DE102019135088A1

DE102019135088A1 - Antiblockier-Regelverfahren und Antiblockier-Regelsystem für ein Bremssystem eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102019135088A1
Application number: DE102019135088.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rodenberg; Michael Schomburg; Steffen Gerlach
Original assignee: Wabco Europe BVBA
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Also published as: US20220324453A1; EP4077078A1; CN114761290A; US11970169B2; WO2021121956A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antiblockier-Regelverfahren und -Regelsystem für ein Bremssystem (6) eines Fahrzeugs (1), insbesondere elektropneumatisches Bremssystem (6) eines Nutzfahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten:Bei Vorliegen eines Brems-Anforderungssignals (S1) Ausgabe eines Brems-Steuersignals (S2) und Aufbau eines Bremsdrucks (pb) mittels eines Bremsmittels an einer Radbremse (4) eines Fahrzeugrads (2),Messung einer Raddrehzahl (n) des zu bremsenden Fahrzeugrads (2) und Ermittlung eines Radschlupfs (n) des Fahrzeugrads (2),bei Erfüllen eines ersten Kraftschluss-Kriteriums (K1) oder Blockierneigung des Fahrzeugrads (2) Ansteuerung einer Rad-Antriebseinrichtung (3) und Ausübung eines Rad-Antriebsmomentes (M2) auf das Fahrzeugrad (2) zur Erhöhung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit (v2) und zur Verringerung des Radschlupfs (s) bis zum Erfüllen eines zweiten Kraftschluss-Kriteriums (K2). Weiterhin wird vorzugsweise die in die Radbremse (4) eingesteuerte Bremskraft, z.B. der in die Radbremse (4) eingegebene Bremsdruck (pb), in Abhängigkeit des Radschlupfs (s) geregelt wird, insbesondere durch Freigabe des Bremsdrucks (pb) bei Erfüllen eines ersten Kraftschluss-Kriteriums (k1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Antiblockier-Regelverfahren und ein Antiblockier-Regelsystem für ein Bremssystem eines Fahrzeugs, insbesondere ein pneumatisches Bremssystem eines Nutzfahrzeuges.
Antiblockier-Regelsysteme und Antiblockier-Regelverfahren dienen dazu, eine Blockierneigung von gebremsten Fahrzeugrädern zu verringern oder zu begrenzen. Bei Bremsung eines Fahrzeugrads tritt ein Bremsschlupf auf, da eine Rad-Umfangsgeschwindigkeit nicht mehr mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt.
Hierbei kann der Bremsschlupf als relative Abweichung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads gegenüber einem auf dem Untergrund reibschlüssig mitlaufenden Rad beschrieben werden; nachfolgend wird als Bremsschlupf jedoch vorzugsweise die relative Abweichung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnet, die somit eine Berechnung und Bewertung unabhängig von dem direkten Kontakt auf dem Untergrund ermöglicht. Bei einem reibschlüssig auf dem Untergrund rollenden Rad entspricht die Rad-Umfangsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Bei einer Bremsung steigt die vom Fahrzeugrad auf den Untergrund übertragene Bremskraft mit dem ansteigenden Bremsschlupf zunächst an. Bei höherem Bremsschlupf setzt jedoch eine Blockierneigung ein, bzw. der Kraftschluss erreicht die Kraftschlussgrenze, woraufhin nachfolgend die vom Fahrzeugrad auf die Fahrbahn ausgeübte Bremskraft abnimmt, was auch als Blockierneigung oder Blockieren des Fahrzeugrads bezeichnet wird.
Bei druckmittelbetätigten, d.h. pneumatischen oder hydraulischen Bremssystemen wird in Antiblockier-Regelverfahren im Allgemeinen bei Erkennen der Blockierneigung eines Fahrzeugrads der Bremsdruck der druckmittelbetätigten Radbremse verringert oder ganz freigegeben, sodass das Fahrzeugrad wieder entsprechend dem Reibwert des Untergrundes von der Straße mitgerissen wird und sich somit der Bremsschlupf verringert. Somit kann nachfolgend die auf das Fahrzeugrad ausgeübte Bremskraft durch Erhöhen des eingesteuerten Bremsdruck wieder erhöht werden.
In Abhängigkeit des Reibwertes können hierbei lange Blockierzeiten auftreten; so kann insbesondere auf Glatteis oder Schnee der Reibwert so gering sein, dass das Rad zunächst kaum mitgenommen wird. Während des Blockierens kann hierbei auch keine Querkraft oder Lateralkraft von dem Rad übertragen werden, sodass die Fahrstabilität verringert und keine Kurvenführung gegeben ist. Auch wird durch Freigabe des Druckmittels gegebenenfalls der tatsächlich in der Radbremse vorliegende Bremsdruck aufgrund der Trägheit des Arbeitsmediums zunächst nur verzögert verringert. Insbesondere bei pneumatischen Radbremsen wird der Bremsdruck in der Bremskammer über das angeschlossene Bremsventil, z. B. ein ABS-Ventil oder elektropneumatisches Relaisventil, aufgrund der Trägheit erst mit entsprechender zeitlicher Verzögerung abgebaut. So kann die Druckluft nur entsprechend den Druckverhältnissen und Strömungsquerschnitten entweichen, sodass trotz Ansteuerung zur Freigabe der Bremse noch ein gewisser Bremsdruck anliegt.
Zwar kann im Allgemeinen z. B. durch eine Achslastermittlung die eingesteuerte Bremskraft bzw. der Bremsdruck angepasst werden. Insbesondere auf niedrigem Reibwert kann jedoch trotz der Achslastermittlung eine lange Blockierzeit der Räder auftreten, da die von der Radbremse auf das Fahrzeugrad eingesteuerte Bremskraft nicht als auf den Untergrund ausgeübte Bremskraft übertragen werden kann.
Insbesondere bei angetriebenen Achsen, die im Allgemeinen eine höhere Masse und ein höheres Trägheitsmoment aufweisen, kann somit die Blockierzeit entsprechend lang sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antiblockier-Regelverfahren und ein Antiblockier-Regelsystem zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine hohe Sicherheit sowie gute Steuerbarkeit des Fahrzeuges ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antiblockier-Regelverfahren und ein Antiblockier-Regelsystem nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Weiterhin ist ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Antiblockier-Regelsystem vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Antiblockier-Regelverfahren ist insbesondere mit dem bzw. unter Verwendung des erfindungsgemäßen AntiblockierRegelsystems ausführbar; das erfindungsgemäße Antiblockier-Regelsystem ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Antiblockier-Regelverfahrens ausgebildet.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei Erkennen der Blockierneigung bzw. des Erreichens der Kraftschlussgrenze nicht nur den Bremsdruck freizugeben, um ein passives Erhöhen der Rad-Umfangsgeschwindigkeit durch Reibung auf dem Untergrund zu ermöglichen, sondern das Fahrzeugrad in dieser Phase aktiv anzutreiben, damit es schneller wieder auf höhere Raddrehzahlen gelangt und sich somit der Radschlupf verringert. Somit wird vorzugsweise in Abhängigkeit eines ersten Kriteriums bei Erkennen des Erreichens der Kraftschlupfgrenze bzw. einer Blockierneigung ein Radantrieb angesteuert. Dies kann beispielsweise bei einem elektrischen Radantrieb ein Radnabenmotor sein, der eine schnelle Ansprechbarkeit ermöglicht, um auch in diesen Regelphasen eine schnelle Beschleunigung zu ermöglichen.
Somit kann der aktive Radantrieb zusätzlich zu der Freigabe des Bremsdrucks erfolgen. Grundsätzlich kann jedoch auch der Bremsdruck ganz oder teilweise aufrechterhalten werden, wenn z. B. aufgrund der vorliegenden Verhältnisse eine Veränderung des Raddrucks als zu träge erkannt wird und somit mit zu großer zeitlicher Verzögerung erfolgen würde. Somit kann grundsätzlich auch z. B. lediglich die Raddrehzahl durch aktiven Antrieb erhöht werden, um den Bremsschlupf zu verringern.
Somit kann durch relativ geringen Aufwand, insbesondere bereits vorhandene Radnabenmotoren, und eine entsprechende Ansteuerung mit hoher Sicherheit die Blockierneigung zeitlich begrenzt und verringert werden, um nachfolgend wieder den Bremsdruck erhöhen zu können und eine höhere vom Fahrzeugrad auf den Untergrund ausgeübte Bremskraft zu erreichen.
Als Radbremse kann zum einen eine druckmittelbetätigte Radbremse, jedoch auch z. B. eine Retarder-Bremse als verschleißfreie Bremse vorgesehen sein. Wenn bei einer Retarder-Bremse z. B. erkannt wird, dass die Bremskraft nicht hinreichend schnell variiert werden kann, kann z. B. die Antiblockier-Regelung ganz oder vollständig durch Ansteuerung des Radantriebs erfolgen.
Somit wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise die Ansteuerung eines Antriebs eines Fahrzeugrads oder einer Achse mit in die ABS-Regelung aufgenommen.
Die Ansteuerung des Radantriebs kann entsprechend der Ansteuerung der Radbremsen bzw. der eingesteuerten Bremskraft erfolgen. Alternativ hierzu kann der aktive Radantrieb auch lediglich zur Kompensation der noch aufgrund der Trägheit des Systems ausgeübten Bremskraft eingesteuert werden.
Die Erfindung kann grundsätzlich bei jedem druckmittelbetätigten Bremssystem eingesetzt werden, d.h. bei einem pneumatischen bzw. elektropneumatischen oder auch bei einem hydraulischen bzw. elektrohydraulischen Bremssystem.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antiblockier-Regelsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm mit der zeitlichen Darstellung relevanter Kenngrößen eines Antiblockier-Regelverfahrens bei einem herkömmlichen Antiblockier-Regelverfahren;
3 ein der 2 entsprechendes Diagramm eines Antiblockier-Regelverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einem elektrischen Fahrzeugantrieb und vier Rädern 2, die jeweils über einen elektrischen Radnabenmotor 3 als Teil des elektrischen Fahrzeugantriebs angetrieben sind, wobei der elektrische Radnabenmotor 3 einen individuellen Radantrieb und vorteilhafterweise auch eine Rekuperation, d.h. MotorBremsung unter Rückgewinnung eines Teils der kinetischen Energie als elektrische Energie, ermöglicht. Der elektrische Fahrzeugantrieb kann grundsätzlich mit oder ohne Getriebe ausgebildet sein. Grundsätzlich kann auch ein Hybrid-Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und zusätzlichen Radnabenmotoren 3 vorgesehen sein. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Nutzfahrzeug. Das Fahrzeug kann ein Anhängefahrzeug sein.
In dem Fahrzeug 1 ist ein elektropneumatisches Bremssystem 6 vorgesehen, vorteilhafterweise als elektronisches Bremssystem (EBS), das eine zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 und für jedes Fahrzeugrad 2 eine druckmittelbetätigte - hier pneumatische - Radbremse 4, Raddrehzahlsensoren 5 zum Messen der Raddrehzahlen n der einzelnen Fahrzeugräder 2 und zur Ausgabe von Raddrehzahlsignalen an die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10, sowie im Allgemeinen eine Ventileinrichtung für die druckmittelbetätigten Radbremsen 4 aufweist. Gemäß der vereinfachten Darstellung in der 1 ist für jedes Fahrzeugrad 2 eine elektropneumatische Ventileinrichtung 9 vorgesehen, die von der zentralen Brems-Steuereinrichtung 10 über Brems-Steuersignale S2 angesteuert wird und insbesondere mit einem elektropneumatischen Relaisventil und ABS-Ventilen ausgebildet sein kann, die jeweils einen Bremsdruck pb an das jeweilige Fahrzeugrad 2 aussteuern. Weiterhin weist das elektropneumatische Bremssystem 6 hier nicht gezeigte pneumatische Komponenten auf, insbesondere einen Druckluftvorrat, und weitere pneumatische und ggf. elektropneumatische Ventile.
Die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 kann aus z.B. zusätzlich vorgesehenen Achslastsensoren oder auch aus dem Bremsverhalten über mehrere Bremsungen die Achslasten der Achsen ermitteln und den über die Brems-Steuersignale S2 einzustellenden Bremsdruck pb entsprechend anpassen.
Das Fahrzeug 1 weist als Antriebsvorrichtung 8 eine Antriebs-Steuereinrichtung 12 und die elektrischen Radnabenmotoren 3 auf. Weiterhin weist Fahrzeug 1 hier nicht weiter gezeigte Komponenten wie eine Batterie und entsprechende weitere Elemente auf. Die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 und die zentrale Antriebssteuereinrichtung 12 stehen miteinander wie in 1 gezeigt in Datenaustausch; sie können auch integriert ausgebildet sein.
Bei Eingabe eines Brems-Anforderungssignals S1 durch z.B. den Fahrer oder auch ein autonomes Fahrzeugsystem wie z.B. ein Stabilitätssystem wie FDR, ESP, ein Abstandshaltesystem wie ACC oder ein Unfallvermeidungssystem startet die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 einen Bremsvorgang durch Ausgabe von Brems-Steuersignalen S2, die bei einem EBS z.B. an elektropneumatische Relaisventile zur pneumatischen Aussteuerung des analogen Bremsdrucks pb an die Radbremsen 4 ausgegeben werden. Über die jeweiligen Raddrehzahlsensoren 5 werden die Raddrehzahlen n der einzelnen Fahrzeugräder 2 ermittelt, um in der zentralen Brems-Steuereinrichtung 10 eine ABS-Regelung durchzuführen.
Bei der ABS-Regelung wird aus den ermittelten Raddrehzahlen n direkt die jeweilige Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 und hieraus durch zeitliche Ableitung eine Rad-Umfangsbeschleunigung ermittelt, die bei negativem Wert eine Rad-Umfangsverzögerung darstellt. Die Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 wird vorteilhafterweise mit einer ABS-Referenzgeschwindigkeit vref verglichen, die in an sich bekannter Weise über einen längeren Zeitraum aus den Raddrehzahlen n ermittelt wird und als Bezugsgröße für die im Allgemeinen nicht genau bekannte Fahrzeuggeschwindigkeit v1 dient. Aus dem Unterschied kann dementsprechend ein Schlupf s jedes einzelnen Fahrzeugrads 2 ermittelt werden.
Durch die Radnabenmotoren 3 kann jedes Fahrzeugrad 2 unabhängig von den anderen Fahrzeugrädern 2 angetrieben werden. Hierzu gibt bei der gezeigten Ausführungsform die zentrale Antriebs-Steuereinrichtung 12 Antriebs-Steuersignale S3 an die jeweiligen Radnabenmotoren 3.
Während einer Bremsung tritt ein Radschlupf s der einzelnen Fahrzeugräder 2 auf, der insbesondere von dem Reibwert µ abhängt. Bei niedrigerem Reibwert µ können trotz Achslastermittlung längere Blockierzeiten Δt der einzelnen Fahrzeugräder 2 auftreten, da die in die einzelnen Radbremsen 4 eingestellte Bremskraft FB1 nicht auf die Straße übertragen werden kann. Bei Feststellen einer Blockierneigung eines Fahrzeugrads 2 regelt die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 ein Antiblockier-Regelverfahren, um die Blockierzeiten Δt klein zu halten.
2 zeigt einen zeitlichen Ablauf eines herkömmlichen Antiblockier-Regelverfahrens, das grundsätzlich auch in dem Bremssystem 6 eingestellt werden kann. Zu einem Zeitpunkt t0 wird über ein Brems-Steuersignal S2 in die jeweilige Radbremse 4 ein Bremsdruck pb eingegeben, so dass die Raddrehzahl n und somit auch die Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 abnimmt. Bei Betätigung der Radbremse 4 beginnt sofort ein grundsätzlich zugelassener Radschlupf s, d.h. eine in 2 gestrichelt dargestellte Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 fällt gegenüber einer als durchgezogene Linie eingezeichneten Fahrzeuggeschwindigkeit v1 ab. Entsprechend steigt zunächst eine von dem Fahrzeugrad 2 auf die Straße übertragene Bremskraft FB2, die in 2 als strichpunktierte Linie gezeigt ist, an und nähert sich somit einer theoretisch möglichen Bremskraft FBth. Nachfolgend steigt der Radschlupf s derartig, dass zum Zeitpunkt t1 das Maximum der übertragenen Bremskraft FB2 erreicht wird und nachfolgend bei zunehmenden Radschlupf die übertragene Bremskraft FB2 abnimmt, d.h. es liegt eine Blockierneigung bzw. bereits ein Blockieren des Fahrzeugrads 2 vor. Die zentrale Bremssteuereinrichtung 10 detektiert dieses Verhalten über die gemessenen Raddrehzahlen n und gibt bei dem herkömmlichen ABS den Bremsdruck ganz oder teilweise frei, d.h. über das Brems-Steuersignal S2 wird die eingestellte Bremskraft FB1 abgesenkt, indem die Radbremse 4 entlüftet wird.
Die Druckluft kann hierbei jedoch nur entsprechend der Druckverhältnisse und Strömungsquerschnitte entweichen, so dass zunächst weiterhin eine entsprechende Bremskraft FB1 auf das Fahrzeugrad 2 ausgeübt wird. Erst wenn die auf das Fahrzeugrad 2 ausgeübte Bremskraft FB1 nahezu komplett abgebaut ist, ist das Fahrzeugrad 2 hinreichend freigegeben, sodass es über Kontakt mit der Fahrbahn wieder - entsprechend des Reibwerts µ - mitgenommen und beschleunigt wird, so dass seine Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 ab dem Zeitpunkt t2 wieder ansteigt, und hier zum Zeitpunkt t4 wieder die Fahrzeuggeschwindigkeit v1 erreicht. Die auf die Straße 2 übertragene Bremskraft FB2 ist demgegenüber entsprechend zeitlich verzögert und fällt zum Zeitpunkt t2 noch ab, erreicht zum Zeitpunkt t3 ein Minimum bzw. den Wert Null und steigt nachfolgend wieder an, so dass anschließend wiederum zu einem Zeitpunkt t1 die maximal übertragene Bremskraft FB2 erreicht wird.
Da somit der Bremskraftabbau zeitlich verzögert erfolgt, läuft das Fahrzeugrad 2 erst wieder an, wenn die eingesteuerte Bremskraft FB1 nahezu komplett abgebaut ist, sodass dann wiederum ein erneuter Aufbau der Bremskraft erfolgen kann. Somit kann die theoretische Bremskraft FBth auch auf hohem Reibwert µ nicht über den gesamten Zeitraum aufgebracht werden.
3 zeigt ein erfindungsgemäß vorgesehenes Antiblockier-Regelverfahren mit Integration des Radantriebs, das alternativ zu dem in 2 gezeigten ABS-Regelverfahren ohne aktiven Radantrieb vorgesehen ist. Hierbei kann erfindungsgemäß grundsätzlich zwischen den beiden ABS-Regelverfahren der 2 und 3 gewechselt werden; vorteilhafterweise wird jedoch lediglich das in 3 gezeigte ABS-Regelverfahren mit aktivem Radantrieb eingesetzt. Hierbei wird während des Bremsvorgangs zeitweise der Radnabenmotor 3 über ein Antriebs-Steuersignal S3 zugeschaltet, insbesondere in Phasen mit Blockierneigung, um das Fahrzeugrad 2 wieder schnell auf eine höhere Raddrehzahl n bzw. Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 zu bringen.
Gemäß 3 beginnt wiederum zum Zeitpunkt t0 der Bremsvorgang, indem ein entsprechendes Brems-Steuersignal S2 ausgegeben und der Bremsdruck pb in der Radbremse 4 erhöht wird, so dass entsprechend auch die - hier nicht eingezeichnete - eingestellte Bremskraft FB1 ansteigt. Somit steigt auch die auf die Fahrbahn übertragene Bremskraft FB2 an, und die Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 bzw. die Drehzahl n fällt mit einsetzender Bremswirkung ab.
Hierbei wird eine Blockierneigung des Fahrzeugrads 2 z.B. durch ein erstes Kraftschluss-Kriterium K1 überprüft, das

- gemäß einer hier weiter beschriebenen Ausbildung das Erreichen einer ersten Kraftschlussgrenze ksg1 bzw. unteren Kraftschlussgrenze anzeigt und z.B. den ermittelten Radschlupf s mit einem ersten Schlupf-Grenzwert sg1 vergleicht; d.h. erstes Kraftschluss-Kriterium $K 1 : s \overset{?}{>} sg 1.$

Gemäß einer anderen Ausbildung kann das erste Kraftschluss-Kriterium K1 auch eine Blockierneigung des Fahrzeugrads 2 bewerten, z.B. als Vergleich der Radumfangs-Verzögerung, d.h. der zeitlichen Ableitung dv2/dt der Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2, mit einem Verzögerungs-Grenzwert a2-ref; d.h. erstes Kraftschluss-Kriterium $K 1 : | dv 2 / dt | \overset{?}{>} | a 2 - ref | .$
Gemäß 3 ist das erste Kraftschluss-Kriterium K1 zum Zeitpunkt t1 erfüllt, d.h. der Radschlupf s wird zu groß, so dass eine Blockierneigung einsetzt. Somit wird über ein Antriebs-Steuersignal S3 der Radnabenmotor 3 angesteuert und gemäß 3 durch ein Antriebs-Moment M2 angetrieben. Somit kann gemäß 3 - im Vergleich zu 2 - die Blockier-Zeit Δt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, d.h. Δt = t2-t1, klein gehalten oder sogar gänzlich verhindert werden, und insbesondere auch die Zeitspanne t3 - t1, in der keine Bremskraft FB2 übertragen werden kann, gering gehalten werden.
Somit wird das zum Blockieren neigende Fahrzeugrad 2 mit dem Antriebsmoment M2 beaufschlagt, damit es nicht blockiert, während der Bremsdruck pb und somit auch die durch Trägheit des Arbeitsmediums auf das Fahrzeugrad 2 ausgeübte Bremskraft FB1 noch abgebaut wird. Die noch am Fahrzeugrad anstehende Bremskraft FB1 wird somit durch das Antriebsmoment M2 kompensiert, so dass das Fahrzeugrad f2 schneller beschleunigt und zum Zeitpunkt t4 wiederum früher die Fahrzeuggeschwindigkeit v1 erreicht, d.h. v2=v1.
3 stellt hier beispielhaft wiederum eine idealisierte Kurve dar, da bei dem Regelverfahren grundsätzlich auch die Fahrzeuggeschwindigkeit v1 z.B. gerade nicht erreicht werden kann.
Somit erfolgt in 3 eine periodische Zuschaltung des Antriebsmoments M2 während des Antiblockier-Regelverfahrens. Ist der Bremsdruck pb und somit die eingesteuerte Bremskraft FB1 ausreichend reduziert, wird das Antriebsmoment M2 abgeschaltet und der Bremsdruck pb basierend auf der Reaktion des Fahrzeugrads 2 wieder erhöht.
Somit werden kürzere Regelphasen erzeugt und insbesondere die ausgeübte Bremskraft FB2, die vom Fahrzeugrad 2 auf die Straße aufgebracht wird, zum einen insgesamt erhöht und zum anderen auch zeitlich relativ konstant gehalten, wie 3 entnommen werden kann.
In einer gegenüber 3 abgewandelten Ausführungsform kann der Bremsdruck pb und somit die eingesteuerte Bremskraft FB1 auch während des ABS-Regelverfahrens aufrecht erhalten bleiben, so dass lediglich der elektrische Antrieb, d.h. hier der über das Antriebssteuersignal S3 angesteuerte Radnabenmotor 3, die Antiblockier-Regelung übernimmt. Hierdurch kann weiter Zeit eingespart werden, da der elektrische Antrieb deutlich schneller bzw. agiler auf die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugrads reagieren kann als das Druckmittel bzw. Arbeitsmedium.
Somit kann erfindungsgemäß insbesondere auch zwischen diesen drei Antiblockier-Regelverfahren, d.h.

- dem Antiblockier-Regelverfahren ohne zusätzlichen elektrischen Antrieb gemäß 2,
- dem Antiblockier-Regelverfahren mit elektrischem Antrieb und Regelung der eingesteuerten Bremskraft FB1 gemäß 3, und/oder
- dem gegenüber 3 abgewandelten Antiblockier-Regelverfahren mit Regelung des Antriebsmomentes M2 und ohne Regelung der Bremskraft,

K3

Der Bremsvorgang kann als Fahrer-Bremsvorgang durch Eingabe eines Fahrer-Bremssignals S1 eingeleitet werden und/oder durch ein autonomes Bremssystem, z.B. durch Stabilitätsregelung, durch Abbremsen einzelner Fahrzeugräder 2 bei erkannter Instabilität als elektronisches Stabiliätsprogramm, weiterhin auch entsprechend beim autonomen Bremssystem z.B. bei einer Abstandregelung oder einem Unfallvermeidungs-Verfahren.
An dem Fahrzeug 1 können auch z.B. lediglich an einer der Achsen Radnabenmotoren 3 oder ein anderer Antrieb vorgesehen sein, so dass nur diese Achse nach 3 mit integriertem Radantrieb geregelt wird und die andere Achse nicht angetrieben ist und somit dem herkömmlichen ABS-Regelverfahren gemäß 2 geregelt wird.
Gemäß 1 kann die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 von der zentralen Antriebs-Steuereinrichtung 12 getrennt ausgebildet sein, mit einer Datenverbindung, z. B. über einen CAN-Bus. Alternativ hierzu können diese beiden Brems-Steuereinrichtungen 10, 12 auch kombiniert ausgebildet sein.
Entsprechend kann auch eine Antriebsschlupfregelung von den beiden in Datenverbindung stehenden Brems-Steuereinrichtung oder einer kombinierten Brems-Steuereinrichtung 10, 12 ausgeübt werden.
Anstelle der pneumatischen Radbremsen 4 kann auch ein hydraulisches Bremssystem mit hydraulischen Radbremsen 4 vorgesehen sein. Weiterhin können als Fahrzeug-Bremsen auch ein Retarder vorgesehen sein, d. h. dass die verschleißfreie Ausübung einer Bremswirkung über einen Antriebsstrang erfolgt, z. B. eines Verbrennungsmotors.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Bezug zu dem Flussdiagramm der 4 wie folgt erläutert:

Nach dem Start im Schritt St0 liegt in Schritt St1 ein Brems-Anforderungssignal S1 vor, z. B. aufgrund einer Fahrer-Bremsung oder auch aufgrund eines autonomen Systems, z. B. eines Stabilitätsprogramms wie ESC oder FDR zur selektiven Bremsung einzelner Fahrzeugräder 2, eines Abstandhaltesystems (ACC) oder eines Unfallvermeidungs-Systems oder eines Systems zur Verringerung einer Unfallschwere.

In Schritt St2 wird somit nachfolgend von der zentralen Brems-Steuereinrichtung 10 das Brems-Steuersignal S2 ausgegeben, d. h. hier als elektrisches Steuersignal, das über die Ventileinrichtung 9 als analoger pneumatischer Bremsdruck pb an die Radbremse 4 des betreffenden Fahrzeugrads 2 ausgesteuert wird, wobei der pneumatische Bremsdruck pb der gewünschten einzustellenden Bremskraft FB1 entspricht, um das Fahrzeugrad 2 entsprechend abzubremsen.
Während des Schrittes St2, und auch nachfolgend fortlaufend, wird hierbei gemäß Schritt St3 die Raddrehzahl n des Fahrzeugrads 2 fortlaufend über den Drehzahlsensor 5 ermittelt und ein Raddrehzahlsignal an die zentrale Steuereinrichtung 10 ausgegeben.
In Schritt St4 ermittelt die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 eine ABS-Referenzgeschwindigkeit (vref) aus insbesondere einem zeitlichen Verhalten sämtlicher Raddrehzahlen n sämtlicher Fahrzeugräder 2. Hierbei können ergänzend auch Daten über eine Fahrgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung, oder im Fall eines Trailers bzw. Anhängerfahrzeugs als Fahrzeug 1 auch Signale über eine Fahrgeschwindigkeit des Zugfahrzeugs eingehen. Grundsätzlich können ABS-Regelsysteme jedoch auch autonom alleine aus den Raddrehzahlen n durch langfristige zeitliche Mittelwertbildungen und Integration eine ABS-Referenzgeschwindigkeit vref bilden, die somit die Fahrzeuggeschwindigkeit v1 wiedergibt. Weiterhin ermittelt die zentrale Brems-Steuereinrichtung 10 den Radschlupf s der Fahrzeugräder 2.
Gemäß dem Entscheidungsschritt St5 wird anhand des ersten Kraftschluss-Kriteriums K1 geprüft, ob eine Kraftschlussgrenze erreicht ist bzw. eine Blockierneigung des gebremsten Fahrzeugrads 2 vorliegt. Das Kriterium K1 kann insbesondere gemäß einer Ausbildung einem Vergleich des ermittelten Radschlupfs s mit einem oberen Schlupf-Grenzwert sg1 entsprechen, d.h. $K 1 : s \overset{?}{>} sg 1.$
Das Kriterium K1 kann gemäß einer anderen Ausbildung durch einen Vergleich der Radumfangs-Verzögerung, d.h. der zeitlichen Ableitung dv2/dt der Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2, mit einem Verzögerungs-Grenzwert a2-ref ermittelt werden, d.h. bezogen auf die Betrags-Werte (ohne Vorzeichen) durch den Vergleich: $K 1 : | dv 2 / dt | \overset{?}{>} | a 2 - ref | .$
Beispielsweise kann a2-ref = -15m/s² betragen. Der Verzögerungs-Grenzwert a2-ref ist typischerweise negativ.
Das erste Kraftschluss-Kriterium K1 legt den Start des Antiblockier-Regelverfahrens fest.
Ist K1 nicht erfüllt, wird gemäß der Verzweigung n1 das Verfahren zurückgesetzt, insbesondere vor den Schritt St3. Falls jedoch bereits eine hinreichende Blockierneigung bzw. das Erreichen der Kraftschlussgrenze vorliegt, wird gemäß der Verzweigung y1 nachfolgend ab Schritt St6 das Antiblockier-Regelverfahren als aktiver Eingriff gestartet.
Gemäß den oben genannten Ausführungsformen kann ab Schritt St6 die eingesteuerte Bremskraft FB1 ganz oder teilweise konstant gehalten werden und die Blockierneigung alleine durch Regelung des eingesteuerten Antriebsmomentes M2 erfolgen.
Gemäß der hierzu alternativen Ausführungsform werden beide Momente, d. h. das Antriebsmoment M2 und das Bremsmoment bzw. die eingestellte Bremskraft FB1, geregelt, indem gemäß Schritt St6 bei Erkennen der Blockierneigung zum einen die eingesteuerte Bremskraft FB1 verringert wird, indem zunächst der auf die Radbremse 4 gegebene Bremsdruck pb verringert wird, z. B. durch Entlüften der Radbremse 4.
Weiterhin wird das Antriebsmoment M2 eingesteuert bzw. ein bis dahin anliegendes Antriebsmoment M2 erhöht, um in dieser Situation das Fahrzeugrad 2 zu beschleunigen, damit es wieder Kraftschluss mit der Straße erhält. Hierbei wird fortlaufend wie oben beschrieben die Raddrehzahl n ermittelt. Hierbei kann das Rad-Antriebsmoment M2 in Abhängigkeit des Radschlupfs s geändert werden, insbesondere unter Erhöhung des Rad-Antriebsmomentes M2 bei erhöhtem Radschlupf s und umgekehrt.
Gemäß Schritt St7 wird dann bei Ermitteln, dass die untere Kraftschlussgrenze erreicht ist bzw. die Blockierneigung wieder gering ist, da das Fahrzeugrad 2 wieder auf ein hinreichenden Wert nah an der Fahrzeuggeschwindigkeit beschleunigt wurde, ein zweites Kraftschluss-Kriterium K2 erfüllt, das z.B. das Erreichen einer oberen Kraftschlussgrenze ksg2 anzeigt, die gleich oder verschieden von der unteren (ersten) Kraftschlussgrenze ksg1 ist, und somit gemäß Verzweigung y2 das Verfahren zurück gesetzt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
2: Fahrzeugrad
3: Radnabenmotor
4: Radbremse, insbesondere pneumatische Bremse
6: elektropneumatisches Bremssystem, insbesondere EBS
7: Antiblockier-Regelsystem
8: elektrisches Antriebssystem
9: elektropneumatische Ventileinrichtung
10: zentrale Brems-Steuereinrichtung
12: zentrale Antriebs-Steuereinrichtung
a2-ref: Verzögerungs-Grenzwert
FB1: auf das Fahrzeugrad 2 eingesteuerte Bremskraft
FB2: auf den Untergrund ausgeübte Bremskraft
FBth: theoretisch mögliche Bremskraft
K1: erstes Kraftschluss-Kriterium, Erreichen einer ersten Kraftschlussgrenze
K2: zweites Kraftschluss-Kriterium, Erreichen einer zweiten Kraftschlussgrenze, gleich oder ungleich der ersten Kraftschlussgrenze
K3: Umschalt-Kriterium
ksg1: untere (erste) Kraftschlussgrenze
ksg2: obere (zweite) Kraftschlussgrenze
M2: Rad-Antriebsmoment
n: Raddrehzahl
pb: Bremsdruck
s: Radschlupf
S1: Brems-Anforderungssignal
S2: Brems-Steuersignal
S3: Antriebs-Steuersignal
sg1: Schlupf-Grenzwert
t1: Zeitpunkt, bei dem das Maximum der übertragenen Bremskraft FB2 erreicht wird
t2: Zeitpunkt, bei dem die Rad-Umfangsgeschwindigkeit v2 wieder ansteigt
t3: Zeitpunkt, bei dem die auf die Straße 2 übertragene Bremskraft FB2 ein Minimum bzw. den Wert Null erreicht
t4: Zeitpunkt, bei dem wieder die Fahrzeuggeschwindigkeit v1 erreicht wird.
Δt: Blockierzeit, Zeitspanne zwischen t1 und t2
v1: Fahrzeuggeschwindigkeit
v2: Rad-Umfangsgeschwindigkeit
dv2/dt: Radumfangs-Verzögerung
vref: Referenzgeschwindigkeit des ABS, Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit v1

Claims

Antiblockier-Regelverfahren für ein Bremssystem (6) eines Fahrzeugs (1), insbesondere elektro-pneumatisches Bremssystem (6) eines Nutzfahrzeugs (1) oder hydraulisches Bremssystem, mit mindestens folgenden Schritten: - bei Vorliegen eines Brems-Anforderungssignals (S1) - Ausgabe eines Brems-Steuersignals (S2) und - Aufbau eines Bremsdrucks (pb) mittels eines Bremsmittels an einer Radbremse (4) eines Fahrzeugrads (2) (St1, t0), - Messung einer Raddrehzahl (n) des zu bremsenden Fahrzeugrads (2) (St3) und - Ermittlung eines Radschlupfs (s) und/oder der Rad-Umfangsgeschwindigkeit (v2) des Fahrzeugrads (2) (St4), - bei Erfüllen eines ersten Kraftschluss-Kriteriums (K1) - Ansteuerung einer Rad-Antriebseinrichtung (3) und - Ausübung eines Rad-Antriebsmomentes (M2) auf das Fahrzeugrad (2) zur Erhöhung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit (v2) und zur Verringerung des Radschlupfs (s) bis zum Erfüllen eines zweiten Kraftschluss-Kriteriums (K2).
Antiblockier-Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfüllen des zweiten Kraftschluss-Kriteriums (K2), insbesondere verringerter oder weggefallener Blockierneigung, das Rad-Antriebsmoment (M2) verringert, vorzugsweise abgeschaltet wird.
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rad-Antriebseinrichtung (3), z.B. ein elektrischer Radnabenmotor (3), angesteuert wird zur Ausübung eines Rad-Antriebsmomentes (M2) auf das Fahrzeugrad (2).
Antiblockier-Regelverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rad-Antriebseinrichtung (3) in einem Rekuperationsbetrieb zum zumindest teilweisen Rückgewinnen von kinetischer Energie betreibbar ist.
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad-Antriebsmoment (M2) in Abhängigkeit des Radschlupfs (s) geändert wird, insbesondere unter Erhöhung des Rad-Antriebsmomentes (M2) bei erhöhtem Radschlupf (s) und Verringerung des Rad-Antriebsmomentes (M2) bei verringertem Radschlupf (s)
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die in die Radbremse (4) eingesteuerte Bremskraft (FB1), z.B. der in die Radbremse (4) eingegebene Bremsdruck (pb), in Abhängigkeit des Radschlupfs (s) geregelt wird.
Antiblockier-Regelverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfüllen des ersten Kraftschluss-Kriteriums (K1), z.B. Erreichen einer unteren Kraftschlussgrenze (Ksg1), der Bremsdruck (pb) freigegeben wird, z. B. durch Entlüften der pneumatischen Radbremse (3) über eine Ventileinrichtung (9), und bei Erfüllen des zweiten Kraftschluss-Kriteriums (K2), z.B. Erreichen einer oberen Kraftschlussgrenze (Ksg2), der Bremsdruck (pb) wieder erhöht wird, z.B. durch Öffnen der Ventileinrichtung (9).
Antiblockier-Regelverfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Antriebsmomentes (M2) und die Änderung der eingestellten Bremskraft (FB1), insbesondere des eingesteuerten Bremsdrucks (pb), kombiniert oder synchronisiert erfolgen.
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur das eingesteuerte Antriebsmoment (M2) geregelt wird und die eingestellte Bremskraft (FB1) konstant gehalten wird.
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem ersten Kraftschluss-Kriterium (K1) der ermittelte Radschlupf (s) mit einem ersten Schlupf-Grenzwert (sg1) verglichen wird und das erste Kraftschluss-Kriterium (K1) erfüllt ist, wenn der ermittelte Radschlupf (s) den ersten Schlupf-Grenzwert (sg1) übersteigt, - und/oder eine Blockierneigung des Fahrzeugrads (2) bewertet wird und das erste Kraftschluss-Kriterium (K1) erfüllt ist, wenn die Blockierneigung des Fahrzeugrads (2) höher ist als ein vordefinierter Grenzwert der Blockierneigung des Fahrzeugrads (2), insbesondere indem in dem ersten Kraftschluss-Kriterium (K1) eine durch zeitliche Ableitung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit (v2) gebildete Rad-Umfangsverzögerung (dv2/dt) mit einem Verzögerungs-Grenzwert (a2-ref) verglichen wird und das erste Kraftschluss-Kriterium erfüllt ist, wenn die Rad-Umfangsverzögerung (dv2/dt) den Verzögerungs-Grenzwert (a2-ref) übersteigt.
Antiblockier-Regelverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines Umschaltkriteriums (K3) zwischen der Antiblockier-Regelung unter Ansteuerung der Rad-Antriebseinrichtung (3) und Ausübung eines Rad-Antriebsmomentes (M2) und einer Antiblockier-Regelung ohne Radantrieb umgeschaltet wird.
Antiblockier-Regelsystem (7) zur Antiblockier-Regelung eines Fahrzeugrads (2), wobei das Antiblockier-Regelsystem (7) Folgendes aufweist: - eine zentrale Brems-Steuereinrichtung (10), - eine Radbremse (4) zur Ausübung einer eingesteuerten Bremskraft (FB1) auf das Fahrzeugrad (2) in Abhängigkeit eines von der zentralen Steuereinrichtung (10) ausgegebenen Brems-Steuersignals (S2), - einen Drehzahlsensor (5) zur Messung einer Drehzahl (n) des Fahrzeugrads (2) und Ausgabe eines Drehzahl-Signals (n) an die Brems-Steuereinrichtung (10), - eine Rad-Antriebseinrichtung (3) zur Aufnahme eines Antriebs-Steuersignals (s3) und Ausübung eines Rad-Antriebsmoments (M2) auf das Fahrzeugrad (2), wobei die zentrale Brems-Steuereinrichtung (10) aus zumindest den ermittelten Rad-Drehzahlsignalen (n) und einer aus einem zeitlichen Verhalten gebildeten ABS-Referenzgeschwindigkeit (vref) einen Radschlupf (s) ermittelt und bewertet, und bei Erfüllen eines ersten Kraftschluss-Kriteriums (K1) oder einer Blockierneigung des Fahrzeugrads (2) die Rad-Antriebseinrichtung (3) ansteuert zur Ausübung eines Rad-Antriebsmomentes (M2), zur Reduzierung des Radschlupfs (s).
Antiblockier-Regelsystem (7) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zentrale Antriebs-Steuereinrichtung (12) zur Ansteuerung der Rad-Antriebseinrichtungen (3) mehrerer Fahrzeugräder (2) mit Antriebs-Steuersignalen (s3) aufweist, wobei die zentrale Antriebs-Steuereinrichtung (12) mit der zentralen Brems-Steuereinrichtung (10) in Datenverbindung oder integriert ist.
Antiblockier-Regelsystem (7) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rad-Antriebseinrichtung (3) elektrisch, insbesondere als Radnabenmotor (3), vorzugsweise mit Rekuperation, ausgebildet ist.
Antiblockier-Regelsystem (7) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein pneumatisches Bremssystem, insbesondere ein EBS mit elektropneumatischen Ventileinrichtungen (9), vorgesehen ist zur Einsteuerung eines pneumatischen Bremsdrucks (pb) in die Radbremsen (4) in Abhängigkeit des Brems-Steuersignals (S2) von der Brems-Steuereinrichtung (10).