Richtungsweisend

Fahrzeughersteller setzen seit Jahren auf technisch unterschiedliche Systeme. Sie statten Fahrzeuge, die im modularen Grundaufbau für einen globalen Markt produziert werden, in manchen Ländern vorwiegend mit einem einfacheren Anti-Blockiersystem (ABS) aus, in anderen mit einem anspruchsvolleren Elektronischen Bremssystem (EBS). Getrennte Systemwelten, separat zu verwaltende Produkt- und Software-Versionen – das geht effizienter.

Systemwelten zusammenführen

Nach der Devise „Eine für alles“ setzt Global Scalable Brake Control (GSBC) zu einem radikalen Schnitt an: Die neue Bremssteuerung reduziert die Komponentenvielfalt auf eine einzige technische Plattform. Um dennoch die vom Markt geforderten Varianten realisieren zu können, bietet GSBC einen modularen Komponentenbaukasten. „Je nach geforderter Funktionalität und Ausstattungsvariante lassen sich die Module des Baukastens kombinieren und konfigurieren“, sagt Christian Urban, Vice President Center of Competence (CoC) Brake Control bei Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge. „Wir haben Montagepositionen, Verläufe von Kabeln und Pneumatikleitungen sowie Anschlusslagen vereinheitlicht, bis hin zu den einzelnen Komponenten selbst.“ Für Fahrzeughersteller bedeutet das einen deutlich geringeren Anpassungsaufwand. Ganz gleich, ob es um die Einrichtung eines Standard-ABS für eine Zugmaschine geht oder um ein EBS mit zahlreichen Zusatzfunktionen für ein vielachsiges Spezialfahrzeug.

Bis zu 50% weniger Teile bei mehr Funktionen

Durch die Vereinheitlichung der Komponenten und den modularen Aufbau des gesamten Systems ermöglicht GSBC kostenoptimierte Systemlayouts. Für ein hochvolumiges Standardfahrzeug, wie etwa eine zweiachsige Sattelzugmaschine, fallen mit dem System nur noch rund die Hälfte der bislang benötigten Komponenten an. „Zusätzlich zu den eingesparten Komponenten und dem geringeren Gewicht profitieren die Hersteller dabei von den deutlich geringeren Aufwänden beim Einbau des Systems in das einzelne Fahrzeug und von der einfacheren Teileverwaltung“, führt Urban aus.

Auch das Herz der Bremssteuerung – das zentrale Steuergerät – hat Knorr-Bremse vereinheitlicht. Mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren sind jetzt zwei neue Funktionen direkt im Gehäuse integriert. Damit sinkt einmal mehr der Aufwand für den Einbau separater Komponenten und für das Vorhalten einzelner Teile auf Seiten der Fahrzeughersteller.

Selbstlernend und bereit für komplexe Zusatzfunktionen

Während die Bauformen der Fahrzeuge im Pkw-Markt vergleichsweise überschaubar sind, ist die Vielfalt und Komplexität von Fahrzeugvarianten im Nutzfahrzeugmarkt immens. Vieles davon, wie etwa Gesamtlänge, Zahl der Achsen, Radstände, Ein- oder Mehrgliedrigkeit, Lage des Fahrzeugschwerpunkts etc., ist für das Bremssystem relevant und hat entscheidenden Einfluss auf Fahrdynamik und Verzögerungsleistung. Besäße das Bremssystem eine Software, die nur für einen speziellen Fahrzeugtyp optimiert wäre, müsste sie entsprechend für jede einzelne Fahrzeugvariante manuell angepasst werden – ein unüberschaubarer Aufwand. Allein die Verwaltung der einzelnen Softwareversionen würde viele Manntage verschlingen.

Stattdessen passt sich GSBC mit weiter verbesserten selbstlernenden Softwarefunktionen und vordefinierten Parametersätzen automatisch an die jeweilige Fahrzeugvariante an. „Radabstände und Lenkgeometrien erkennt die neue Bremssteuerung GSBC weitgehend selbsttätig. Entsprechend wählt die Software die zum Fahrzeug passenden Parameter aus“, erklärt Jan Mayer, Head of Product Line ABS/EBS/GSBC bei Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge. Der Aufwand für manuelle Parametrierungen kann so deutlich reduziert werden.

Auch die Software ist modular aufgebaut

Neben der Modularität der Hardwarekomponenten ist auch die GSBC-Software modular aufgebaut. Das Spektrum an Funktionen reicht dabei von im Markt etablierten Features, wie etwa ABS oder Traktionskontrolle und Über- oder Untersteuerungskompensation, über das abgestimmte Zusammenspiel von Betriebsbremse und Retarder (Brake Blending) bis hin zur Anfahrhilfe am Berg oder der automatischen Aktivierung der Bremse bei geöffneter Kabinen- oder Bustür. Neue Funktionen lassen sich auf Basis dieser Infrastruktur sehr einfach realisieren. Selbst ganze Funktionsmodule können von Seiten des Kunden einfach als neues Teil auf der GSBC-Hardware und -Betriebssoftware integriert werden, eine sogenannte 3rd-Party-Software-Integration.

Plattform für komplexe Fahrerassistenzsysteme

Fahrassistenzsysteme wie Abstandsregeltempomat, Notbremsassistent oder Abbiegeassistent können auf das GSBC-System und die unterschiedlichen Bremsfunktionen zugreifen. Registriert der Abstandsregeltempomat beispielsweise ein deutlich langsameres vorausfahrendes Fahrzeug, kann das System über die GSBC-Software die Bremsen aktivieren. Noch komplexer und nicht weniger sicherheitsrelevant ist die Integration der Bremsfunktionen und der nächsten Generation des Abbiegeassistenten. Bislang beschränken sich Abbiegeassistenten vor allem auf die Warnung des Fahrers durch optische und akustische Signale. Ein automatisches Abbremsen oder ein Eingriff in die Lenkung erfolgt bisher nicht. Aufgrund der geringen Abstände zu den sich seitlich befindenden Verkehrsteilnehmern ist aber gerade beim Rechtsabbiegen die Reaktionszeit für den Fahrer äußerst gering. Jan Mayer: „Eine integrierte Automatik kann selbst dann noch die nötige Bremsaktivierung auslösen, wenn der Fahrer aufgrund seiner Reaktionsverzögerung schon keine Chance mehr hätte.“ Diese Funktion bremst das Fahrzeug automatisch ab oder steuert gegebenenfalls über die integrierte Lenkung gegen, um eine Kollision zu verhindern. Der modulare Aufbau der Softwarearchitektur von GSBC ermöglicht auch hier eine vergleichsweise einfache Ergänzung eines entsprechenden Softwaremoduls und dessen sichere Konfiguration.

Die Bremse, die zur Lenkung wird

Die Kernkompetenz einer Bremssteuerung ist das Betätigen einzelner Radbremsen. Dazu gibt die Bremssteuerung eine bestimmte Menge Druckluft frei, die die Bremssättel an den ausgewählten Rädern schließen und die Beläge auf die Reibflächen pressen. Christian Urban: „Damit lässt sich nicht nur das Gesamtfahrzeug verlangsamen. Gezielt eingesetzt, lässt sich damit das Fahrzeug auch steuern. Droht etwa ein vollbeladener Sattelschlepper in der Kurve auszubrechen und weiter geradeaus zu treiben, statt dem Kurvenverlauf zu folgen, kann die Bremse das hintere, innere Reifenpaar der Zugmaschine verzögern, um das sogenannte Untersteuern zu kompensieren.“

Diese Möglichkeit zum Lenken per Bremse hat Knorr-Bremse verfeinert. Auf seinem Testgelände in Arjeplog, Nordschweden, konnte eine Sattelzugmaschine mit dieser Technik einen kompletten Kurvenparcours bewältigen, ohne manuelle Betätigung der Lenkung. Die Software dazu lief als Teil des implementierten GSBC-Systems. Auch das Elektronische Stabilitätsprogramm ESP war Bestandteil des Systems. Schließlich sollte der Lkw weder umfallen noch Einknicken oder Schlingern. „Auf dem Weg zum hochautomatisierten Fahren ist ein solches Bremslenksystem für den Hersteller äußerst interessant“, beschreibt Urban. „Übernimmt die Automatik die Steuerung, muss sie so ausgelegt sein, dass das Fahrzeug auch bei Ausfall eines elektronischen Teilsystems nicht außer Kontrolle gerät. Die Lenkung doppelt zu verbauen, ist ökonomisch nicht sinnvoll. Das Bremssystem aber ist ohnehin an Bord. Unser GSBC kann zukünftig Lenkungsaufgaben vorübergehend übernehmen. Das ist ein extrem kosteneffizientes Redundanzkonzept.“

Brems- und Lenkungs-Know-how unter einem Dach

Knorr-Bremse ist Weltmarktführer für Bremssysteme und baut seine Kompetenz im Bereich Nutzfahrzeuglenkungen konsequent aus. Ein Überblick:

Knorr-Bremse stärkt mit diesen Akquisitionen seine Position als einer der führenden globalen Anbieter von Lenkungssystemen für Nutzfahrzeuge. Die Lenkung ist ein wesentlicher Baustein für die Realisierung von komplexen und hochintegrierten Fahrerassistenzsystemen (DAS) und dem hochautomatisierten Fahren (HAD).

Intelligentes Zusammenspiel von Bremse und Lenkung

Seit 2016 baut Knorr-Bremse seine Systemkompetenz im Bereich Lenkungssysteme immer weiter aus und schafft damit die Voraussetzungen, hochintegrierte Systeme und neue Funktionen im Bereich Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren aus einer Hand anbieten zu können. Im April 2019 konnte Knorr-Bremse die Übernahme des Geschäftsbereichs Lenksysteme für Nutzfahrzeuge von Hitachi, Japan, abschließen. 2020 kam R.H. Sheppard, einer der führenden Hersteller von Lenksystemen für Nutzfahrzeuge im nordamerikanischen Markt, zum Konzern hinzu. „Fahrerassistenzfunktionen und Lösungen im Bereich des automatisierten Fahrens erfordern die vollständige Kontrolle der Fahrzeugdynamik. Die wichtigsten Aktuatoren in diesem Zusammenhang sind Bremse und Lenkung“, weiß Christian Urban.

Mit der Expertise von Hitachi und Sheppard verfügt Knorr-Bremse über das gebündelte globale System-Know-how an Lenkungsaktuatorik. Der Realisierung komplexer Fahrerassistenzsysteme steht damit nichts mehr im Wege. Und mit dem Redundanzkonzept auf Basis der neuen Bremssteuerung GSBC sind die ersten Tests schon bestanden.