DE19939826C2 - Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motorräder - Google Patents

Abstract

Eine elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motorräder mit zwei elektronischen Drehzahlaufnehmern sowie einem Steuergerät, das die digitalen Drehzahlsignale von Vorder- und Hinterrad vergleicht, bei Normalfahrt eine einheitliche Meßgröße für Vorder- und Hinterrad gebildet wird und bei einem Drehzahlanstieg der Hinterraddrehzahl im Vergleich zur Vorderraddrehzahl im Bereich zwischen 4 und 12% im Steuergerät ein schlupfproportionaler Steuerstrom gebildet wird, der in einem einzigen Strom-Druckmodulator in einen steuerstromproportionalen Hydraulikdruck gewandelt wird und dieser im Druckwandler der Vorderradbremse eine Entlastung und im Druckwandler der Hinterradbremse eine Belastung des Bremsdruckes bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebs­ schlupfregelung für Motorräder.

Entwicklung und Versuche haben gezeigt, daß drehzahlsensierte Antiblockier­ systeme den beschleunigungssensierten Systemen dann überlegen sind, wenn bei einer Vollbremsung jeweils der tatsächliche Schlupf vom Rad zur Fahrbahn ge­ messen und als Regelgröße herangezogen wird.

Eine derartige Einrichtung ist gemäß DE 195 01 487 A1 bekanntgeworden die im wesentlichen aus 2 elektromagnetisch angetriebenen Druckmodulatoren mit eingebauten Ventilelementen besteht.

Der Anwendungsbereich dieser Geräte ist jedoch auf leistungsstarke Motorrä­ der beschränkt. So kann z. B., eine derartige Antiblockierregelung, wegen der hohen Stromaufnahme von ca. 50 Amp., nur drei bis viermal in Folge in An­ spruch genommen werden ohne daß die elektrische Versorgung des Fahrzeuges zusammenbricht. Dieser Nachteil schließt aber den Einsatz solcher Einrich­ tungen, z. B., in geländegängigen Fahrzeugen, für Fahrten auf losem oder glattem Untergrund und für längerdauernde, bremsdruckgeregelte Talfahrten aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrohydraulische Antiblockier - und Antriebsschlupfregelung zu schaffen, die vorgenannte Nachteile nicht auf­ weist und sowohl für geländegängige Motorräder aller Leistungsgrößen, als auch für Leichtmotorräder, hier insbesondere für Fahrschulfahrzeuge mit ge­ ringer elektrischer Kapazität, geeignet ist und durch Einfachheit und Zuver­ läßlichkeit bei geringem Kostenaufwand überragt.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als vorteilhaft gesehen, daß:

• a) bei schlupffreier Fahrt die Meßwerte von Vorder- und Hinterrad in einem Steuergerät, über den vollen Fahr- bzw. Drehzahlbereich eine einheitliche Größe aufweisen und jeweils nur bei einem Drehzahlanstieg des Hinterrades im Vergleich zum Vorderrad des Fahrzeuges, innerhalb des P-Bereiches von ca. 4 bis 12%, ein schlupfproportionaler Steuerstrom gebildet wird,
• b) der Steuerstrom der Kraftstromspule einem Strom-Druckmodulator mittels einer Leitung zugeführt und damit in der erregten Kraftstromspule eine Magnetkraft erzeugt wird, die den Anker und damit über eine Ventil­ stange, den Ventilkegel gegen eine Ventilöffnung im Strom-Druckmodulator drückt zum Aufbau eines steuerstromproportionalen Hydraulikdruckes in der Druckleitung zu den Druckwandlern der Vorder- und Hinterradbremse
• c) eine vom Hinterrad mechanisch angetriebene Hydraulikpumpe die Hilfs­ energie in Form von Drucköl liefert und das Hydrauliköl bei Normalfahrt aus einer Rücklaufleitung, durch eine geöffnete Ventilbohrung im Strom- Druckmodulator, mit geringem Druckaufbau im ständigen Kreislauf fördert,
• d) der steuer- und damit schlupfproportionale Druck in der Hydrauliklei­ tung über zwei Abzweigleitungen in den Zylindern der beiden Druckwandler zur Beaufschlagung der Stellkolben herangezogen wird,
• e) im Druckwandler der Vorderradbremse ein Pufferkolben eingebaut ist, der durch eine Druckfeder, über eine Kolbenstange, mit dem Stellkolben im stän­ digen Kraftschluß steht und der Pufferkolben bei einer Vollbremsung den Ma­ ximalbremsdruck im Pufferzylinder selbsttätig durch Volumenvergrößerung des Pufferzylinders begrenzt,
• f) im Federzylinder des Druckwandlers der Vorderradbremse ein Füllventil (vorzugsweise als Kugelrückschlagventil) eingebaut ist, das eine zusätz­ liche Füllung des Federzylinders mit einem Gasdruck ermöglicht,
• g) der steuerstrom- und schlupfproportionale Hydraulikdruck mit steigender Kennlinie zunächst den Stellkolben im Zylinder des Druckwandlers der Vorder­ radbremse wirksam beaufschlagt und in Folge - bei erreichen des Punktes X (bei ca. 9% Schlupf), eine Hubbewegung des Stellkolbens, im Druckwandler der Hinterradbremse, zur Bremsung des Hinterrades einleitet.

Weitere Erfindungsmerkmale gehen aus nachstehender Beschreibung der Wirkungs­ weise hervor.

Wirkungsweise

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motorräder schematisch abgebildet, sie be­ steht im wesentlichen aus den Drehzahlaufnehmern 2, 20, den Druckwand­ lern 6, 22, dem Steuergerät 18, dem Strom-Druckmodulator 40 und der Hy­ draulikpumpe 47 sowie den verbindenden elektrischen und hydraulischen Leitungen.

Fig. 2 zeigt die Strom-/Druckkennlinie des Strom-Druckmodulators 40 auf­ getragen über den Drehzahlschlupf.

Zur Drehzahlmessung sind die Bremsscheibe 1 des Vorderrades und die Brems­ scheibe 19 des Hinterrades jeweils mit einem Zahnprofil versehen, bei deren Drehung digitale Signale gebildet und von den Drehzahlaufnehmern 2, 20 auf­ genommen werden.

Vorzugsweise werden die digitalen Drehzahlsignale die, über die Leitungen 3, 21 dem elektronischen Steuergerät 18 zugeleitet werden, im Steuergerät 18 verglichen, dergestalt, daß bei schlupffreier Fahrt über den vollen Fahr- bzw. Drehzahlbereich, die Meßwerte von Vorder- und Hinterrad eine einheit­ liche Größe aufweisen.

Bei normalen Fahrbedingungen des Motorrades stehen die Stellkolben 8, 24 in den Druckwandlern 6, 22 in der in Fig. 1 dargestellten Position. Die je­ weiligen Kolbenstangen 9, 25 stützen sich axial in den Zylindern 10 und 17 gegen den mit der Druckfeder 13 belasteten Pufferkolben 11 bzw. den mit der Druckfeder 30 belasteten Bremszylinderkolben 28 ab.

Während der Handbremszylinder 4 sowohl mit dem Bremssattel 15 des Vorderra­ des als auch parallel mit dem Pufferzylinder 10 im Druckwandler 6 mittels einer Bremsdruckleitung 16 verbunden ist, hat der Hinterradbremszylinder 29 im Druckwandler 22 nur eine verbindende Bremsdruckleitung 39 zum Bremssat­ tel 38 des Hinterrades.

Zur Bereitstellung der Hilfsenergie ist eine Hydraulikpumpe 47 vorgesehen die vorzugsweise mechanisch vom Hinterrad des Fahrzeuges angetrieben wird und Hydrauliköl, im Kreislauf, über die Rücklaufleitung 48 und der Hydrau­ lik-Druckleitung 49 durch die geöffnete Ventilbohrung 45 des Strom-Druck­ wandlers 40 fördert.

Der sich dabei einstellende kleine Förderdruck in der Druckleitung 49 hält die jeweils verbundenen Zylinder 17, 23 in den Druckwandlern 6, 22 ölgefüllt. Auf eine Darstellung der jeweiligen Ausgleichs- und/oder Füllbehälter in den Leitungen 16, 39, 48 wurde verzichtet.

Damit in der Bremsdruckleitung 16 und zugleich im Pufferzylinder 10 der ma­ ximal erforderliche Bremsdruck aufgebaut werden kann, hat die Druckfeder 13 eine entsprechende Vorspannkraft, die den Pufferkolben 11 in der gezeichne­ ten Stellung hält. Zusätzlich kann diese Rückstellkraft variiert werden, wenn über ein Füllventil 14 im Druckwandler 6 der Federzylinder 12 mit ei­ nem Gasdruck mehr oder weniger zusätzlich gefüllt wird. Es versteht sich, daß alle druckbeaufschlagten Stellkolben mit entsprechenden Dichtungsele­ menten versehen sind.

Damit sind Vorderrad- und Hinterradbremse unabhängig von der Zu- oder Ab­ schaltung der erfindungsgemäßen Elektrohydraulischen Antiblockier- und An­ triebsschlupfregelung zu jedem Zeitpunkt voll funktionsfähig.

Wird nun während des Fahrbetriebes eine Vollbremsung durch Betätigung des Handbremshebels eingeleitet und damit der Handbremskolben 5 im Handbrems­ zylinder 4 in Pfeilrichtung betätigt, kann der volle Bremsdruck in der Bremsdruckleitung 16 und damit im Vorderrad-Bremssattel 15 aufgebaut wer­ den. Dieser Bremsdruck beaufschlagt gleichzeitig die Stirnfläche des Puf­ ferkolbens 11 im Pufferzylinder 10. Ein über den erforderlichen Maximal­ druck hinausgehender Bremsdruckanstieg, entsprechend einer maximal zuläs­ sigen Zugkraft von 200 N am Handbremshebel, wird durch Hubbewegungen des federbelasteten Pufferkolben 11 im Pufferzylinder 10 weggespeichert.

Wird nun bei einer Vollbremsung - unabhängig vom Reibwertzustand von Rei­ fen und Fahrbahn - ein Vorderradbremsschlupf von ca. 4% erreicht, beginnt das Steuergerät 18 mit der Aussteuerung eines drehzahlschlupfproportiona­ len Stromes A gem. Fig. 2, der sein Maximum, nach Durchlaufen des Proportio­ nalbereiches (P-Bereich), bei einem Vorderradbremsschlupf von ca. 12% er­ reicht. Dieser Steuerstrom A wird als Kraftstrom über die Leitung 46 dem Strom-Druckmodulator 40 zugeführt, der durch Beaufschlagung der Kraftstrom­ spule 41 den Anker 42 und damit über die Ventilstange 43 den Ventilkegel 44 gegen die Ventilöffnung 45 im Strom-Druckmodulator 40 drückt.

Mit steigendem Steuerstrom A wird so die steuerstromproportionale Magnet­ kraft mit der wirksamen Ventilfläche des Ventilkegels 44 in Kraftvergleich gebracht so daß sich in der Hydraulik-Druckleitung 49 jeweils auch ein steu­ erstromproportionaler Druck F einstellt.

Dieser steuerstromproportionale Druck dient mittels Leitungsverbindungen 49.1, 49.2, zugleich der Druckbeaufschlagung der Stellkolben 8, 24 in den Zylindern 17, 23 der Druckwandler 6, 22. Steigt der Hydraulikdruck im Zy­ linder 17 an, wird der Stellkolben 8 nach unten hubbewegt und damit auch der Pufferkolben 11. Das sich hierbei vergrößernde Volumen im Pufferzylin­ der 10 bewirkt eine Druckabsenkung in der Bremsdruckleitung 16 und damit zu­ gleich eine Bremskraftreduzierung im Bremssattel 15 des Vorderrades. Sinkender Hydraulikdruck im Zylinder 17 bewirkt analog eine umgekehrte Wir­ kung.

Damit schließt sich der Regelkreis in dem die erfindungsgemäße Antiblockier­ regelung den jeweiligen Bremsdruck im Bremssattel 15 selbsttätig, innerhalb des P-Bereiches, bremsschlupfproportional regelt.

Eingebunden in den Regelkreis ist auch die Hinterradbremse des Motorrades. Steigt der steuerstromproportionale Hydraulikdruck über den Punkt X der Strom-Druckkennlinie in Fig. 2 an, wird auch der Stellkolben 24 im Zylin­ der 23 des Druckwandlers 22, mit Kolbenstange 25 belastet die wiederum ihre Druckkraft auf den Fußbremskolben 28 überträgt der im Fußbremszylinder 29 seinerseits mit einer Druckfeder 30 gegenbelastet wird und deren Vorspann­ kraft durch den Zuschaltpunkt X festgelegt ist.

Überwiegt also der Hydraulikdruck auf den Stellkolben 24 im Zylinder 25 die Vorspannkraft der Druckfeder 30 im Fußbremszylinder 29, wird durch Hubbewe­ gung des Fußbremskolbens 28 das Volumen im Fußbremszylinder 29 verkleinert und ein Bremsdruck in der Bremsdruckleitung 39 und damit im Hinterrad-Brems­ sattel aufgebaut.

Diese teilweise Zuschaltung der Hinterradbremse unterliegt einem sogenann­ ten Selbstregeleffekt, sie schaltet sich selbsttätig wieder aus, wenn die elektronisch verglichene Drehzahl zwischen Vorder- und Hinterrad, ein zu starkes Absinken der Hinterraddrehzahl signalisiert.

Analog wirkt erfindungsgemäß die Antriebsschlupfregelung, die beim Durch­ drehen des Hinterrades bzw. bei einem Beschleunigungsschlupf das Hinter­ rad ab dem Punkt X - bei ca. 9% - sich selbsttätig zuschaltet, indem der steuerstromproportionale Hydraulikdruck eine geregelte Bremsung des Hin­ terrades solange einleitet, bis der Beschleunigungsschlupf des Hinterra­ des zur Fahrbahn wieder unterhalb ca. 9% absinkt.

Unabhängig aller Fahr- und Regelvorgänge hat der Fahrer die Möglichkeit die Hinterradbremse manuell zuzuschalten, indem er das Fußbremspedal 33 in Pfeilrichtung betätigt. Dabei wird über den Winkelhebel 34 der Bügel 32 nach unten gedrückt und damit zugleich die mit dem Bügel 32 festverbun­ dene Kolbenstange 31 mit Bremszylinderkolben 28, gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 30, gezogen, mit der Wirkung, daß im Bremszylinder 29 und damit in der Bremsdruckleitung 39 und im Bremssattel 38 ein entsprechender Bremsdruck aufgebaut wird zur Bremsung des Hinterrades.

Dieses Verfahren ist allerdings nur dann erforderlich, wenn bei großer Ge­ fahr und zu kurzer Bremswegstrecke das Motorrad "hingelegt" werden soll. Dies kann aber nur dann erfolgreich eingeleitet werden, wenn das Hinter­ rad, in Schräglage des Fahrzeuges, blockiert werden kann.

Für alle übrigen, in der Praxis erforderlichen, Bremsvorgänge wird, auf­ grund der ABS-geregelten Kombibremsung auf Vorder- und Hinterrad, allein durch Betätigung des Handbremshebels die maximale Bremsverzögerung des Fahrzeuges erreicht.

Zur Sicherung, daß bei Betätigung des Fußbremspedales 33 der Antiblockier­ schutz vorübergehend ausgeschaltet werden kann, ist eine Warnleuchte 37 an der Instrumententafel installiert, die über Kontakte 35, 36 einen unüber­ sehbaren Alarm signalisiert.

Bemerkenswert ist die Einfachheit der Einzelteile und der gesamten Einrich­ tung. So konnte auf den Einbau jeglicher, selbststeuernder Bauteile wie:
Überströmventile, Rückschlagventile, Druckhalteventile und dergl. sowohl in den Bremsdruckleitungen als auch im Hydraulikkreislauf verzichtet wer­ den.

Eine Systemerprobung des Erfindungsgegenstandes mit einem Leichtmotorrad wurde an der Fachhochschule der Bundeswehruniversität in München bereits unter wissenschaftlichen Bedingungen erfolgreich durchgeführt.

Prinzipiell ist es bei dieser Art der Regelung nicht notwendig, den zuläs­ sigen Schlupf in Abhängigkeit von der Griffigkeit der Fahrbahn zu regeln, um gute Bremsergebnisse zu erreichen. Aus diesem Grunde wurden die Versuche auch mit einem fest eingestellten zulässigen Schlupf gemacht. Eine Berück­ sichtigung der Griffigkeit der Fahrbahn ist jedoch dadurch möglich, daß ent­ weder die Verzögerung, oder der Steuerstrom A, oder der Hydraulikdruck in dem Moment gemessen wird, in dem das mit einem Sollwert voreingestellte Sys­ tem zum erstem Mal regelt. Die zu diesem Zeitpunkt gemessene Verzögerung/­ Steuerstrom/ Hydraulikdruck ist ein Maß für den Reibwert zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. Mit diesem Wert wird nun der zulässige Schlupf nach einer vor­ gegebenen Tabelle gemäß dem Stand der Technik nachgeregelt.

Unmittelbar nach der Bremsung kann der Sollwert wieder auf den ursprüngli­ chen Wert automatisch zurückgesetzt werden.

Claims (9)

1. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder mit einem Drehzahlmeßsystem bestehend aus zwei verzahnten Brems­ scheiben 1, 19 mit Drehzahlaufnehmern 2, 20 deren Meßsignale über Steuer­ leitungen 3, 21 einem Steuergerät 18 zugeführt werden und im Steuergerät 18 ein bremsschlupfproportionaler oder anfahrschlupfproportionaler Steuer­ strom gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bremsschlupfpropor­ tionale oder anfahrschlupfproportionale Steuerstrom A im einzigen Strom- Druckmodulator 40 in einen stromproportionalen Hydraulikdruck, als Hilfs­ energie, gewandelt wird und daß der Hydraulikdruck in festgelegter Druck­ stufung und gleichzeitig, sowohl im Stellzylinder 17 des Druckwandlers 6 zur Entlastung des Vorderradbremsdruckes, als auch, im Zylinder 23 des Druckwandlers 22, zur Belastung der Hinterradbremse herangezogen wird.

2. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß, bei schlupffreier Fahrt die Meßwerte von Vorder- und Hinterrad im Steuergerät 18, über den vollen Fahr- bzw. Drehzahlbereich, eine einheitliche Größe aufweisen und jeweils nur bei einem Drehzahlanstieg des Hinterrades im Vergleich zum Vorderrad des Fahrzeuges, innerhalb des P-Bereiches von ca. 4 bis 12% der schlupf­ proportionale Steuerstrom A gebildet wird.

3. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer­ strom A einer Kraftstromspule 41 im Strom-Druckmodulator 40 über eine Lei­ tung 46 zugeführt und damit in der erregten Kraftstromspule 41 eine Mag­ netkraft erzeugt, die einen Anker 42 und damit, über eine Ventilstange 43, einen Ventilkegel 44 gegen die Ventilöffnung 45 im Strom-Druckmodulator 40 drückt zum Aufbau eines steuerstromproportionalen Hydraulikdruckes F in Druckleitungen 49, 49.1 und 49.2.

4. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Hinter­ rad des Fahrzeuges mechanisch angetriebene Hydraulikpumpe 47 die Hilfsenergie in Form von Drucköl liefert und das Hydrauliköl, bei Normal­ fahrt, aus einer Rücklaufleitung 48 ansaugt und durch die geöffnete Ventil­ öffnung 45 im Strom-Druckmodulator 40 mit geringem Druckaufbau in ständi­ gem Kreislauf fördert.

5. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach den Ansprüchen 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß der steuer- und damit schlupfproportionale Druck in der Druckleitung 49 über Ab­ zweigleitungen 49.1, 49.2 in den Zylindern 17, 23 der Druckwandler 6, 22 zur Beaufschlagung von Stellkolben 8, 24 herangezogen wird.

6. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß im Druckwandler 6 der Vorderradbremse ein Pufferkolben 11 eingebaut ist, der durch eine Druck­ feder 13 in ständigem Kraftschluß, über eine Kolbenstange 9, mit dem Stellkolben 8 steht und ein Pufferkolben 11 bei einer Vollbremsung den Maximaldruck in einem Pufferzylinder 10, durch Volumenvergrößerung des Pufferzylinders 10, begrenzt.

7. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß in ei­ nem Federzylinder 12 des Druckwandlers 6 der Vorderradbremse ein Füllven­ til 14 eingebaut ist, das die zusätzliche Füllung des Federzylinders 12 mit einem Gasdruck ermöglicht.

8. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß, bei Eingriff der Antiblockierregelung, der steuerstrom- und schlupfproportio­ nale Hydraulikdruck mit steigender Kennlinie zunächst den Stellkolben 8 im Zylinder 17 des Druckwandlers 6 der Vorderradbremse wirksam beaufschlagt und in Folge - bei erreichen eines Schwellenwertes (bei ca. 9% Schlupf), eine Hubbewegung des Stellkolbens 24 zur Bremsung des Hinterrades ein­ leitet.

9. Elektrohydraulische Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung für Motor­ räder nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß, bei Eingriff der Antriebsschlupfregelung, der steuerstrom- und schlupfpropor­ tionale Hydraulikdruck mit steigender Kennlinie bei erreichen eines Schwel­ lenwertes (bei ca. 9% Schlupf des Hinterrades zur Fahrbahn) allein eine Hubbewegung des Stellkolbens 24, zur Bremsung des Hinterrades einleitet.