eine Steuerung durchgeführt.

Jedoch sind die konventionellen Bremssteuereinrichtungen noch nicht ausreichend, da sie häufig nicht direkt die Bremswirkung feststellen, sondern nur indirekt die

Bremswirkungen messen (z.B. über die Zuspannkraft bei Scheibenbremsen).

Außerdem ist es oft erforderlich, redundante Messungen durchzuführen, um dadurch eine Bestätigung zu einer bereits durchgeführten Messung zu bekommen. Es besteht daher ein Bedarf nach alternativen oder weiteren Möglichkeiten, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug zuverlässig zu ermitteln.

Zumindest ein Teil der oben genannten Probleme wird durch eine Sensoranordnung nach Anspruch 1 , ein Stützelement nach Anspruch 9, ein Fahrzeug nach Anspruch 1 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung zum Ermitteln einer Bremskraft einer Bremseinrichtung eines Fahrzeuges. Die Bremseinrichtung umfasst einen gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger, der über ein Stützelement an einem Fahrzeugteil (z.B. einem Fahrwerksteil) abgestützt ist, wobei das Stützelement den gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger fixiert und dadurch eine beim Bremsen auf den Bremskrafterzeuger wirkende Kraft (oder einen bestimmten Teil davon) aufnimmt. Die Sensoranordnung umfasst eine Sensoreinrichtung, die an oder in dem Stützelement ausgebildet oder daran anbringbar ist, um eine bremskraftabhängige Kraft oder

Spannung in dem Stützelement zu erfassen.

Es versteht sich, dass das Erfassen der Kraft oder Spannung im Allgemeinen über ein Erfassen von entsprechenden Sensorsignalen (Messwerten) geschieht, die von der wirkenden Kraft oder Spannung in der Sensoreinrichtung erzeugt werden und somit davon abhängen. Anschließend können diese Sensorsignale ausgewertet werden, um Werte zu erhalten, die der Kraft oder Spannung in dem Stützelement entsprechen.

Diese Werte können dann zur Steuerung verschiedener Funktionen genutzt werden. Die erfasste Spannung kann dabei eine beliebige Komponente des Spannungstensors umfassen, insbesondere kann sie eine Dehnung oder Stauchung, eine

Normalspannung, eine Biegespannung und/oder eine Torsionsspannung sein, die durch Krafteinwirkung in dem Stützelement erzeugt werden. Optional umfasst die Sensoranordnung eine Steuereinrichtung oder eine

Auswerteeinheit, die Sensorsignale der Sensoreinrichtung empfängt und ausgebildet ist, um eine Bremskraft für das Fahrzeug basierend auf den empfangenen Sensorsignalen zu ermitteln. Die Bremskraft soll dabei nicht nur die Kraft sein, die zum Abbremsen des Fahrzeuges aufzubringen ist, sondern auch jene Kraft umfassen, die aufgebracht werden muss, um das Fahrzeug bei Neigung im Stillstand zu halten. Es versteht sich, dass der Empfang der Sensorsignale drahtlos oder drahtgebunden erfolgen kann, sodass die Steuereinrichtung nicht auf dem Stützelement angeordnet sein muss (kann es aber). Ebenso kann die Steuereinrichtung eine oder mehrere Einheiten umfassen, die in der Sensoreinrichtung oder an verschiedenen Positionen im Fahrzeug angeordnet sein können. So kann eine Vorauswertung der Sensorsignale bereits in der Sensoreinrichtung erfolgen. Eine anschließende Analyse der

Messergebnisse kann in einer weiteren Steuer- oder Analyseeinheit an einer anderen Position erfolgen.

Die Bremseinrichtung kann insbesondere eine Scheibenbremse sein, bei der

Bremsbeläge eine Zuspannkraft auf eine Bremsscheibe ausüben und so die

Bremswirkung erzielen. Die auf die Bremsscheibe wirkende Zuspannkraft erzeugt eine Drehmomentskraft oder Umfangskraft auf den Bremsbelägen, die der Bremssattel abfängt und in der Regel an ein Fahrwerksteil ableitet. Dieser Kraftfluss erfolgt durch die Abstützung durch das Stützelement. Die wirkende Umfangskraft ist jene Kraft, die in einem bestimmten radialen Abstand von der Drehachse der Bremsscheibe auf die Bremsbeläge in tangentialer Richtung beim Bremsen wirkt. Eine Verdrehung des Bremskrafterzeugers wird durch das Stützelement verhindert, da es den

Bremskrafterzeuger in einer bestimmten Position hält. Da die gelenkige Aufhängung selbst nicht das Drehmoment aufnehmen kann, wirkt die Drehmomentskraft direkt auf das Stützelement. Als Resultat wird eine Spannung in dem Stützelement erzeugt, die durch die Sensoreinrichtung (mit z.B. einem Kraftaufnehmer) gemessen wird.

In Abhängigkeit von der Richtung, in die die Bremskraft wirkt, kann die Spannung eine Dehnung oder eine Stauchung sein. Beim Abbremsen führt die resultierende

Geschwindigkeitsverringerung des Fahrzeuges beispielsweise zu einer Zugkraft (oder Druckkraft, abhängig von der Art der Aufhängung) in dem Stützelement. Andererseits kann die Bremskraft auch ein Wegrollen des Fahrzeuges (zum Beispiel bei einer Hanglage) verhindern. In diesem Fall kann die Bremskraft entgegengesetzt zu der normalen Fahrtrichtung wirken, was in dem Stützelement zu einer Druckkraft (oder Zugkraft) führt. Daher kann die Sensoreinrichtung ausgebildet sein, um beispielsweise sowohl Dehnungen als auch Stauchungen messen zu können. Die Sensoreinrichtung kann dazu mehrere Elemente aufweisen, die insbesondere sensitiv auf Dehnungen und/oder Stauchungen sind.

Die Steuereinrichtung kann außerdem zumindest eine der folgenden Funktionen bereitstellen: eine Kalibrierungsfunktion und/oder Parametrisierungsfunktion, die eine fahrzeugspezifische Zuordnung von Sensorsignalen zu Bremswirkungen liefert,

eine Fahrzeughaltefunktion, die einen Stillstand des Fahrzeuges basierend auf den erfassten Sensorsignalen detektiert,

eine Anfahr-Assist-Funktion, die eine Fahrerunterstützung beim Anfahren bietet, um ein Wegrollen (Zurückrollen oder Vorrollen) des Fahrzeuges infolge einer Fahrzeugneigung zu vermeiden oder um zumindest eine Startkondition beim Anfahren zu optimieren,

eine Überwachungsfunktion der zu erwartete Bremswirkung, um gewünschte Bremskräfte bereitzustellen,

eine Überwachungsfunktion eines Lösezustandes der Bremse während einer Fahrzeugfahrt,

eine Überwachungsfunktion oder Diagnosefunktion für eine Bremssattel- (oder Bremskrafterzeuger-) Kennlinie zwischen Bremskraft und Druck der Bremseinrichtung,

eine Überwachungsfunktion oder Diagnosefunktion eines Druckes einer Federspeicherbremse (auch passiver Bremskrafterzeuger genannt), um festzustellen, ab wann die Bremse kraftfrei (auch Lösedruck gennannt) ist und/oder ab wann die Bremswirkung auftritt (auch Anlegedruck genannt), eine Überwachungsfunktion oder Diagnosefunktion für einen

elektromechanischen Bremskrafterzeuger zwischen der Bremskraft und einer elektrischen oder elektronischen Ansteuerung der elektromechanischen Bremseinrichtung (z.B. über eine Regelung eines Stromes oder einer

Spannung),

eine Regelung eines Bremsdruckes entsprechend der ermittelten Bremskraft, um die Bremswirkung zu optimieren (oder optimal zu regulieren), - eine Überwachungsfunktion oder Diagnosefunktion der Bremskraft über die Zeit (z.B. langfristig), um Bremskraftschwankungen in der Zeit zu erkennen.

Mit der Optimierung der Startkondition(en) beim Anfahren, sollen insbesondere eine Neigung des Fahrzeuges (in der Ebene oder am Hang) berücksichtigt werden. Dadurch soll ein Rücksetzen des Fahrzeuges verhindert werden. Außerdem kann damit ein unnötiges Anfahren gegen die Bremse verhindert werden, damit Fahrmotorenenergie gespart und ein Bremsbelagverschleiß minimiert wird. Mit der Überwachungsfunktion der zu erwartete Bremswirkung soll sichergestellt werden, dass ausreichende

Bremskräfte vorhanden sind bzw. die Bremskraft in einem bestimmten Toleranzbereich bleibt. Außerdem wird mit den Überwachungsfunktionen sichergestellt, dass die Bremse während der Fahrt richtig gelöst ist und gelöst bleibt und keine ungewünschte

Bremswirkung beim Fahren vorkommt (z.B. keine schleifende Bremse). Die

Bremssattel-Kennlinie bezieht sich auf eine gewünschte Bremskraft, die durch einen Druck (z.B. hydraulischen oder pneumatischen oder mechanischen) in der

Bremseinrichtung erreicht werden soll. Auch hier kann ein bestimmter/festgelegter Toleranzbereich überwacht werden, der durch die Bremseinrichtung nicht verlassen werden sollte. Der Anlegedruck für einen passiven Bremskrafterzeuger (auch

Federspeicher genannt) ist jener Druck, der erzielt werden muss, um die Bremse anzulegen (nicht mehr kraftfrei ist, sondern eine Reibwirkung zwischen Bremsbeläge und Bremsscheibe vorhanden ist). Der Lösedruck für den passiven Bremskrafterzeuger ist jener Druck, bei dem sich die Bremse löst (ohne Reibwirkung zwischen Bremsbeläge und Bremsscheibe). In den passiven Systemen wird die Bremswirkung zum Beispiel durch eine Federwirkung erzielt, die zum Lösen der Bremse zunächst einen Druck in einem beispielhaften Federspeicherzylinder aufbaut. Für diese Systeme ist es wichtig, jenen Druck zu überwachen, ab dem die Bremskraft einsetzt. Da Ausführungsbeispiele die Bremskraft permanent überwachen können, kann auch dieser Druck ständig überwacht werden. Die Regelung des Bremsdruckes entsprechend der Rückmeldung über die gemessene Bremskraft kann beispielsweise variierende Reibkräfte (bei Nässe zum Beispiel sinkt meistens der Reib wert) zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe oder zwischen Rad und Untergrund berücksichtigen. Auf diese Weise kann stets eine optimale Bremswirkung erreicht werden.

Die Überwachungs- oder Diagnosefunktion der Bremskraft über die Zeit, um

Bremskraftschwankungen in der Zeit zu erkennen, kann fortlaufen geschehen oder in vorbestimmten Intervallen durchgeführt werden. Die Bremskraftermittlungen können beispielsweise stündlich, wöchentlich, monatlich oder in beliebigen regulären oder irregulären Zeitintervallen durchgeführt werden. Damit wird es möglich, zum Beispiel notwendige Wartungsarbeit entsprechend im Voraus zu planen. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen, sind dazu keinerlei Umbauten oder ein Ausbau einer Bremskomponente erforderlich, da die Stützstange - z.B. auf Anfrage von der

Steuereinheit - die Bremskraft zu beliebigen Zeiten während des regulären

Fahrzeugbetriebes erfassen kann.

Alle genannten Überwachungsfunktionen können derart umgesetzt werden, dass für die überwachten Größen ein Verlassen eines bestimmten, festgelegten Toleranzbereiches detektiert wird. Dazu kann eine entsprechende Warnung ausgegeben werden oder ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit gesendet werden, um dort entsprechende Gegenmaßnahmen zu veranlassen, so dass der Toleranzbereich wieder eingehalten wird.

Die Steuereinrichtung kann weiter ausgebildet sein, um ein durch die Fahrzeugneigung verursachtes Drehmoment (oder Kraft) zu ermitteln und darauf basierend eine

Steuerung des Motors zu ändern, um so das Wegrollen des Fahrzeuges zu vermeiden.

Außerdem kann, wie bereits erwähnt, eine Optimierung der Startkondition(en) beim

Anfahren in der Ebene oder am Hang durchgeführt werden. Damit soll eine ungewollte

Fahrzeugbewegung (z.B. ein Zurückrollen) vermieden werden. Ebenso kann damit vermieden werden, dass das Fahrzeug gegen die Bremse anfährt, sodass

Fahrmotorenenergie gespart und unnötiger Bremsbelagverschleiss vermieden werden kann. Die Steuereinrichtung kann weiter ausgebildet sein, um zumindest eine der folgenden Funktionen bereitzustellen: in Abhängigkeit von dem ermittelten Drehmoment oder der ermittelten Kraft eine vorbestimmte Anfahrprozedur zu starten, die unter Berücksichtigung der

Fahrzeugneigung ein gleichmäßiges Anfahren ermöglicht;

während des Anfahrvorganges mit zunehmenden Motordrehmoment fortlaufend das durch die Fahrzeugneigung verursachte Drehmoment oder Kraft zu ermitteln und über eine Motorensteuerung das Motordrehmoment gleichmäßig soweit zu erhöhen, bis das durch die Fahrzeugneigung verursachte Drehmoment oder die verursachte Kraft durch das

Motordrehmoment überwunden ist.

Optional kann dazu die Steuereinrichtung ein vom Motor verursachtes Drehmoment mit einem von einer Fahrzeugneigung bewirkten Drehmoment vergleichen, um basierend auf dem Vergleich ein Lösen der Bremse zu beeinflussen. Ebenso kann die

Steuereinrichtung einen Lösevorgang der Bremsen und ein Anfahrdrehmoment der Fahrmotoren synchronisieren, um so ein Zurückrollen des Fahrzeuges an einer

Hanglage zu verhindern.

Optional ist die Steuereinrichtung weiter ausgebildet, um bei der Fahrzeughaltefunktion den Stillstand des Fahrzeugs aus der erfassten bremskraftabhängigen Kraft oder Spannung festzustellen. Soweit das Fahrzeug sich auf einem ebenen Untergrund befindet, zeigt ein Verschwinden der bremskraftabhängigen Kraft oder Spannung in der Sensoreinrichtung den Stillstand an. Bei einer rückwärtigen Neigung des Fahrzeuges wird ein Vorzeichenwechsel der bremskraftabhängigen Kraft oder Spannung den Stillstand anzeigen. Hierzu wären gemäß der vorliegenden Erfindung keine

Drehzahlmessungen erforderlich. Sie können aber optional durchgeführt werden, um die Sicherheit weiter zu erhöhen.

Optional kann die Sensoreinrichtung zumindest einen Kraftsensor (z.B. ein

Piezoelement) und/oder ein Dehnungsmesselement (z.B. Dehnungsmessstreifen) umfassen. Die Sensoreinrichtung kann auch Sensorelemente umfassen, die auf der Dünnschichttechnologie basieren. So können Sensoren mit einer oder mehreren Dünnschichten ausgebildet werden, deren Widerstand oder Kapazität sich mit dem Druck, Dehnung oder Stauchung, oder der einwirkenden Kraft ändern. Die Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Form der genutzten Sensoren beschränkt sein. Optional ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, um lösbar an dem Stützelement befestigt zu werden, um ein Nachrüsten von Stützelementen mit der Sensoreinrichtung zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Stützelement für einen gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger einer Scheibenbremse eines Fahrzeuges, wobei das Stützelement eine der beschriebenen Sensoranordnungen umfasst. Das Stützelement kann insbesondere ausgebildet sein (z.B. als eine Stützstange), um als austauschbare Messeinrichtung Bremskraftmessungen an verschiedenen Fahrzeugen durchzuführen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug, insbesondere ein

Nutzfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, das eine Bremseinrichtung mit einem der genannten Stützelemente aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Ermitteln einer

Bremskraft einer Bremseinrichtung eines Fahrzeuges, wobei die Bremseinrichtung einen gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger aufweist, der über ein Stützelement an einem Fahrzeugfahrwerksteil abgestützt ist, wobei das Stützelement den gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger fixiert und dadurch eine beim Bremsen auf den Bremskrafterzeuger wirkende Kraft aufnimmt und weiterleitet. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer bremskraftabhängigen Kraft oder Spannung in dem Stützelement durch eine Sensoreinrichtung an oder in dem Stützelement.

Alle beschriebenen Funktionen der Sensoranordnung können als weitere optionale Verfahrensschritte in dem Verfahren ausgeführt werden. Außerdem kann dieses

Verfahren oder zumindest Teile davon ebenfalls in Form von Anweisungen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Steuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

Fig. 1 zeigt eine Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der

vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht ein Anbringen der Sensoranordnung bzw. des

Stützelementes in einem Fahrzeug gemäß weiterer Ausführungsbeispiele. Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung in horizontaler Ebene durch eine beispielhafte

Scheibenbremse.

Fig. 4A,4B zeigen Fahrzeuglagen, um verschiedene Funktionen zu veranschaulichen, die gemäß Ausführungsbeispielen umgesetzt sein können. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sensoranordnung, die geeignet ist zum Ermitteln einer Bremskraft einer Bremseinrichtung eines Fahrzeuges 50. Die

Bremseinrichtung umfasst einen gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeuger 60, der über ein Stützelement 70 an einem Fahrzeugteil 80 (z.B. ein Fahrwerksteil) abgestützt ist. Das Stützelement 70 fixiert den gelenkig aufgehängten Bremskrafterzeugers 60 und nimmt dadurch eine beim Bremsen auf den Bremskrafterzeuger 60 wirkende Kraft F auf. Die Sensoranordnung umfasst eine Sensoreinrichtung 1 10, die an oder in dem Stützelement 70 ausgebildet (oder dort anbringbar) ist, um die bremskraftabhängige Kraft F oder Spannung in dem Stützelement 70 zu erfassen.

Der Bremskrafterzeuger 60 umfasst Bremsbeläge 64 und ist über die gelenkige

Aufhängung 62 an einem Fahrzeugteil 80 (drehbar) befestigt. Die Bremsbeläge 64 stellen beim Bremsen einen Reibkontakt zu einer Bremsscheibe 52 (oder einem Rad) her, um das Fahrzeug 50 dadurch abzubremsen. Das Stützelement 70 kann eine Stützstange sein, die zwischen dem Bremskrafterzeuger 60 und dem Fahrzeugteil 80 ausgebildet ist, um Drehungen des Bremskrafterzeugers 60 zu verhindern oder in nur engen Grenzen zu erlauben. Wegen der gelenkigen Aufhängung 62 wirkt beim

Bremsen auf das Stützelement 70 die longitudinale Kraft F, die durch die

Sensoreinrichtung 1 10 gemessen wird.

Die Sensoreinrichtung 1 10 kann beispielsweise eine oder mehrere

Dehnungsmessstreifen umfassen, die über eine entsprechende Brückenschaltung besonders sensitiv für bestimmte Dehnungen oder Stauchungen verschaltet sein können. Die Sensoreinrichtung 1 10 kann aber auch einen Kraftaufnehmer (Kraftsensor) aufweisen, der beispielsweise Piezoelemente oder andere Elemente umfassen kann, die direkt oder indirekt die longitudinale Druck- oder Zugkraft F messen können. Um eine hohe Sensitivität zu erreichen, kann dazu die Geometrie des Stützelementes 70 (oder in zumindest einem Abschnitt davon) entsprechend gewählt werden. So kann das Stützelement 70 einen abgedünnten Abschnitt aus einem bestimmten Material aufweisen, sodass die Kraft F zu einer Verformung führt, die z.B. durch

Dehnungsmesselemente leicht messbar ist.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit weiteren optionalen Details. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind zwei Räder 51 , 52 des Fahrzeuges 50 gezeigt, wobei die Räder 51 , 52 lediglich schematisch dargestellt und an einem Fahrzeugfahrwerk 80 drehbar befestigt sind. Die Räder 51 , 52 können auch die Bremsscheiben zum Bremsen des Fahrzeuges 50 sein. Der Bremskrafterzeuger 60 ist über die gelenkige Aufhängung 62 mit dem Fahrzeugfahrwerk 80 verbunden. Außerdem ist der Bremskrafterzeuger 60 über das Stützelement 70 mit dem Fahrzeugfahrwerk 80 verbunden.

Der Bremskrafterzeuger 60 umfasst wiederum Bremsbeläge 64, die eine Reibung zwischen den Bremsbelägen 64 und der Bremsscheibe 52 beim Zuspannen der Scheibenbremsbeläge 64 erzeugen. Als Folge des Zuspannens der Bremsbeläge 64 wird eine Umfangskraft Fu erzeugt, die in dem gezeigten Beispiel bei einer Bewegung von rechts nach links nach oben zeigt und auf den gelenkig aufgehängten

Bremskrafterzeuger 60 wirkt. Das Stützelement 70 verhindert wiederum, dass der Bremskrafterzeuger 60 sich um die gelenkige Aufhängung 62 verdrehen kann. Das Stützelement 70 nimmt dazu die resultierende Zugspannung auf und leitet sie an das Fahrzeugfahrwerk 80 weiter. Es versteht sich, dass bei einer entgegengesetzten Bewegung des Fahrzeuges 50 die Umfangskraft Fu in entgegengesetzter Richtung wirkt und dementsprechend das Stützelement 70 eine Drucklast aufnimmt und an das Fahrzeugfahrwerk 80 weiterleitet. Ebenso kann der Kraftfluss durch die entsprechenden Gegenkräfte veranschaulicht werden, die jeweils in entgegengesetzte Richtung wirken.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt außerdem eine Steuereinrichtung 120 und einen Drucksensor 130. Der Drucksensor 130 erfasst über eine Druckleitung 132 (Hydraulik oder Pneumatik) einen Druck in dem Bremskrafterzeuger 60, um die

Bremsbeläge 64 mit einer bestimmten Zustellkraft auf die Bremsscheibe 52 zu drücken. Der erfasste Druck wird über eine Drucksensorleitung 122 an die Steuereinrichtung 120 übermittelt. Außerdem ist eine Sensorleitung 124 zwischen Sensoreinrichtung 1 10 in dem Stützelement 70 und der Steuereinrichtung 120 ausgebildet, um die durch die Sensoreinrichtung 1 10 erfassten Sensorsignale an die Steuereinrichtung 120

weiterzuleiten. Die Bremse braucht jedoch keine hydraulische oder pneumatische Bremse sein, sondern kann auch eine elektromechanische Bremse sein. Die Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Bremskrafterzeugung eingeschränkt werden. Beim Bremsen wirkt ein Drehmoment M, das ein Produkt der Umfangskraft Fu und der Entfernung der Bremsbeläge 64 von der Drehachse ist. Die Umfangskraft Fu wird durch das Stützelement 70 an das Fahrzeugfahrwerk 80 abgeleitet. Es versteht sich, dass das Stützelement 70 an verschiedenen Fahrzeugfahrwerksteilen koppeln kann, um die Bremsdrehmomentkraft entsprechend abzuleiten. Die Stützkraft, die von dem

Stützelement 70 aufzubringen ist, variiert auch in Abhängigkeit von dem Radius, in welchem die Bremsbeläge 64 auf die Bremsscheibe 52 einwirken.

Wie bereits dargelegt, können sowohl Zug- als auch Druckkräfte F durch entsprechende Sensoren in dem Stützelement 70 ermittelt werden. In einem einfachen Beispiel umfasst das Stützelement 70 dazu Dehnungsmesselemente (z.B.

Dehnungsmessstreifen), die an einer äußeren oder inneren Oberfläche des

Stützelementes angeordnet sein können. Es kann auch ein entsprechend verdünnt ausgebildeter Abschnitt des Stützelementes 70 zur Kraftmessung genutzt werden. Die Erfindung soll nicht auf bestimmte Messmethoden eingeschränkt werden. Es können auch andere Möglichkeiten zur Kraftmessung vorgesehen sein. Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung in horizontaler Ebene durch den Bremskrafterzeuger 60 und der Bremsscheibe 52, die um die Drehachse R drehbar zwischen zwei gegenüberliegenden Bremsbeläge 64 angeordnet ist. In der gezeigten Darstellung ist das Stützelement 70 nicht zu sehen. Bei Ausübung einer Zuspannkraft durch den Bremskrafterzeuger 60 werden Anpresskräfte Fp erzeugt, die auf die Bremsscheibe 52 an den Reibflächen 54 (Grenzfläche zwischen den Bremsbelägen 64 und der

Bremsscheibe 52) einwirken bzw. durch die Bremsscheibe 52 auf die Bremsbeläge 64 als Gegenkraft übertragen werden. Die Fig. 3 zeigt den Zustand aktivierter Bremse. Wenn die Bremse gelöst wird, entsteht ein Spalt zwischen den Bremsbelägen 64 und der Bremsscheibe 52.

Falls das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, können die Anpresskräfte Fp in gleicher Weise wie während der Bewegung des Fahrzeuges 50 wirken. Daher sind die Anpresskräfte Fp selbst nicht zwingenderweise ein gutes Maß für die wirkende

Bremskraft. Vielmehr ist es bei der Verwendung der Anpresskräfte Fp zusätzlich erforderlich, die Drehung der Räder zu messen. Erst die Kombination der gemessenen Drehzahl der Räder mit den Anpresskräften Fp liefert ein Maß für die wirkende Bremskraft, die durch die Reibung bei der relativen Bewegung des Bremsbeläge 64 und der Bremsscheibe 52 erzeugt wird.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet, um den Stillstand des Fahrzeuges 50 zu detektieren. Wie bereits dargelegt, ist die Umfangskraft Fu gleich Null, wenn das Fahrzeug 50 zum Stillstand gekommen ist und die

Bremsscheibe 52 kein Drehmoment M mehr aufbringt (zumindest, wenn sich das Fahrzeug 50 in einer Ebene befindet). Somit kann direkt aus dem Verschwinden der Kraft- oder Spannungswerte, die durch die Sensoreinrichtung 1 10 gemessen werden, der Stillstand des Fahrzeuges 50 detektiert und überwacht werden. Wenn das Fahrzeug 50 an einer Neigung zum Stillstand kommt, beginnt der Stillstand des Fahrzeuges 50 beispielsweise zu dem Zeitpunkt, ab dem das Drehmoment M (oder die Umfangskraft Fu) konstant bleibt (der konstante Wert entspricht der Fahrzeugneigung). Vor dem Stillstand ist das Drehmoment M größer als der konstanter Wert, der das Fahrzeug 50 ansonsten nicht abgebremst worden wäre.

Dies ist ein besonderer Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, da für die Detektierung des Fahrzeugstillstandes kein Geschwindigkeitsgeber erforderlich ist. Im Gegensatz hierzu sind bei konventionellen System, die auf die Messung der Anpresskräfte Fp basieren, weitere Messungen erforderlich, um

zuverlässig den Stillstand zu detektieren. Gemäß Ausführungsbeispielen ist es jedoch möglich, mithilfe der Auswertung des Umfangskraftsignals von der Sensoreinrichtung 1 10 ein Ende des Bremsweges direkt zu ermitteln und zu überwachen. Weitere Ausführungsbeispiele erlauben es, die Hangabtriebskraft Fh zu messen, die bei einer Hanglage des Fahrzeuges 50 zu berücksichtigen ist. Fig. 4A zeigt beispielhaft das Fahrzeug 50, welches sich in einer Ebene befindet, während die Fig. 4B beispielhaft das Fahrzeug 50 in einer Hanglage darstellt. Während des Stillstandes in der Ebene (siehe Fig. 4A) wirkt keine Umfangskraft oder Drehmoment auf die Räder, während bei einer Hanglage (siehe Fig. 4B) die Bremsen die Hangabtriebskraft Fh des Fahrzeuges 50 überwinden müssen. In diesem Fall wirkt beim Stillstand bereits eine

Drehmomentskraft auf das Stützelement 70. Diese Haltekraft kompensiert die Hangabtriebskraft Fh des Fahrzeuges 50 und kann direkt durch die Sensoreinrichtung 1 10 in dem Stützelement 70 gemessen werden. Der Wert Hangabtriebskraft Fh kann beispielsweise konkret aus der Umfangskraft Fu unter Nutzung des Raddurchmessers, des Abstandes der Bremsbeläge 64 von der

Drehachse R und der Reibwerte zwischen den Bremsbelägen 64 zu der Bremsscheibe 52 ermittelt werden. Diese Ermittlung ist auch unabhängig davon, ob der

Bremskrafterzeuger 60 die Anpresskraft Fp aufbringt oder nicht. Da der

Bremskrafterzeuger 60 zusammen mit den Bremsbelägen 64 gelenkig gelagerte sind, misst das Stützelement 70 direkt die Hangabtriebskraft Fh. Die Richtung der

Hangabtriebskraft Fh hängt davon ab, ob das Fahrzeug 50 an einem ansteigenden Hang oder einem abfallenden Hang in Bezug auf die normale Fahrtrichtung steht. Nach dem Ermitteln der Hangabtriebskraft Fh durch die Steuereinrichtung 120 kann das Resultat entsprechend an einer Fahrzeugsteuereinheit weitergegeben werden, um die Hangabtriebskraft Fh zum Beispiel beim Anfahren zu berücksichtigen.

Im Gegensatz zu konventionellen Systemen besteht ein weiterer Vorteil von

Ausführungsbeispiele darin, dass keine separaten Neigungssensoren erforderlich sind, um eine Fahrzeugneigung festzustellen und entsprechend zu berücksichtigen. Die Neigungssensoren können jedoch weiterhin genutzt werden, um dadurch ein

redundantes System mit zwei unabhängige Messungen zu umzusetzen.

Bei konventionellen Systemen ist außerdem je nach Neigung in der Halteposition die zeitparametrisierte Synchronisation beim Anfahren nicht optimal. Zum Beispiel kommt es häufig zu einem leichten Zurückrollen, was sich nur selten komplett vermeiden lässt. Ebenso ist es möglich, dass es aufgrund von Beschleunigungsvariationen zu

„Ruckbewegungen" kommt, die erheblich sein können und den Fahrkomfort erheblich mindern. Ebenso ist es möglich, dass die Fahrmotoren sehr lange gegen die Bremskraft anfahren müssen, um das Fahrzeug in Gang zu setzen.

Auch diese Nachteile können durch Ausführungsbeispiele vermieden werden. So kann das Zurückrollen an einem Abhang wie folgt vermieden werden. Die Ansteuerlogik kann Informationen über die ermittelte Hangabtriebskraft Fh nutzen, um die Synchronisation beim Lösevorgang der Bremsen und das Anfahren der Fahrmotoren umzusetzen. Wenn beispielsweise die ermittelte Hangabtriebskraft Fh einen sehr hohen Wert anzeigt, können die Fahrmotoren entsprechend stärker angesteuert werden, um das

Zurückrollen zu vermeiden. Ebenso ist es möglich, dass beim Anfahrprozess die noch vorhandene Hangabtriebskraft Fh fortlaufend ermittelt wird, d.h. auch nachdem die Fahrmotoren bereits einen Vortrieb leisten, der jedoch noch nicht ausreicht, um das Fahrzeug 50 in Bewegung zu setzen. Damit kann sukzessive die Leistung der

Fahrmotoren solange erhöht werden, bis die Kompensation der Hangabtriebskraft Fh vollständig erreicht ist. Es ist ebenfalls möglich, dass die Information über den

Hangabtriebskraft Fh im Voraus berücksichtigt wird, so dass ein vorgegebenes

Anfahrschema ausgeführt werden kann, welches von der im Voraus ermittelten

Hangabtriebskraft Fh abhängt. In diesem Schema wird keine dynamische Anpassung der Fahrmotorenleistung vorgenommen, sondern ein vorbestimmtes Programm ausgeführt. Es kann natürlich auch eine Kombination der beiden Steuermöglichkeiten ausgebildet sein, d.h. es wird zunächst in Abhängigkeit der ermittelten

Hangabtriebskraft Fh ein vorbestimmtes Anfahrprogramm gestartet, welches dann dynamisch nachreguliert wird. Daher ist es gemäß Ausführungsbeispielen nicht erforderlich, ein Zurückrollen über einen Geschwindigkeitssensor zu überwachen, der ebenfalls eine Fahrrichtung auswerten müsste. Ausführungsbeispiele vermeiden somit das Zurückrollen des Fahrzeuges, ohne dass eine weitere Sensorik erforderlich wäre. Außerdem werden die ruckartigen Bewegungen aufgrund von Beschleunigungsvariationen minimiert, da die Steuerung des Anfahrdrehmomentes je nach Neigung und Restkraft der Bremsen dynamisch erfolgen kann. Schließlich brauchen die Fahrmotoren nicht unnötig gegen die Bremskraft anzufahren, was sowohl Energie spart als auch den Belagverschleiß minimiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich ebenfalls auf ein Stützelement 70, insbesondere eine Stützstange, mit einem Kraftaufnehmer als

Sensoreinrichtung 1 10. Daher können einfache Nachrüstungen von Fahrzeugen 50 vorgenommen werden. Ebenso kann das Stützelement 70 einfach ausgetauscht werden oder zu Messungen zeitweise an Fahrzeugen 50 montiert werden. Dies ist ein großer Vorteil im Vergleich zu konventionellen Mitteln zur Messung der Bremskraft, die umfangreiche bauliche Maßnahmen erfordern, um die Fahrzeuge 50 entsprechend nachzurüsten oder um defekte Teile auszutauschen.

Bei diesen Nachrüstungen ist es nicht erforderlich, den Bremskrafterzeuger 60 abzubauen, um das Stützelement 70 mit der Sensoreinrichtung 1 10 (z.B. einen

Kraftaufnehmer) einzubauen oder auszutauschen. Ebenso ist es möglich, den

Bremskrafterzeuger 60 auszutauschen, ohne die Sensoreinrichtung 1 10 tauschen zu müssen. Wie bereits gesagt, ist die Nachrüstung von Fahrzeugen ohne Probleme möglich, da lediglich das Stützelement 70 ausgetauscht werden muss, um eine

Bremskraftmessung mittels der Sensoreinrichtung 1 10 zu erreichen. Da die wirkende Bremskraft F direkt proportional zum Bremsdrehmoment M ist und direkt durch das Stützelement 70 aufgefangen wird, ist es bei Ausführungsbeispielen möglich, eine Kalibrierung unabhängig von der Bremssattelkörpereinheit bzw. dem Bremskrafterzeuger 60 durchzuführen. Ein Austausch der Bremskrafterzeugereinheit 60 führt nicht zwingenderweise zu einer neuen Kalibrierung der Sensoreinrichtung. Auch dies stellt einen großen Vorteil im Vergleich zu konventionellen

Bremskraftmesseinrichtungen dar.

Einfach zu installierende Messeinrichtungen zum Messen von Bremskräften werden in konventionellen Systemen nur in statischen Messungen verwendet. So werden zum Beispiel Bremsbeläge mit Messzellen ausgetauscht, um die Zuspannkraft Fp

auszuwerten (statisch ohne Fahrzeugbewegung). Bei solchen statischen Messungen fehlt aber der Einfluss der Reibpaarung (der Scheibe 52 und des Belages 64). Um jedoch dynamisch Bremsmessungen vorzunehmen (z.B. bei Testfahrten), ist bei konventionellen System ein großer Aufwand für den Einbau der Messeinrichtung erforderlich. Um solche Messung durchzuführen, sind z.B. umfangreiche Umbauten am Bremssattel und/oder dem Bremssattelträger und/oder dem Fahrzeugfahrwerk erforderlich oder es sind Änderungen an der Bremseinheit (zum Beispiel der Bohrung) vorzunehmen.

Im Gegensatz hierzu wird gemäß Ausführungsbeispielen das Stützelement 70 mit Kraftaufnehmer 1 10 als eine Messeinrichtung oder ein Messinstrument zur Prüfung der Bremse während dynamischer Testfahrten genutzt. Dies kann beispielsweise als ein Ersatz der Standard-Stützstange (ohne einen Kraftaufnehmer) erfolgen. Beispielsweise kann eine solches Messstützelement 70 als ein Messinstrument nur für Messfahrten genutzt werden - nicht jedoch für den Dauerbetrieb. So ein Messinstrument ist sehr einfach zu installieren, da der Einbau oder der Umbau nur wenige Minuten erfordert.

Die genannten Funktionen oder das beschriebene Verfahren kann/können ebenfalls Computer-implementiert sein, d.h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des

Verfahrens auszuführen oder die Funktionen bereitzustellen, wenn es auf einem

Prozessor läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere

Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu einer Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.

Vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.

Das Stützelement 70 kann einen Kraftaufnehmer (Sensoreinrichtung 1 10) umfassen oder ein solcher sein. Der Kraftaufnehmer 1 10 ist ausgebildet, die Radumfangskraft Fu zu ermitteln (z.B. direkt oder indirekt zu messen) und ans Fahrwerk 80 abzuleiten. Die Messung erfolgt beispielsweise durch eine Verformung. Der Kraftaufnehmer 10 ist ausgebildet, um die eingeleitete Kraft zu messen. Im einfachsten Fall ist das

Stützelement 70 eine zylindrische Stange, die zwischen dem Bremssattel 60 und einem Fahrzeugteil ausgebildet ist, das geeignet ist, die wirkende Kraft F aufzunehmen und abzuleiten.

Da das Stützelement 70 einfach austauschbar ist, können konventionelle Stützelemente in einfacher Weise mit einer Sensoreinrichtung 1 10 nachgerüstet werden. Dazu braucht der Bremskrafterzeuger 60 nicht abgebaut zu werden. Ebenso kann der Krafterzeuger 60 ausgetauscht werden, ohne dass der Kraftaufnehmer 1 0 zu tauschen wäre.

Außerdem kann ohne großen Aufwand der Kraftaufnehmer 1 10 entsprechend platziert werden. Die Stützstange 70 kann ebenso schnell mit einen Kraftaufnehmer 1 10 nachgerüstet werden .

Da die auf das Stützelement 70 einwirkende Kraft F nicht direkt die Bremskraft des Fahrzeugs 50 anzeigt, sondern fahrzeugspezifisch ist, wird bei Ausführungsbeispielen eine Kalibrierung durchgeführt, die eine Zuordnung der Messwerte der

Sensoreinrichtung 1 10 und der Bremskraft des Fahrzeuges 50 liefert. Diese

Kalibrierung ist unabhängig von der Bremssattelkörpereinheit und dem Krafterzeuger 60, hängt aber von mehreren fahrzeugspezifischen Parametern ab, wie z.B.: die

Auflagefläche der Räder auf dem Untergrund, das Gewicht des Fahrzeuges, die

Reibkraft zwischen den Bremsbelägen 64 und der Bremsscheibe52, die Reibkraft zwischen den Rädern und dem Untergrund und anderen Parametern mehr.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Fahrzeughaltüberwachung. Es ist häufig wichtig, das Ende eines Bremsweges zuverlässig zu detektieren, d.h. den Zeitpunkt festzustellen, wann das Fahrzeug 50 zum vollständigen Stillstand gekommen ist. Dies kann beispielsweise anhand der Umfangskraft Fu, die an den Positionen der Bremsbeläge 64 auf die Bremsscheibe 52 wirkt, festgestellt werden. Wenn diese Umfangskraft Fu (Drehmomentskraft) gleich Null ist, ist das Fahrzeug auf ebenem Untergrund zum Stillstand gelangt. Wenn aber nach einem solchen Stillstand das Drehmoment in einer entgegengesetzten Richtung wirkt, zeigt dies eine Hanglage des Untergrundes an, die entsprechend zu berücksichtigen ist. Diese Art der

Fahrzeughaltüberwachung bietet den Vorteil, dass keine Geschwindigkeit des

Fahrzeuges 50 erfasst werden muss. Es ist jedoch eine redundante Erfassung möglich, so dass eine höhere Zuverlässigkeit der erhaltenen Resultate erzielt werden kann. Insbesondere für autonome Systeme ist eine derartige redundante Erfassung von Messwerten wichtig, um eine ständige Kontrolle über die zuverlässige Operationsweise des Fahrzeuges 50 zu gewährleisten.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt ebenfalls eine Ermittlung der Fahrzeug- Hangabtriebskraft Fh, wobei wiederum die Drehmomentskraft der Bremsscheibe 52 ermittelt wird, deren Vorzeichen anzeigt, in welcher Richtung die Bremskraft wirkt. Aus einem Vorzeichenwechsel des Drehmomentes M bei einem Halteprozess kann geschlossen werden, dass das Fahrzeug sich an einer Hanglage befindet. Nach einem Stillstand des Fahrzeuges (z.B. unter Nutzung von anderen Sensoreinrichtungen) kann die Hangabtriebskraft des Fahrzeuges 50 direkt ermittelt werden. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen sind gemäß Ausführungsbeispielen dazu keine zusätzlichen Neigungssensoren erforderlich, um die Hanglage des Fahrzeuges 50 festzustellen. Sie können jedoch optional vorhanden sein, um wiederum eine Redundanz zu erreichen und um die Genauigkeit der beiden unabhängigen Systeme zu erhöhen. Auch dies ist für autonome Systeme häufig wünschenswert.

Weitere Ausführungsbeispiele ermöglichen eine Vermeidung eines Zurückrollens, zum Beispiel beim Wiederanfahren an einem Gefälle. Dazu kann die entsprechende

Steuereinheit Fahrmotoren entsprechend ansteuern und separat die Bremse nach einer Auswertung der Drehmomentskraft entsprechend lösen. Ein Vorteil der

erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht wiederum darin, dass keine zusätzlichen Geschwindigkeitssensoren oder Geschwindigkeitsgeber ausgewertet bzw. überwacht werden müssten, um das Zurückrollen des Fahrzeuges 50 zu verhindern. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Fahrrichtung selbst zu erfassen, da eine potentielle Hanglage bereits vor dem Anfahrprozess durch das System detektierbar ist und durch das System automatisch berücksichtigt werden kann. Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. BEZUGSZEICHENLISTE

50 Fahrzeug

51 ,52 Bremsscheibe/Räder

54 Reibflächen

60 Bremskrafterzeuger

62 Drehgelenk des Bremskrafterzeugers

64 Bremsbeläge

70 Stützelement

80 Fahrzeugfahrwerksteil/Fahrzeugteil

1 10 Sensoreinrichtung

120 Steuereinrichtung

122 Ansteuerung eines Drucksensors

124 Signalleitungen

130 Drucksensor

32 Druckleitungen

R Drehachse der Bremsscheibe

M Drehmoment der Bremsscheibe

F auf das Stützelement wirkende Kraft

Fu Umfangskraft

Fp Anpresskraft

Fh Hangabtriebskraft