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Antiblockierregelsystem für Kraftfahrzeugbremsen Die Erfindung betrifft
ein Antiblockierregelsystem für druckinittelbetätigte Radbremsen von Kraftfahrzeugen
mit angetriebenen und antriebslosen Rädern.
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In unserer gleichlautenden älteren Patentanmeldung P 19 65 391.9 ist
schon ein solches System beschrieben, wobei die Besonderheit darin besteht, daß
auf der linken und rechten Seite des Fahrzeuges für äe ein antriebaloses Rad und
seine zugehörige Bremse je ein Regler vorgesehen ist, der mit diesem Rad und dieser
Bremse ein autonomes Regelsystels bildet und daß die Bremsregelung der übrigen Räder
in ANängigkeit von mindestens einer Dlührungsgröße erfolgt, welche die autonomen
Systeme liefern.
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Der wesentliche Vorteil dieses Bremsregelsystems liegt darin, daß
es bei beträchtlicher Ökonomie im technischen Aufwand mit Sicherheit auch ein kurzzeitiges
Blockieren der Räder verhindert. Diese letztere Aussage mag den
beträchtlichen
TJntersehied 7U beknnNten RremSreglern im ersten Augenblick noch nicht voll deutlich
machen. Sie bezieht sich jedoch auch auf die besonders blockiergefahrdaten, angetriebenen
Räder und ist so aufzufassen, daß das Regelsystem auch nicht durch noch so geschickte,
bewußte Manipulation an Bremsbetätigungsorgan und nicht durch zufällige ungewöhnliche
Bremsbetätigung in seiner normalen Funktion gestört werden kann.
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Die vorliegende Erfindung möchte unter Beibehaltung dieses hervorstechenden
wirkungsmäßigen Vorteils ein noch einfacheres Bremsregelsysten schaffen, das sich
insbesondere auch für kleinere Personenkraftwagen eignen soll. Vereinfachung soll
auch hier insbesondere zahlenmäßige Verringerung von Systemkomponenten bedeuten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem der antriebslosen
Räder ein Bremsregler zugeordnet ist, der mit diesem Rad und seiner Bremse ein autonomes
Regelsystem bildet und daß die Bremsregelung der'übrigen Räder in Abhängigkeit von
einer Führungsgröße erfolgt, welche dieses autonome System liefert. Es soll also
nicht mehr jedes antriebslose Rad einen autonomen Regler erhalten, sondern nurmehr
eines von ihnen. Dieses eine Rad liefert ein Abbild der Fahrzeuggeschwindigkeit
in Gestalt einer aus der Drehgeschwindigkeit gewonnenen Führungsgröße, mit der die
Drehgeschwindigkeit aller übrigen Räder verglichen wird.
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Als autonomes Regelsystem wird man zweckmäßigenieise das beste derzeit
bekannte Bremsregelsystem für ein Rad verwenden. Als solches dürfte ein Regelsystem
anzusehen s-ein, bei dem eine Sensiereinrichtung verwendet ist, welche
einerseits
eine drehgeschwindigkeitsproportionale Größe und and£rerseits vom Verlauf der Drehverzögerung
und Drehbeschleunigung des Rades abhängige elektrische Steuersignale erzeugt, die
Richtung und Steilheit des zeitlichen Bremsdruckverlaufes bestimmen. Die Führungsgröße
wird insbesondere aus der Drehgeschwindigkeit des autonom geregelten Rades gewonnen,
die gegebenenfalls durch einen festgelegten oder variablen Faktor geändert sein
kann.
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Grundsätzlich kann nach der Erfindung jedem einzelnen der übrigen
Räder ein abhängiger Regler zugeordnet sein, der die Drehgeschwindigkeit des zugehörigen
Rades mit der Führungs größe vergleicht und daraus die Steuersignale für die ebenfalls
einzeln steuerbaren Bremsen bildet. Insbesondere bei Fahrzeugen mit ilinterradantrieb
ergibt sich jedoch eine weitere Vereinfachung des Systems dadurch, daß dem anderen
ntriebslosen Vorderrad ein erster abhängiger Regler zugeordnet ist, der die Drehgeschwindigkeit
dieses Rades mit der Führungsgröße vergleicht, und den beiden angetriebenen Rädern
ein zweiter abhängiger Regler zugeordnet ist, der die Drehgeschwindigkeit der gemeinsamen
Antriebswelle mit der Führungsgröße vergleicht, und daß entsprechend den Ergebnissen
der Vergleiche Steuersignale gebildet werden für die Bremsen des antriebslosen Rades
einerseits und für die hydraulisch miteinander verbundenen Bremsen der angetriebenen
Räder andererseits.
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Für die autonom geregelte Radbremse wird die Verwendung einer-Drucksteuervorrichtung
vorgeschlagen, welche mindestens drei Stellungen aufweist, die drei Druckbewegungszuständen
entsprechen, z.B. Steigen, Konstantbleiben und Fillen. Die Drucksteuervorrichtungen
für die abhängig geregelten Radbremsen brauchen hingegen nur zwei Stellungen
aufzuweisen,
in denen der Druck steigt oder fällt. Hierfiir eignen sich einfache Dreiwegeventile,
so daß für das ganze Fahrzeug insgesamt nur vier Magnetventile erforderlich sind,
wobei zwei als Ein- und Auslaßventil mit getrennter Betätigung geschaltet sind und
die Drucksteuervorrichtung für das autonom geregelte Rad darstellen, während die
beiden anderen Dreiwegeventile sind.
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An dieser geringen Zahl der notwendigen Magnetventile iia die Ökonomie
des erfindungsgcmßen Systems besonders deutlich. Zum anderen aber auch dadurch,
daß bei den abhängigen Reglern nur einfache Drehgeschwindizkeitssensoren benötigt
werden, an die überdies qualitativ nur geringe Anforderungen gestellt sind, weil
deren Ausgangsgröße entweder garnicht oder nur einem einfachen Differentiationsprozeß
unterworfen wird.
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Endlich wird noch eine zusätzliche Vorrichtung zum Vergleich der Führungsgröße
mit der DrehgeschwindigSkeit eines angetriebenen Rades oder mit der gemeinsamen
Antriebswelle vorgeschla:gen, welche ein Signal zur Druckabsenkung der autonom geregelten
Bremsen liefert, wenn die Führwigsgröße schon einen bestimmten Minimalwert erreicht
hat, die Vergleichsgeschwindigkeit jedoch noch über diesem oder einem entsprechenden
Minimalwert liegt. Diese Vorrichtung, die unten noch naher erläutert wird, liefert
ihr Signal nur in den Ausnahmefällen, in denen das an sich fehlerfrei autonom geregelte
Rad infolge eines plötzlichen außerordent lich starken Absinkens des Fahrbahnreibungskoeffizienten
(/t) doch einmal nahe an den blockierten Zustand herankommt. In diesem Fall wird
dann durch eine vorrangige Druckabsenkung infolge des zusätzlichen Signals das Blockieren
meist doch noch verhindert.
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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine grobschematische Darstellung des
Gesamt systems zur Bremaregelung eines vierrädrigen Fahrzeuges mit einer angetriebenen
Achse, wobei beide Bremsen an dieser Achse gemeinsam geregelt werden, Fig. 2 zeigt
ein solches Gesamtsystem mit Einzelregelung der Bremsen an der angetriebenen Achse,
Fig. 3 zeigt ein in elektrische und hydraulische Komponenten detailliertes Blockschaltbild
eines Antiblockierregelsystems gemäß Fig. 1.
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Die Figur 1 zeigt schematisch die vier Räder eines Eraftfahrzeuges,
von denen die Räder 1 und 2 antriebslos und die Räder 3 und 4 angetrieben sind.
Der Antrieb erfolgt vom nicht dargestellten Motor und Getriebe her über eine gemeinsame
Imtriebswelle 6 und ein Differentialgetriebe 5.
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Für die Erfindung spielt es an sich keine Rolle, ob es sich um ein
Fahrzeug mit Vorderradantrieb handelt, wobei dann die Räder 3 und 4 lenkbar wären,
oder um ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb. Gerade die gemeinsame Regelung der Bremsen
der angetriebenen Achse empfiehlt sich jedoch für Fahrzeuge mit Hinterradantrieb,
so daß die Beispiele nach Figur 1 und Figur 3 in folgendem so aufgefaßt werden sollen,
als wenn die Räder 1 und 2 die lenkbaren Vorderräder wären.
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Alle vier Räder sind mit beliebigen Bremsen 7 bis 10 ausgestattet.
Die Bremse 8 wird bei drohendem Blockieren von einem Antiblockierregler 13 geregelt,
so daß ein Blockieren nicht eintreten kann. Der Regler 13, welcher auch nicht
dargestellte
Radsensoren und eine Bremsdrucksteuervorrichtung enthält, bildet mit der Bremse
8 und dem Rad 2 ein autonomes Regelsystem. Das bedeutet, daß die genannten Systembestandteile
aus sich selbst das Blockieren verhindern können, ohne daß von außen eine irgendwie
geartete Steuer- oder Führungsgröße hinzukommt. Dieses S,Y~ stem bedarf nicht der
Zuse~mnenarbeit mit den übrigen Rädern bzw. ihren Sensoren, sondern könnte seine
Aufgabe auch erfüllen, wenn die übrigen Räder nicht. geregelt warer.
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Die Bremsen 7, 9 und 10 der übrigen Räder hingegen werden abhängig
geregelt. Für die Bremse 7 des rechten Vorderrades ist ein abhängiger Regler 100
und für die beiden Hinterradbremsen ist ein abhängiger Regler 101 gemeinsam vorgesehen.
Den beiden abhängigen Reglern wird über Steuerkanäle 102 und 103 die aus der Drehgeschwindigkeit
des linken Vorderrades gewonnene Führungsgröße zugeführt. Der Regler 100 vergleicht
diese Führungsgröße mit der Drehgeschwindigkeit des rechten Vorderrades und der
Regler 101 vergleicht sie mit der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 6 bzw. je
nach dem Übersetzungsverhältnis des Differentialgetriebes mit einer Größe, die aus
der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle durch Veränderung um einen bestimmten
Anpassungsfciktor gewonnen wurde.
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In Figur 2 findet sich wieder das Fahrzeug mit den vier Bremsen 7
bis 10, mit dem autonomen Regler 13 und dem abhängigen Regler 100. Hier sind jedoch
den beiden Hinterrad bremsen eigene abhängige Regler 104 und 105 zugeordnet und
die aus der Drehgeschwindigkeit des linken Vorderrades gewonnene Führungsgröße wird
über drei kanäle 102, 106 und 107 den drei abhängigen Reglern zugeführt. Die Regler
104 und 105 vergleichen die Führungsgröße mit der Drehgeschifindigkeit der jeweiligen
Räder 3 und. 4 und regeln die Bremsen 9 und 10 einzeln entsprechend den Ergebnissen
der Vergleiche. -
Figur 3 zeigt in der gleichen Anordnung wie Figur
1 die vier Rsdbrersen, jeweils bestehena aus Bremsseneiae und Bremssattel mit Radbremszylinder.
Die Bremsschreiben 108 und 109 mit ihren Radbremszylindern 112 und 113 gehören den
nicht angetriebenen VorderrtAdern und die Bremsscheiben 110 und 111 mit ihren Bremskolben
114 und 115 gehören den angetriebenen Hinterrädern an. ardanwelle und Differentl.-l
sind wieder mit 6 und .5 bezeichnet. Der Bremsdruck wird- vein Bremspedal 116 mittels
eines Bremskraftverstärkers 117 im Tandem-Hauptbremszylinder 118 erzeugt. An ihn
sind die Hauptdruckleitungen 119 und 120 für den Vorderrad- und den Hinterradbremskreis
angeschlossen. Die Leitung 119 gabelt sich in die Leitungen 121 und 122. Die Leitung
121 führt über ein Dreiwegeventil 123 und eine Leitung 126 zum Radbremszylinder
112. Die Leitung 122 führt über ein Zweinfege-Einlaßventil 124 und ein Dreiwege-Auslaßventil
125 über die Leitung 127 zum Radbremszylinder 113.
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Die verwendeten Symbole für die Ventile seien anhand des Ventils 123
im einzelnen erläutert. Es sind zwei nebeneinanderliegende Quadrate 123 a und 123
b dargestellt, und zwar zeigt das rechte Quadrat die interne Verbindung zwischen
den drei Anschlußleitungen 121, 126 und 128 in der nicht erregten Stellung des Ventiles,
während das linke Quadrat die interne Verbindung in erregtem Zustand darstellt.
Mit 123 c ist die Magnetwicklung angedeutet. welcher - wie später noch zu erläutern
- das elektrische Steuersignal zugeleitet wird. In der gezeichneten Ruhestellung
ist Leitung 121 mit 126 verbunden, während die Leitung 128 abgesperrt ist. Man muß
sich nun vorstellen, daß bei Einschalten des Steuerstromes das linke Quadrat an
die Stelle des rechten tritt, so daß dann die Leitung 126 mit 128 verbunden ist,
während die Leitung 121 abgetrennt ist. Die Leitung 128 ist eine Auslaßleitung,
die zusammen mit einer AllsléBleitung 129 des Auslaßventiles 125 gemeinsam einer
Rückförderpumpe 130 zugeführt istO Deren Fordert
leitung führt über
ein Rückschlagventil 171 in die Hauptdruckleitung; 119 des orderrdbremskreises zurück.
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Die Hauptdruckleitung 120 des Hinterradbremskreises führt vom Anschluß
am Tandemzylinder zu einem Dreiwegeventil 132, das mit dem Ventil 123 identisch
ist. Eine Druckleitung 133 führt von diesem Ventil zu den beiden Radbremszylindern
114 und 115 der Hinterräder, während eine Auslaßleitung 134 über eine zweite Rückförderpumpe
135 und ein Rückschlagventil 136 in die Hauptdruckleitung zurückgeführt ist. Die
Rückförderpumpen sind nicht saugende Pumpen mit einem gemeinsamen Antrieb.
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Es ist leicht einzusehen, daß beim Niedertreten des Bremspedals der
Bremsdruck in allen Radbremszylindern ansteigt, sofern die Ventile die gezeigte
stromlose Stellung einnehmen. Wird Ventil 132 erregt, dann sinkt der Bremsdruck
an den Hinterrädern, während die Erregung des Ventils 123 ein Absinken des Bremsdrucks
am rechten Vorderrad mit sich bringt. Bei Beendigung des Steuersignals steigt der
Druck jeweils wieder an gemäß dem in den Hauptdruckleitungen vorhandenen Vordruck.
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Die Steuersignale für die Ventile 124 und 125 können einzeln auftreten.
Schaltet Ventil 124 allein, dann wird der Druck im Radbremszylinder 113 konstant
gehalten. Schaltet auch Ventil 125, dann sinkt der Druck ab, weil der Radbremszylinder
mit der Auslaßleitung 129 verbunden ist. So sind bei der Bremse des linken Vorderrad
es drei Druckbewegungszustände möglich.
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Neben den hydraulischen Schaltschema enthält F-igur 3 auch die elektronischen
Komponenten. An den beiden Vorderrädern sowie an der Kardanwelle 6 sind schematisch
angedeutete Impulssensoren 137 bis 139 angeordnet. Sic können in irgendeiner branchenüblichen
Bauart ausgeführt sein und entweder
Impulse von drehgeschwindigkeitsproportionaler
Frequenz oder einen drehgeschwïndigkeitsproportionalen Gleichstrom liefern. Nur
am linken Vorderrad ist noch ein zusätzlicher Sensor 140 angebracht, welcher jeweils
solange bestimmte Drehbeschleunigungs- und Drehverzögerungssignale liefert, als
die Drehbeschleunigung oder Drehverzögerung des Rades über entsprechenden Schaltschwellen
liegt. Es ist anzumerken, daß bei Wahl eines qualitativ hochwertigen Drehgeschwindigkeitssensors
138 der Sensor 140 auch durch eine elektisnische Schaltung ersetzt sein könnte,
welche durch elektrische Differentiation die Anderungen der Drehgeschwindigkeit
in Drehbeschleunigungs-und Drehverzögerungssignale umwandelt, Im Beispiel liefert
der Sensor 140 zwei Drehverzögerungssignale - b1 und - b2 und zwei Drehbeschleunigungssignale
+ b1 und + b2 zu einem autonomen Regelsystem 141. Diese. elektronische Schaltung
erzeugt die Steuersignale für das Einlaßventil 124 und das Auslaßventil 125 der
Bremse des linken Vorderrades und führt diese Signale über Leitungen 142 und 143
diesen Ventilen zu.
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Der abhängige Regler des rechten Vorderrades ist mit 144 bezeichnet.
Ihm wird vom Sensor 138 die Führungsgröße und vom Sensor 137 am rechten Vorderrad
dessen- Drehgeschwindigkeit zugeführt. Der Regler vergleicht diese beiden Größen,
wobei bezüglich der Einzelheiten dieses Vergleichs zu berücksichtigen ist, daß der
Regler selbst auch Spannungsteilterschnltungen oder andere Einrichtungen umfassen
kann, welche in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie etwa der Fahrgeschwindigkeit
oder dem Lenkradeinschlag eine der beiden Größen verändert. Im großen und ganzen
verläuft der Vergleich jedoch in der Weise, daß ein Steuersignal für das Ventil
123 dann erzeugt wird, wenn die Raddrehgeschwindigkeit unter die Führungsgröße sinkt.
Das
Steuersignal kenn dann beendet werden, wenn die Raddrehgeschwindigkeit
wieder über die Führungsgröße ansteigt.
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Es kann jedoch auch mittels besonderer. nicht dargestellter Mittel
der Zeitpunkt erfaßt werden, zu dem das hier zu regelnde Rad von der Drehverzögerung
wieder in die Drehbeschleunigung übergeht und es ist sehr vorteilhaft, das der Magnetwicklung
123 c zugeführte Steuersignal schon zu diesem Zeitpunkt zu beenden. Erfahrungsgemäß
läuft das Rad dann nicht so weit in den stabilen Drehgeschwindig keitsbereich ein,
wie es bei der einfachen Zweipunktregelung der Fall wäre.. Dadurch wird die wirksame
Bremskraft erhöht und der Brensiteg verkürzt.
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In gleicher Weise vergleicht ein abhängiger Regler 145. die vom Sensor
138 kommende Führungsgröße mit der Drchgeschwindigkeit der Antriebswelle, die vom
Sensor 139 erfaßt wird.
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Über eine Leitung 146 fließt das aus dem Vergleich gewonnene Steuersignal
dem Magnetventil 132 zu, mit dem. der Bremse druck an den Hinterrädern im Wechsel
ab- und wieder auf gebaut wird.
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Es ist noch eine zusätzliche Vergleichseinrichtung 147 vorgesehen,
welche ebenfalls die Führungsgröße mit der DrehSeschwindigkeit der Kardanwelle vergleicht.
Obwohl diese Vergleichseinrichtung über eine Leitung 148 ein Signal zu dem autonomen
Regelsystem 141 liefert, bee-inträchtigt sie dessen Autonomie nicht. Sie dient nämlich
dazu, die sel.-tenen Fälle zu erfassen, in denen das autonom geregelte Vorderrad
infolge eines starken µ-Sprunges, d.h., infolge plötzlichen Überganges von einer
griffigen zu einer sehr glatten Fahrb^lunoberfläche, den Blockieren. sehr nahe kommt.
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In diesen Fall drehen sich jedoch die Hinterräder noch, weil sie die
glatte Stelle noch nicht erreicht. haben. Die Vergleichsvorrichtung 147 ist so ausgelegt,
daß sie ihr
Ausgangssignal nur dann abgibt, wenn die Führungsgröße
zu Null geworden ist oder einen bestimmten Minimalwert erreicht hat, während die
Vergleichsgeschwindigkeit noch nicht Null geworden ist bzw. einen entsprechenden
Minimalvert noch nicht erreicht hat. Das Ausgangasignal wirkt über de Regler 141
auf das Auslaßventil 125 und senkt den Druck am autonom geregelten Rad vorrangig
ab.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels der Figur 2 mit einzeln gere,gelten
Hinterrädern wird man zweckmäßigerweise die von einem der Vorderräder abgeleitete
Führungsgröße mit der Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Hinterrades vergleichen,
welches in derselben Spur läuft oder mit der Drehgeschwindigkeit des jeweils schneller
laufenden Hinterrades.
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Patentansprüche -