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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbergriff von Anspruch
1 sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es
sind bereits Regelstrategien für
hydraulische Antiblockiersysteme bekannt, die auf dem Rückförderprinzip
basieren. Derartige Bremsanlagen sind aufwendig, schwer und benötigen viel
elektrische Energie, da die Bremsflüssigkeit aufgrund des Rückförderprinzips
gegen die vom Fahrer aufgebrachte Bremskraft zurückgepumpt wird. Daher kommen
Bremsanlagen dieser Art z.B. für
preisgünstige Krafträder nicht
zur Anwendung, so dass Fahrzeuge des unteren Preissegments heute
meist nicht über
einen Blockierschutz verfügen.
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Eine
für solche
Fahrzeuge geeignete Bremsanlage stellt das pumpenlose System aus
der unveröffentlichten
Anmeldung
DE 102004046940 dar.
Diese ist aufgrund der fehlenden Rückförderung bei lang andauernden
Regelbremsungen erschöpfbar.
Im wesentlichen entscheidet die jeweilige Fahrbahnsituation darüber, bei
welcher Restgeschwindigkeit des Fahrzeugs die Volumenerschöpfung eintritt.
Wenn das Volumen verbraucht ist, darf das Antiblockiersystem den
Raddruck nicht mehr abbauen, was dann letztlich zu einem Blockieren
des Rades führt.
Dieser Fall sollte möglichst
nie oder nur am Ende sehr langer Bremsungen auftreten. Bei langer
Bremsdauer hat der Fahrer durchaus Gelegenheit, die Bremssituation
zu ü berdenken
und den Druck selbst zu reduzieren, wenn er feststellt, dass der
Bremshebel langsam durchfällt.
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Es
kann aber auch der Volumendurchfluss während der Blockierschutzbremsung
durch eine geeignete Regelstrategie so reduziert werden, dass praktisch
alle in der Praxis relevanten Fälle
ohne Volumenerschöpfung
beherrscht werden. Dazu muss das blockiergefährdete Rad mit Druckmodulations-Profilen beaufschlagt
werden, die das Rad für möglichst
lange Zeitintervalle dicht unter dem physikalisch erreichbaren Reibwert-Maximum
halten, ohne dieses zu überschreiten.
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Nach
der Theorie der Blockierschutzregelsysteme ist es aber kritisch,
den Druck zu lange an einem vermeintlich fast optimalen Arbeitspunkt
zu halten, da das tatsächliche
Optimum nur schwer erkennbar ist, solange man es nicht überschreitet.
In einigen Situationen könnte
es also zu leichten oder auch gravierenden Unterbremsungen kommen, wenn
der Regelalgorithmus einen nicht hinreichend hohen Raddruck zu lange
konstant hält.
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Daher
besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Blockierschutz-Regelung
vorzuschlagen, bei welchem der Verbrauch des verfügbaren Bremsflüssigkeitsvolumens
während
der Gesamtbremsung so gestaltet wird, dass bei nahezu optimaler
Bremswirkung praktisch alle Regelbremsungen bis zum Stillstand des
Fahrzeugs ohne ein Blockieren des geregelten Rades verlaufen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass in Abhängigkeit
von dem bisher während
der ABS-Regelung durch Druckabbauphasen verbrauchten Bremsflüssigkeitsvolumen
und einem geschätzten
Wert für
das noch für
die verbleibende ABS-Regelung
benötigte
Bremsflüssigkeitsvolumen
eine der Bremssituation und dem noch verfügbaren Bremsflüssigkeitsrestvolumen
angepasste Regelungsstrategie verwendet wird. Entsprechend der gewählten Regelungsstrategie
wird dann der Aufbau des Radbremsdrucks durchgeführt.
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Unter
Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauch oder
kurz Volumenverbrauch wird das während
eines ABS-geregelten Bremsvorgangs bereits durch vorherige Druckabbauphasen
aus dem Radbremskreis abgelassenen Bremsflüssigkeitsvolumen verstanden. Aus
dem Volumenverbrauch und dem Bremsflüssigkeitsgesamtvolumen lässt sich
unter der Annahme, dass keine Bremsflüssigkeit durch ein Leck austritt, direkt
das für
die Durchführung
der verbleibenden ABS-geregelten Bremsung noch verfügbare Bremsflüssigkeitsrestvolumen
bestimmen.
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Unter
einem pumpenlosen Antiblockiersystem wird ein Antiblockiersystem
ohne Rückförderpumpe
(ohne Rückförderprinzip)
oder ein Antiblockiersystem mit einer Rückförderpumpe, welche nicht in
der Lage ist, die Bremsflüssigkeit
gegen den Vordruck des Bremsdruckgebers in den Radbremskreis zurückzupumpen,
verstanden.
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Unter
einer volumensparenden Regelstrategie wird eine ABS-Regelstrategie verstanden,
bei welcher gegenüber
einer bremskraftoptimierten Regelstrategie der Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauch
reduziert ist.
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Eine
Abschätzung
des noch für
die verbleibende ABS-Regelung benötigten Bremsflüssigkeitsvolumens
wird erfindungsgemäß anhand
der momentan vorliegenden Bremssituation durchgeführt. Diese
lässt sich
bevorzugt durch die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die
momentane Fahrzeugverzögerung
charakterisieren. Die Fahrzeugverzögerung wird besonders bevorzugt
aus dem zeitlichen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
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Das
bisher während
einer ABS-Regelung durch Druckabbauphasen verbrauchte Bremsflüssigkeitsvolumen
wird erfindungsgemäß durch
einen Wegsensor im Niederdruckspeicher des Radbremskreises gemessen
oder schätzungsweise
anhand der Ventilschaltzeiten des Auslassventils bestimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das noch verfügbare
Bremsflüssigkeitsrestvolumen mit
dem abgeschätzten
noch benötigten
Bremsflüssigkeitsvolumen
verglichen, und entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Anpassung
der ABS-Regelstrategie durchgeführt.
Hierzu wird die Vorgehensweise zum Aufbau des Radbremsdruckes entsprechend
der gewählten
Regelstrategie angepasst. Im Falle eines mit digitalen Druckaufbaupulsen
arbeitenden ABS-Reglers wird die Anpassung durch eine Dimensionierung
der Länge
der Pausenzeiten zwischen den Druckaufbauphasen und/oder durch eine
Dimensionierung der Größe der Druckanstiege
während
der Druckaufbauphasen vorgenommen. Im Falle eines analog arbeitenden
ABS-Druckstellers wird die Anpassung durch eine Dimensionierung
der Steigung des Druckaufbaus vorgenommen.
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Die
Größe(n) zur
Anpassung der Regelstrategie, wie insbesondere die Länge der
Pausenzeiten zwischen den Druckauf bauphasen, die Größe der Druckanstiege
während
der Druckaufbauphasen oder die Steigung des Druckaufbaus, wird/werden bevorzugt
mehrstufig, besonders bevorzugt 2-stufig (aggressives oder moderates Druckaufbauprofil) oder
3-stufig (aggressives, mittleres und moderates Druckaufbauprofil),
anhand eines oder mehrerer Kennfelder, in welche die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit
und die momentane Fahrzeugverzögerung
direkt eingehen, verändert.
Besonders bevorzugt geben die Kennlinien des Kennfelds/der Kennfelder
für vorgegebene
Wertebereiche der Fahrzeugverzögerung
(Parameter des Kennfeldes) in Abhängigkeit von der Fahrzeugrestgeschwindigkeit
und des Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauchs
die Umschaltschwellen für
die verschiedenen Regelstrategien an.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird/werden die Größe(n) zur
Anpassung der Regelstrategie kontinuierlich als Funktion der momentanen
Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der momentanen Fahrzeugverzögerung und/oder
des momentanen Volumenverbrauchs angepasst.
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Ist
die Fahrzeugrestgeschwindigkeit noch groß und/oder ist die Fahrzeugverzögerung gering, dann
wird erfindungsgemäß eine gemäßigte Druckaufbau-
bzw. ABS-Regelstrategie, welche volumensparend in Bezug auf die
Bremsflüssigkeit
ist, verfolgt, da zu erwarten ist, dass der Bremsvorgang noch länger andauert.
So wird einer frühzeitigen
Systemerschöpfung
vorgebeugt.
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Ist
das für
die verbleibende ABS-Regelung noch benötigte, geschätzte Bremsflüssigkeitsvolumen
größer als
das noch verfügbare
Bremsflüssigkeitsvolumen,
dann wird ebenfalls eine gemäßigte, volumensparende
Regelstrategie verfolgt, um einer Systemerschöpfung vorzubeugen.
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Bevorzugt
wird zu Beginn eines ABS-geregelten Bremsvorganges, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
noch hoch ist und der Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauch
noch gering ist, eine bremskraftoptimiert Regelstrategie verwendet.
Dadurch wird frühzeitig
die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert, was einen verkürzten Bremsweg
zur Folge hat.
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Bei
einer volumensparenden Regelstrategie sind die Pausenzeiten zwischen
den Druckaufbauphasen länger
und/oder die Druckanstiege während der
Druckaufbauphasen kleiner oder die Steigung des Druckaufbaus kleiner
als bei einer bremskraftoptimierten Regelstrategie.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Änderung
der Längen der
Pausenzeiten und/oder der Größen der
Druckanstiege erst ab einem vorgegebenen Druckaufbauimpuls. Im Falle
einer Mäßigung der
Druckaufbaustrategie werden die Pausenzeitverlängerung und/oder die Verkleinerung
der Druckanstiege erst ab einem bestimmten Druckaufbaupuls durchgeführt, um
trotz volumensparender Regelung eine sehr gute Bremsleistung zu
erzielen.
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Ebenso
ist es bevorzugt, dass die Änderung der
Längen
der Pausenzeiten und/oder der Größen der
Druckanstiege über
der Zeit des Druckaufbaus eines ABS-Regelungszyklus progressiv oder
degressiv durchgeführt
wird. Besonders bevorzugt wird im Falle einer Mäßigung der Druckaufbaustrategie
die Verlängerung
der Pausenzeiten progressiv und/oder die Verkleinerung der Druckaufbaustufen
degressiv gestaltet, um eine degressive Radbremsdruckkontur zu erzielen,
mit welcher eine insgesamt lange Druckaufbauzeit mit einem im mittel
hohen Druckniveau erreicht wird.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, dass sich bei einem analog arbeitenden
ABS-Drucksteller die Steigung des Druckaufbaus über der Zeit des Druckaufbaus
eines ABS-Regelzyklus ändert.
Im Falle einer Mäßigung der
Druckaufbaustrategie wird die Steigung der Druckaufbaus mit der
Zeit verringert, um eine degressive Druckkontur zu erzielen.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil liegt darin, dass die Erschöpfung eines
rückförderungsfreien oder
mit geringer Rückförderungsleistung
ausgestatteten Antiblockiersystems vermieden wird, wobei aber eine
nahezu optimale Bremswirkung bei praktisch allen Regelbremsungen
erreicht wird.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches einen
Algorithmus nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren definiert.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von
Figuren.
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Es zeigen
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1 ein
Bremsdruck-Profil und die Umfangsgeschwindigkeit eines Rades, das
nach der Regelstrategie eines konventionellen Antiblockiersystems
geregelt ist,
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2 eine μ-Schlupf-Kurve
eines Rades auf einer Fahrbahn mit Hochreibwert und die Arbeitspunkte
einer beispielgemäßen Regelstrategie
im Vergleich zu den Arbeitspunkten eines konventionellen Antiblockiersystems,
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3 ein
Bremsdruck-Profil und die Umfangsgeschwindigkeit eines Rades, das
nach einer beispielgemäßen volumensparenden
Regelstrategie geregelt ist,
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4 beispielgemäße Kennfelder zur Festlegung
der zu verwendenden Druckaufbaustrategie bzw. Regelstrategie,
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5 ein
Bremsdruck-Profil und die Umfangsgeschwindigkeit eines Rades, das
nach einem beispielgemäßen Verfahren
mit mehrfachem Umschalten der Regelstrategie geregelt ist, sowie
entsprechende Profile der Steuersignale zur Steuerung der Regelstrategie,
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6 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches die
in 5 gezeigte Regelstrategie verwirklicht.
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In
der 1 ist beispielhaft dargestellt, wie eine Standard-Antiblockierregelung
für ein
Rad abläuft,
die auf Basis einer nicht erschöpfbaren
Bremsanlage arbeitet. Das Zeitdiagramm stellt den vom Fahrer aufgebrachten
Hauptbremszylinderdruck 1 dar, der ohne eine Blockierschutzregelung
zum Blockieren des Rades führen
würde.
Das Signal 2 stellt den zeitlichen Verlauf des vom Antiblockiersystem eingestellten
Radbremsdrucks dar. Aufgrund der Bremswirkung am Rad verzögert das
Fahrzeug und seine Geschwindigkeit 3 nimmt über der
Zeit ab. Signal 4 zeigt die Geschwindigkeit des bremsdruckgeregelten
Rades, die sich zu der Fahrzeuggeschwindigkeit 3 immer
im Bremsschlupf befindet. Dass der Bremsschlupf in einem bestimmten
Band verläuft, wird
durch den geeigneten Radbremsdruckverlauf 2 erzwungen.
Bei Überschreiten
einer gewissen Schlupfschwelle zum Zeitpunkt 5 wird der
Radbremsdruck zunächst
um den Betrag 8 reduziert, damit das nun leicht unterbremste
Rad wieder zur Fahrzeuggeschwindigkeit hoch beschleunigen kann.
Anschließend
erfolgt wieder ein gepulster Radbremsdruckaufbau um die Druckanstiege 11, 12 und 13.
Das dann erreichte Druckniveau 19 führt wieder zu einer sichtbaren
Blockierneigung des Rades zum Zeitpunkt 6. Der Vorgang
von Druckabbau 9 und anschließendem Aufbau um die Druckanstiege 14, 15 und 16 im
Zeitintervall 18 erzeugt ein Radbremsdruckprofil, das dem
im vorherigen Zeitintervall 17 prinzipiell gleicht. Der
Druckabbau 10 aufgrund der Radblockierneigung zum Zeitpunkt 7 deutet
an, dass eine Druckmodulation nach diesem Muster so lange andauert,
bis das Fahrzeug zum Stillstand kommt oder der Fahrer den Bremsdruck 1 selbst
so weit senkt, dass keine Radblockierneigung mehr auftritt. Dieser
Standard-Blockierschutzalgorithmus
sorgt in der Praxis dafür,
dass in Zeitintervallen 17, 18 von ca. 300–400 ms
immer wieder eine eindeutige Radblockierneigung erzwungen, und in
Form von hohem Radschlupf und großer Radverzögerung sichtbar gemacht wird.
Die Gefahr einer Fahrzeugunterbremsung ist dadurch grundsätzlich ausgeschlossen,
was anhand einer μ-Schlupfkurve direkt
nachvollziehbar ist.
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In 2 ist
beispielhaft eine solche μ-Schlupfkurve 20 dargestellt.
Zwischen Reifen und Fahrbahn entwickelt sich ein effektiver Reibwert μ, der eine
direkte Funktion des Radschlupfs s ist. Bei Radschlupf s=0 entsteht
keine Reibung in Bremsrichtung und auf den Reifen wirkt auch keine
Bremskraft. Bei wachsendem Schlupf bis zum Optimalpunkt 21 steigt
der genutzte Haftreibwert stetig an, so dass die eingezeichneten
Arbeitspunkte 26, 27 und 28 zu wachsender
Bremskraftübertragung
führen.
Wird dieser Schlupfwert 21 überschritten (beispielsweise im
Arbeitspunkt 29), so geht die Haftreibung in Gleitreibung über, der
Reifen rutscht über
den Boden und verliert seinen optimalen Kraftschluss. Durch die
zusammenbrechende Kraft zwischen Reifen und Boden wird das Rad weniger
angetrieben und die nun überwiegende
hydraulische Bremskraft führt
zu einer massiven Blockierneigung des Rades, da mit wachsendem Schlupf
die Kraft zwischen Reifen und Boden weiterhin abnimmt (Selbstverstärkungs-
bzw. Mitkopplungseffekt). Um ein Blockieren des Rades beispielsweise
im Arbeitspunkt 29 zu verhindern, muss der Raddruck schnell
um einen Erfahrungswert abgebaut werden, wie in 1 beispielsweise
zum Zeitpunkt 6. Durch den Druckabbau 9 wird in 2 der
Arbeitspunkt 26 angesteuert, der aber zu tief liegt und
deshalb mit den Druckanstiegen 14 und 15 über den
Punkt 27 in den Punkt 28 überführt wird, der dicht am Optimum
liegt. Da das Optimum an der Reaktion der Radgeschwindigkeit 4 nicht
eindeutig erkannt werden kann, wird der Raddruck mit dem Druckanstieg 16 nochmals
erhöht.
Diese führt
aber dazu, dass das Maximum 22 der μ-Schlupfkurve 20 überschritten
wird und zum Zeitpunkt 7 erneut der instabile Arbeitspunkt 29 erreicht
wird. Der jetzt eindeutige Schlupfeinlauf zeigt das Überschreiten
des optimalen Schlupfwerts 21 an und erlaubt daher den
er neuten Raddruckabbau 10. Dieser einfache Regelungsalgorithmus
führt dazu,
dass auch bei wechselnden Bodenbelägen und damit schwankenden
Blockierdruckniveaus immer eine nahezu optimale Bremswirkung erzielt
wird, und insbesondere die Reibwerte der Kurve 20 im vom
ABS angestrebten Schlupfband 24 über dem Blockierreibwert 23 liegen.
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Der
Nachteil dieses Regelungsalgorithmus liegt jedoch darin, dass mit
jedem Druckabbau (beispielsweise 8, 9 und 10 in 1)
Bremsflüssigkeitsvolumen
aus dem Radbremskreis entlassen wird, das bei einer rückfördernden
Bremsanlage mit Hilfe einer Pumpe möglichst schnell gegen den Fahrerdruck
in den Bremskreis zurückgepumpt
werden muss, damit das System nicht erschöpft wird.
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Das
beispielgemäße Regelungskonzept
basiert aber auf einer kostengünstigen
Bremsanlage ohne Rückförderung,
so dass jeder Tropfen Bremsflüssigkeit,
der bei einem Radbremsdruckabbau abgelassen wird, für die laufende
Regelbremsung unwiederbringlich verloren ist und erst wieder bei
vollständiger
Entlastung des Bremshebels in den Hauptbremszylinder zurückströmen kann.
Mit jedem Radbremsdruck-Aufbaupuls (beispielsweise 14, 15 und 16)
drückt
der Fahrer neue Flüssigkeit
aus dem Hauptbremszylinder in den Radbremskreis, so dass mit jedem
ABS-Regelungszyklus 17, 18 der Bremsbetätigungshebel
weiter durchfällt,
bis nach zu häufiger
Wiederholung ein physikalischer Anschlag erreicht wird und kein
Druckaufbau mehr am Rad möglich
ist (Systemerschöpfung).
Bevor dieser Zustand eintritt, muss der Regelungsalgorithmus einen
weiteren Druckabbau am Rad unterdrücken, damit noch eine ausreichende
Bremswirkung erzielt werden kann. Ein Konstanthalten des erreichten
Raddrucks beispielsweise im Zeitpunkt 7 führt aber
zum unweigerlichen Blockieren des Rades und beim Zweirad mit großer Wahrscheinlichkeit
zum Sturz.
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Damit
dieses Ereignis während
einer Regelbremsung möglichst
nicht eintritt, muss also der Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauch während der Bremsenregelung gesenkt
werden, damit sich möglichst
keine Systemerschöpfung
einstellt.
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Dazu
bietet sich beispielgemäß eine Regelungsstrategie
mit reduzierter Regelfrequenz gemäß 3 an. Signal 30 zeigt
dabei den vom Fahrer aufgebrachten Hauptbremszylinderdruck, Signal 31 stellt
ein volumensparendes Radbremsdruckprofil dar. Die Fahrzeuggeschwindigkeit 32 nimmt
wieder kontinuierlich ab und die geregelte Radgeschwindigkeit 33 läuft durch
den flacher aufgebauten Radbremsdruck nun länger in einem stabilen Schlupfband
(beispielsweise in dem in 2 angedeuteten Band 25).
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Durch
die langen Pausenzeiten 38 und 39 zwischen den
Radbremsdruck-Aufbaupulsen, welche zu den Druckanstiegen 41, 42 und 43 korrespondieren,
werden die Arbeitspunkte 27 und 28 (2) unter
homogenen Bodenverhältnissen
lange gehalten und ein Überschreiten
des Reibwertmaximums 22 wird lange vermieden. Deshalb werden
mit dieser Strategie wesentlich weniger Druckabbauphasen erforderlich
als mit der zuvor beschriebenen Standardregelstrategie.
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Problematisch
wird das lange Druckhalten aber, wenn sich der Fahrbahnreibwert
erhöht.
In einem solchen Fall wäre
ein schneller Druckaufbau mit dicht aufeinander folgenden Rad bremsdruck-Aufbaupulsen
gemäß 1 sinnvoll,
um schnell wieder das neue Reibwertmaximum zu finden. Die langsam ansteigende
Druckkontur aus 3 ist dazu schlecht geeignet.
Natürlich
könnte
man immer, wenn das Rad bei steigenden Bodenreibwerten in zu kleine Schlupfbereiche
gezogen wird, den Druck schneller erhöhen. Ein exaktes Beobachten
des Schlupfverhaltens im stabilen Bereich 25 ist aber sehr
schwierig, da dem Regelungsalgorithmus nicht die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit
sondern nur eine Schätzgröße, die
als Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit bezeichnet wird und deren Bestimmung
sich selbst an den Radgeschwindigkeiten orientiert, zur Verfügung steht.
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Bei
einem Zweiradfahrzeug, das aber maximal über 2 Raddrehzahlsensoren verfügt, wird
die Bestimmung einer verlässlichen
Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit zusätzlich erschwert. Eine wirklich sichere
Aussage über
die Angemessenheit des eingestellten Radbremsdrucks bekommt der
Regelalgorithmus also nicht über
exakte Radschlupfwerte sondern über
das Radverhalten direkt bei Eintritt der Blockierneigung, also beim Überschreiten
des Maximums 22 (2). Ein
volumensparender Regelungsalgorithmus gemäß 3, der dieses
Ereignis aber bewusst über
lange Zeitstrecken vermeidet, beinhaltet daher prinzipiell die Gefahr
des Unterbremsens, vor allem bei wechselnden Fahrbahnreibwerten.
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Um
dieses Problem zu umgehen oder zu reduzieren und gleichzeitig praktisch
alle relevanten Regelbrems-Situationen bis zum Fahrzeugstillstand bewältigen zu
können,
wird daher hier beispielgemäß vorgeschlagen,
abhängig
von der gerade vorliegenden Bremssituation und abhängig vom
bereits erfolgten Volumenverbrauch die jeweilige Regelungsstrategie zu
variieren. Zusätzlich
wird eine Prognose gestellt, wann und mit welchem Bremsflüssigkeitsvolumenaufwand
das Fahrzeug zum Stillstand kommt, falls sich die Fahrbahnsituation
nicht ändert.
Anhand dieser Prognose kann die ideale Radbremsdruck-Aufbaustrategie
ausgewählt
werden.
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So
kann entweder eine aggressive und verzögerungsoptimierte Strategie
gemäß 1 oder eine
moderate und volumensparende Strategie nach 3 aktiviert
werden. Weiterhin kann auch eine Strategie zwischen diesen beiden
Extremen gewählt werden.
Innerhalb einer Bremsung kann sich unter veränderten Randbedingungen die
Strategie auch laufend ändern.
Insbesondere wird dabei das Ziel verfolgt, bei noch hoher Fahrzeuggeschwindigkeit immer
zunächst
eine aggressive Regelstrategie zu aktivieren, da in diesem Fahrbereich
eine Fahrzeugunterbremsung zu erheblich längeren Bremswegen führen würde. Eine
leichte Unterbremsung bei kleinen Restgeschwindigkeiten verlängert den
Bremsweg dagegen oft nur um wenige Zentimeter.
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4a zeigt
eine beispielhafte Realisierung, wie mit Hilfe eines Kennfelds eine
sinnvolle Umschaltung zwischen zwei Strategiestufen (aggressives
und moderates Druckaufbauprofil) erfolgen kann. Auf der x-Achse
des Diagramms ist die noch verbleibende Restgeschwindigkeit des
Fahrzeugs, auf der y-Achse der Bremsflüssigkeits-Volumenverbrauch
aufgetragen. Je nach aktueller Fahrzeugverzögerung, die aus dem zeitlichen
Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet wird, ist eine der
fünf Kennlinien 50 bis 54 relevant.
Liegt die Fahrzeugverzögerung
im unteren Bereich zwischen etwa 0 g und etwa 0.2 g, wird die Kennlinie 50 herangezogen,
im Bereich von etwa 0.2 g bis etwa 0.4 g die Kennlinie 51,
im Bereich von etwa 0.4 g bis etwa 0.6 g die Kennlinie 52,
im Bereich von etwa 0.6 g bis etwa 0.8 g die Kennlinie 53 und
im Bereich oberhalb von etwa 0.8 g die oberste Kennlinie 54.
Die Fahrzeugverzögerung
a ist also der entscheidende Parameter bei der Auswahl der jeweiligen Kennlinie.
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Während einer
ABS-Regelung ermittelt der Algorithmus nun zuerst die relevante
Kennlinie. Wenn die erreichte Fahrzeugverzögerung beispielsweise gerade
0.7 g beträgt,
wird gemäß obiger
Aussage Kennlinie 53 zur Beurteilung der Situation ausgewählt. Anhand
der aktuellen Fahrzeug-Restgeschwindigkeit 59 und
des aktuellen Volumenverbrauchs 60 wird der Arbeitspunkt 61 innerhalb
des Diagramms ermittelt. Dieser liegt unterhalb der relevanten Kennlinie 53,
so dass der bereits erreichte Volumenverbrauch für die Bewältigung der Restbremsung bis
zum Stillstand als unkritisch angesehen wird. Man kann dann also
eine eher aggressive bremsverzögerungsoptimierte
Regelung aktivieren, die nicht den Verbrauch minimiert. Läge die momentane
Fahrzeugverzögerung
auf einem tieferen Niveau, beispielsweise bei 0.3 g, so würde der
aktuelle Arbeitspunkt 61 die relevante Kennlinie 51 bereits überschreiten,
und es müsste
mit Hilfe einer moderaten Regelungsstrategie versucht werden, volumensparend
zu arbeiten. Der Grund dafür
liegt in der längeren
Zeitdauer, über
die sich eine Regelung bei kleinerer Fahrzeugverzögerung erstreckt.
Je stärker
das Fahrzeug verzögert,
um so kürzer
ist die zu erwartende Restdauer der Regelung und um so weniger Volumen
wird die ABS-Regelung benötigen.
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Die
Kennlinien 50 bis 54 können also als Umschaltschwellen
für die
zu aktivierende Regelungsstrategie herangezogen werden. Die Bestimmung der
Kennlinien selbst erfolgt unter den durch die Radbremse gegebenen
physikalischen Randbedingungen. Der Punkt 55, in dem sich
alle Kennlinien im Fahrzeugstillstand vereinigen, wird so gewählt, dass das
noch in der Radbremse verbleibende Volumen groß genug ist, um eine Bremsung
mit einer Verzögerung
von etwa 1 g zu erzielen:
Volumen bei Bezugszeichen 55 =
Volumen des Hauptbremszylinders – Radbremsvolumen bei einer Verzögerung von
etwa 1 g
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Die
Kennlinien enden also alle in diesem Punkt 55 und starten
bei der erreichbaren Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit 56 auf
unterschiedlichen Volumenniveaus. Die Kennlinie 52 für mittlere Fahrzeugverzögerungen
startet auf dem mittleren Niveau 58, während die Kennlinie 54 für höchste Verzögerungen
auf dem höchsten
Niveau 57 startet. Die absoluten Werte dieser Niveaus 57, 58 ergeben
sich durch den Volumenverbrauch bei einem durchschnittlichen Druckabbau
(8, 9 in 1) sowie
aus der eingestellten Grund-Regelfrequenz. Mit dem Verlauf der Kennlinien über der
Fahrzeuggeschwindigkeit ist auch eine Prognose bzgl. des noch zu
erwartenden Volumenbedarfs für
die restliche Bremsung angezeigt. Beispielsweise geht der Algorithmus
bei der erreichten Geschwindigkeit 59 und der aktuellen Fahrzeugverzögerung von
0.7 g (Kennlinie 53) davon aus, dass das noch gebrauchte
Volumen dem Wert 62 in 4a entspricht.
Deshalb ist zu diesem Zeitpunkt der Arbeitspunkt 61 mit
dem verbrauchten Volumen 60 unkritisch, da noch das Restvolumen 63 für die weitere
Regelung benutzt werden kann. Die Beurteilung der aktuellen Situation
mittels der Kennlinien geschieht natürlich immer unter der Voraussetzung,
dass sich die Bodenver hältnisse
während
der Restbremsung nicht verändern.
Insbesondere eine Veränderung
in Richtung kleinerer Reibwerte könnte dazu führen, dass zu Beginn der Regelung
im Hinblick auf die Gesamtsituation zu viel Volumen verbraucht wurde.
Da ein Reibwertwechsel zumindest theoretisch jederzeit auftreten
kann, sollten die Kennlinien 50 bis 54 vorteilhafterweise
nicht so weit auseinander liegen, wie es aufgrund der reinen Volumenberechnung
möglich
wäre. Insbesondere
wird der Punkt 57 etwas tiefer berechnet, da ein möglicher Reibwertwechsel
dann am größten sein
kann, wenn momentan die höchste
Fahrzeugverzögerung
erreicht ist. Es muss also immer noch etwas mehr Volumenreserve
vorgehalten werden, als aufgrund eines gleichbleibend hohen Reibwerts
erforderlich wäre.
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4b zeigt
beispielhaft eine weitere Realisierung der umschaltenden Regelungsstrategie,
die ähnlich
wie vorher mittels eines Kennfeldes arbeitet, nun aber zwischen
drei Strategiestufen (aggressives, mittleres und moderates Druckaufbauprofil)
umschaltet. Dazu werden nun für
jeden der fünf
Fahrzeugverzögerungsbereiche
zwei Kennlinien, also Umschaltschwellen definiert. Die Kennlinien 65 bis 69 sind
die unteren, die Kennlinien 70 bis 74 die oberen
Kennlinien. Liegt ein Arbeitspunkt 77 unter der unteren
Umschaltschwelle, beispielsweise Kennlinie 67 für eine Fahrzeugverzögerung von
0.5 g, so wird aggressiv geregelt, im Arbeitspunkt 76 werden
mittlere Pausenzeiten zwischen den Pulsen geschaltet, da dieser Punkt über der
unteren Schwelle (Kennlinie 67) aber unter der oberen Schwelle
(Kennlinie 72) liegt, und der Arbeitspunkt 75,
der auch über
der oberen Schwelle liegt, aktiviert eine moderate Regelstrategie.
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Ein
wesentlicher Vorteil der beschriebenen Umschaltstrategie liegt darin,
dass am Anfang der Bremsung immer ein aggressiver Druckabbau geschaltet
wird, da unmittelbar nach dem Einstieg in die Regelung zunächst natürlich kaum
Volumen verbraucht ist. Damit wird im wichtigen oberen Geschwindigkeitsbereich
immer bremskraftoptimiert geregelt und frühzeitig Geschwindigkeit abgebaut,
was zu insgesamt verkürzten
Bremswegen führt.
Wenn unter Niedrigreibwertbedingungen dann bei kleinen Geschwindigkeiten
eher moderat geregelt wird, ist dies einerseits vorteilhaft für die Stabilität des Fahrzeugs
und andererseits nicht mehr so entscheidend für die Verlängerung des Bremswegs.
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Bei
der hier beschriebenen Strategie wird davon ausgegangen, dass das
insgesamt während
einer Regelung abgelassene Bremsflüssigkeitsvolumen mit Schwellenwerten
verglichen wird, also dem Regelungsalgorithmus bekannt ist. Die
Messung des verbrauchten Volumens kann entweder direkt über einen
Wegsensor im Niederdruckspeicher, der die Flüssigkeit sammelt, erfolgen,
oder das Volumen kann indirekt über
eine Schätzung
ermittelt werden, indem die Ventilschaltzeiten des Auslassventils
herangezogen werden.
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5 zeigt
eine beispielhafte Situation, in welcher während einer ABS-Regelung aufgrund
einer teilweise mit Reibwertflecken versehenen Fahrbahn ein hoher
Volumenverbrauch auftritt und daher eine mehrfache Umschaltung der
Regelstrategie notwendig ist. Dabei stellt das Signal 80 den
vom Fahrer vorgegebenen Hauptbremszylinderdruck dar und das Signal 81 ist
der aufgrund der Blockierschutzregelung reduzierte Radbremsdruck.
Das Signal 82 zeigt die über der Zeit abnehmende Fahrzeuggeschwindigkeit
und 83 die geregelte Radgeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt 85 tritt
ein verminderter Reibwert auf, so dass das tief in den Schlupf einlaufende
Rad zunächst
nur mit starkem Druckabbau 93 wiederbeschleunigt werden
kann. Durch einen sofortigen Reibwertanstieg wird das Rad dann stark
beschleunigt und kann anschließend
wieder mit hohem Bremsdruck beaufschlagt werden. Zum Zeitpunkt 86 tritt
dann wieder ein kurzer Reibwertfleck mit entsprechend starker Modulation
auf.
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Das
Signal 105 repräsentiert
das während der
Regelbremsung verbrauchte Bremsflüssigkeitsvolumen, das bei Beginn
der Bremsung mit dem Wert 0 startet und mit jedem Radbremsdruckabbau 92, 93, 94 und 95 zu
den Zeitpunkten 84, 85, 86 und 87 um den
aus dem Radkreis entlassenen Volumenanteil ansteigt. Durch die starken
Modulationen zu den Zeitpunkten 85 und 86 wird
mehr Volumen verbraucht, als anfangs zu vermuten war. Deshalb ändert sich
die Verbrauchssituation im Laufe der Regelbremsung, was mit den
beiden Steuerflags 106 und 107 angezeigt wird.
Das Signal 106 zeigt an, dass aggressiv geregelt werden
darf, und steht deshalb zu Beginn der Regelung auf dem logischen
Wert 1. Daher werden im ersten ABS-Regelungszyklus die Druckaufbaupulse,
welche zu den Druckanstiegen 96, 97 und 98 führen, mit
kleinen Pausenzeiten 99 geschaltet.
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Im
zweiten Regelungszyklus bleibt das Flag 106 noch auf 1
(aggressive Regelung), so dass auch nach dem ersten Fahrbahnflecken
der Druckaufbau mit kurzen Pausenzeiten 100 erfolgt. Nach
dem Druckabbau 99 steigt der Volumenverbrauch 105 über eine
(untere) intern berechnete Schwelle und das Steuerflag 106 wird
auf 0 gesetzt. Deshalb verläuft
der Druckaufbau zwischen den Zeitpunkten 86 und 87 nicht
mehr aggressiv sondern mit mittleren Pausenzeiten 101.
Durch den erneuten Druckabbau zum Zeitpunkt 87 überschreitet
das verbrauchte Volumen 105 eine obere interne Schwelle,
so dass jetzt das Steuerflag 107 von 0 auf 1 gesetzt wird.
Dieses Flag bewirkt im Folgenden einen moderaten Druckaufbau mit
den langen Pausenzeiten 102. Der dargestellten Regelung
liegt also das dreistufige Umschaltprinzip nach 4b zugrunde.
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Anhand
von 6 wird eine beispielhafte Realisierung des beispielgemäßen Verfahrens
beschrieben, welches die hier vorgeschlagene Regelungsstrategie
verwirklicht. Das Blockschaltbild besteht im wesentlichen aus den
Blöcken 115, 116 und 117 und
basiert auf einem vorhandenen, konventionellen ABS-Regler 110,
der mit den üblichen
Eingangssignalen 111 versorgt wird, die im einfachsten Fall
bei einem Kraftrad nur aus den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden
Räder oder
der Umfangsgeschwindigkeit des Vorderrades bestehen. In bekannter
Weise erzeugt der ABS-Regler aus dem Radverhalten und intern mit
Hilfe des Blocks 113 gebildeten Modell- und Referenzgrößen (z.B.
der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit) geeignete Druckprofile, welche
die geregelten Räder
oder das geregelte Vorderrad des Fahrzeugs im optimalen Schlupf
halten/hält.
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Insbesondere
sorgt der hervorgehobene Block 114 für angepasste Pausenzeiten zwischen den
Druckaufbaupulsen. Als Ausgangssignale 112 des ABS-Reglers
werden Ansteuersignale auf eine hydraulische Stelleinrichtung, oft
bestehend aus Magnetventilen, zwecks Modulation der Raddrücke (des Vorderraddrucks)
geführt.
Das hier vorgeschlagene Verfahren sieht nun vor, die vom ABS im
Block 113 berechneten Modell größen 121 (insbesondere
die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit
und die geschätzte
Fahrzeugverzögerung)
als Eingangswerte für
die Berechnung der Kennlinien (Umschaltschwellen) im Block 116 mitzunutzen.
Gemäß der 4b können dann
die Umschaltschwellen berechnet und als Signale 122 an
eine Vergleichseinrichtung 117 geschickt werden. Diese
erhält
zusätzlich
als Signal den aktuellen Volumenverbrauch 120 durch Block 115.
Das Volumen wird entweder als Signal 119 von einem Sensor
geliefert oder in Block 115 aufgrund der Ventilschaltzeiten 118 geschätzt. Block 117 vergleicht
nun den aktuellen Volumen-Verbrauchswert 120 (entspricht
dem Signal 105 in 5) mit den Schwellenwerten 122 und
setzt entsprechend Steuerflags 123 (entsprechend den Signalen 106 und 107 in 5).
Diese werden wiederum auf den Block 114 geleitet, der daraufhin
die Pausenzeiten zwischen den Druckaufbaupulsen variiert.
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In
weiteren Ausführungsformen
der Erfindung können
die Pausenzeiten T pause stufenlos dem jeweils aktuellen Volumenverbrauch über eine beliebige
Beziehung über
die Funktion f() angepasst werden: T pause =
f(aktueller Volumenverbrauch,
Fahrzeugverzögerung,
Fahrzeuggeschwindigkeit)
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In
einer weiteren Variante der Erfindung wird die Höhe der Druckanstiege Delta_P
aufgrund der Volumenbilanz nach derselben Strategie stufenweise oder
kontinuierlich über
die Funktion g() modifiziert: Delta_P = g(aktueller
Volumenverbrauch,
Fahrzeugverzögerung,
Fahrzeuggeschwindigkeit)
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Bei
einer analog arbeitenden hydraulischen, elektrischen oder elektromechanischen
ABS-Stelleinrichtung kann das beschriebene Regelungsverfahren außerdem die
Steilheit/Steigung des Druckaufbaus kontinuierlich über eine ähnliche
funktionale Abhängigkeit
h() modifizieren: Delta_P/Delta_t = h(aktueller
Volumenverbrauch,
Fahrzeugverzögerung,
Fahrzeuggeschwindigkeit)
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Ein
weiterer Vorteil der beschriebenen Regelungsstrategie liegt darin,
dass sie auch auf Antiblockiersysteme mit geringer Rückförderleistung übertragbar
ist, bei denen aus Platz-, Komfort- und/oder Energiespargründen nur
eine sehr kleine Motor-Pumpeneinheit vorgesehen ist. Derartige Systeme
sind bei angemessener Auslegung in allen Situationen unerschöpfbar, wenn
die ABS-Regelstrategie über
das hier beschriebene Verfahren situationsabhängig angepasst wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung bestehen darin, im Falle einer notwendigen Pausenzeitverlängerung
die Pausenzeiten erst ab einem gewissen Druckanstieg zu verlängern, um
trotz der volumensparenden Regelung eine sehr gute Bremsleistung
zu erzielen. Dies ist auch in 3 angedeutet.
Nach dem ersten Druckanstieg 41 wird eine gegenüber der
Standard-Regelstrategie zwar verlängerte, aber immer noch relativ
kurze Pausenzeit 38 geschaltet. Erst nach dem Druckanstieg 42 folgt
eine stark verlängerte
Pausenzeit 39.
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Diese
Strategie kann sich nach dem nächsten
Anstieg 43 fortsetzen, so dass mit dieser degressiven Druckkontur
eine insgesamt sehr lange Druckaufbauzeit 44 mit einem
im Mittel recht hohen Druckniveau erreicht wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung bestehen darin, im Falle einer notwendigen Pausenzeitverlängerung
die Höhe
der Druckanstiege erst ab einem gewissen Druckanstieg zu verkleinern,
um ebenfalls die Bremsleistung zu erhöhen, wobei gleichzeitig die
gesamte Druckaufbauzeit 44 verlängert werden kann. Dies ist
ebenfalls in 3 durch die degressiven Druckanstiege 42 und 43 dargestellt.
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Weiterhin
kann das in 6 dargestellte Verfahren als
Funktion in einem ABS-Regelungsprogramm ausgeführt sein und damit als Regelungsverfahren
softwareseitig realisiert sein.