DE2111408A1 - Bremsregeleinrichtung fuer Raederfahrzeuge,insbesondere fuer Kraftwagen - Google Patents

Description

Pate η ta η wäl te
Dipl.-Ing. Sauerland

Dr.-lng. König

Dipl.-Ing. Bergen 9. März 1971

4 DÜSSELDORF Il/C/26 521

Ceciilenallee 76

aktibbolag, 21J 14 0

Linköping, Schweden

Bremsregeleinrichtung für Räderfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen

Die Erfindung betrifft eine Bremsregeleinrichtung für Räderfahrzeuge mit Bremsgliedern zum Ausüben einer Bremskraft auf die '% Räder des Fahrzeuges, wobei der Bremsvorgang jedes einzelnen Rades für sich derart geregelt wird, dass die Bremswirkung optimal wird.

Auf diesem Gebiet besteht die allbekannte Schwierigkeit, dass bei einem Rad, das mit einem allzu grossen Bremsmoment beaufschlagt wird, die an der Berührungsfläche des Rades auf der Fahrbahn auftretende Reibkraft überschritten wird, so dass das Rad rutscht. Infolgedessen nimmt die Bremskraft des Rades ab und gleichzeitig geht die Lenkfähigkeit ganz oder teilweise verloren. Das Problem ist deshalb besonders schwierig zu meistern, weil die Bremsfähigkeit der verschiedenen Räder des Fahrzeugs verschieden ist und d zudem vom Zustand ihrer Berührungsflächen und der Fahrbahn abhängig ist.

Es gibt bereits verschiedenen Vorschläge für die Verbesserung der Bremsfähigkeit der Fahrzeugräder bei wechselnden Bedingungen. Einige dieser Vorschläge stützen sich darauf, dass die starken Beschleunigungen, die bei beginnendem Gleiten auf der Fahrunterlage am Fahrzeug oder an den Rädern auftreten, zur Grundlage der Bremsregelung gemacht werden, wobei verschiedene Tastorgane zu diesem Zweck schon benutzt wurden. In manchen Fällen wurde das Bremsmoment absichtlich pulsierend gemacht und den Impulsen eine solche Amplitude erteilt, dass beim Erreichen des Höchstwerts des

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Bremsmomentes ein Rutschen eintritt. Hierdurch wurde es möglich, die Bremskraft in Bezug auf die Radreibung an der Fahrbahn so zu ändern, dass die Bremsfähigkeit und damit auch die Lenkfähigkeit besser wurde. Die hierfür vorgeschlagenen Einrichtungen sind aber verhältnismässig verwickelt und nur bestimmten mittleren Bedingungen der Fahrbahnreibung angepasst, während bei Abweichungen von diesen Durchschnittsbedingungen oft ein ungünstigerer oder völlig unzufriedenstellender Bremsvorgang erhalten wurde.

Die Erfindung bezweckt eine starke Linderung oder Beseitigung dieser Nachteile und ermöglicht eine einfache Bremsregelung, die ein Rutschen der Räder verhindert und sich nach den für das Bremsen jeweils herrschenden Verhältnissen richtet, wobei die Bremsfähigkeit der einzelnen Räder eines Fahrzeuges sich in Abhängigkeit von ihrer Haftfähigkeit ändert.

Die im Berührungsbereich zwischen Rad und Unterlage (Fahrbahn) beim Bremsen auftretende Bremskraft ist von vielen Gegebenheiten abhängig, z.B. Beschaffenheit der Fahrbahn und des Rades, Fahrgeschwindigkeit, Radbelastung, herrschende Temperatur usw· Für jede Kombination solcher Verhältnisse können die Reibungsverhältnisse durch eine Kennlinie in einem Koordinatensystem dargestellt werden, worin die Bremskraft des Rades in Abhängigkeit vom Radschlupf wiedergegeben ist, wobei unter dem Ausdruck "Radschlupf" der Unterschied zwischen Fahrgeschwindigkeit und Radumfangsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit zu verstehen ist. Kennzeichnend für eine derartige Bremskraftkennlinie ist, dass eine Bremskraft nur auftritt, wenn der Schlupf nicht gleich Null ist. Mit zunehmendem Schlupf nimmt die Bremskraft bis zu einem Höchstwert zu um dann wieder abzunehmen.

Im gleichen Koordinatensystem kann man auch Kurven eintragen, welche zeigen, wie die Fähigkeit eines Rades, Seitenkräfte aufzunehmen, sich mit dem Radschlupf ändert. Diese Fähigkeit ist am grössten, wenn kein Schlupf auftritt und nimmt mit zunehmendem Schlupf ab, und zwar zuerst allmählich und dann in zunehmendem Masse. Es ist eine allgemein anerkannte Tatsache, dass die ge-

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nannte Fähigkeit "bei einem dem Scheitelpunkt der Bremskraftkennlinie entsprechenden Wert immer noch einen annehmbaren Wert hat. Zum Erzielen der optimalen Bremsfähigkeit ist es daher wesentlich, den Bremsvorgang so zu regeln, dass er bei oder in der Nähe derjenigen Schlupfgrenze verläuft, die dem Scheitelpunkt der Bremskraftkurve entspricht.

Der Erfindung liegt der Gedankengang zugrunde» Änderungen der Radbremskraft in Abhängigkeit von absichtlich herbeigeführten geringen Radschlupfänderungen festzustellen. Der Zusammenhang zwischen diesen Grossen wird jeweils durch die Bremskraftkennlinie bestimmt, was anhand anliegender Abb. 1 näher erläutert wird, wobei diese Abbildung ein Beispiel einer Bremskraftkennlinie in Verbindung mit einer Seitenkraftkurve zeigt. Es sind hierbei ^j drei Werte für den Schlupf S eingetragen, nämlich ein Wert A für einen unteroptimalen Schlupf, ein Wert B für optimalen Schlupf und ein Wert C für überoptimalen Schlupf. Ferner sei angenommen, dass der Schlupf S eines einzelnen Rades um diese Werte herum etwas geändert wird,, wodurch entsprechende periodische Änderungen der Bremskraft F auftreten. Es ergibt sich dann folgendess

Am Punkt As Die Bremskraft F nimmt mit zunehmendem Schlupf S zu. Die Bremskraft F nimmt mit abnehmendem Schlupf S ab. Bei periodisch schwankendem Schlupf S treten entsprechende gleichphasige periodische Schwankungen der Bremskraft F auf.

Am Punkt Bi Die Bremskraft F ändert sich fast oder gar nicht mit ' den Änderungen des Schlupfes S. Bei periodischer Änderung des Schlupfes S tritt praktisch keine entsprechende Änderung der Bremskraft F mit gleicher Frequenz auf. Der Punkt B ist der Scheitel der Bremskraftkennlinie.

Am Punkt Cs Die Bremskraft F verringert sich bei zunehmendem Schlupf S. Die Bremskraft F steigt bei abnehmendem Schlupf S. Bei periodischer Änderung des Schlupfes S treten entsprechende periodische Änderungen der Bremskraft F auf, die aber in Bezug auf die Schlupfänderungen gegenphasig sind.

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Eine erfindungsgemässe Bremsregeleinrichtung dient zur Feststellung, ob der Momentanwert des Schlupfes S eines Rades grosser oder kleiner als der Optimalwert ist, und zur Erhöhung oder Verringerung der Bremswirkung anhand dieser Peststellung derart dass der Schlupf S sich dem Optimalwert nähert, wobei die Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass für jedes Rad mindestens ein Messwertgeber vorgesehen ist, der die vom Rad aufgenommene Bremskraft laufend abtastet und Signale erzeugt, welche ein Mass der Bremskraftänderungen sind und einem Detektor zugeführt werden, der in Abhängigkeit einesteils hiervon und andernteils von Signalen, die vom Messgeber oder von einem äusseren Impulsgeber an den Detektor gegeben werden und Bezugssignale sind oder Radbeschleunigung, Radumfangsgeschwindigkeit, Bremsmoment oder Bremsdruck darstellen, das Bremskraftmaximum ermittelt und in Bezug auf dem diesen Maximum oder einen demselben etwas voreilenden Radschlupf wert Steuersignale an mindestens ein den Bremsdruck regelndes Ventil in der Bremsleitung des Rades abgeben.

Die Bremskraft kann unmittelbar mit einem Kraftwertgeber gemessen werden, der sich an der Stelle befindet, wo das Rad am Fahrzeug angebracht ist. Die Bremskraft kann auch mit einem beschleunigungsempfindlichen Messgeber gemessen werden, der die lineare Beschleunigung des Rades oder eines von der Bremskraft unmittelbar beeinflussten Teiles der Radbefestigungskonstruktion misst*

Eine weitere Möglichkeit der Bremskraftmessung besteht darin, die Winkelbeschleunigung des Rades nach Aufhören der Bremskraft zu messen. Die hierbei entstehende Winkelbeschleunigung des Rades entspricht eindeutig der auf das Rad einwirkenden Bremskraft.

Der zur erfindungsgemässen Bremsregelleinrichtung gehörende Detektor kann in verschiedener Weise aufgebaut sein. Eine besonders einfache Einrichtung erhält man, wenn der Detektor ein Phasendetektor für den Phasenunterschied zwischen dem Bremskraftsignal und dem pulsierenden Schlupf- oder Bremsdrucksignal als Bezugssignal ausführt. Der auf das Rad einwirkende Bremsdruck wird hierbei zu periodischem Pulsieren veranlasst, entweder durch

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ein von aussen zugeführtes periodisches Drucksignal oder indem mindestens ein den Bremsdruck regelndes Ventil in der Bremsleitung des Rades zum Pendeln oder Schwingen gebracht wird. Die hierdurch hervorgerufenen Änderungen des Bremskraftsignals werden hinsichtlich SignalCharakter (A, B oder C) nach obiger Beschreibung detektiert. Der Detektor gibt an das Ventil ein bremsdruckerhöhendes Signal ab, wenn das Bremskraftsignal den Charakter A aufweist, und ein bremsdrucksenkendes Signal, wenn das Bremskraftsignal der Art C ist. Hierdurch wird bewirkt, dass das Rad eine mittlere Umfangsgeschwindigkeit annimmt, die dem Scheitel der Bremskraftkurve entspricht .

Der Detektor kann aber auch derart se,in, dass er ein Signal rela~ tiv einem durch Beschleunigungsmessungen ermittelten Bremskraftmaximum abgibt, da die Radbeschleunigung ihren Höchstwert erreicht, •wenn die Bremskraft am höchsten ist. Ein solcher Detektor kann in vielerlei Weise ausgeführt sein. Er kann beispielsweise ganz einfach aus einem Scheitel- oder Hüllkurvendetektor und/oder Verstärker und einem nachgeschalteten Vergleicher bestehen, wobei der Scheitelwertverstärker dem Bremskraftsignal folgt, wenn es ansteigt, und seinen Höchstwert festhält, wenn es abzunehmen beginnt. Der Vergleicher spricht an, wenn das momentane Bremskraftsignal beginnt, vom Ausgangssignal des Scheitelverstärkers abzuweichen und gibt dadurch an, dass der Bremskraftscheitel durchlaufen wird. Das im Scheitelverstärker stehende Signal wird periodisch gelöscht.

Die erfindungsgemässe Einrichtung kann ganz verschieden ausgebildet werden, und zwar sowohl in Bezug auf d^j Wahl des Optimieruagspunktes wie auch in Bezug auf die Funktion ihrer Bestandteile. Betreffs der Wahl des Optimierungspunktes gilt, dass es bei verschiedenen praktischen Ausführungsformen vorteilhaft sein kann, die Regelung so zu gestalten, dass die Radgeschwindigkeit einen Wert in der Nähe der optimalen Geschwindigkeit annimmt, aber nicht gleich dieser optimalen Geschwindigkeit ist. Diese Ausführung entspricht z.B. dem Fall, dass der Detektor ein bremsdrucksenkendes Signal an das Ventil gibt, wenn mit den Änderungen des Schlupfes gleichphasige Bremskraftsignal einen vorgegebenen Viert

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nahe Null für die Bremskraftänderung annimmt.

Hinsicht der regelnden Tätigkeit der Einrichtung gilt, dass sie in verschiedener Weise vorkommen kann, und dass der Detektor im Hinblick hierauf für viele erfundungsgemässe Ausführungsformen in jeweils geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Die einfachste Regelung besteht darin, dass die vom Detektor abgegebenen Signale das Ventil direkt steuern. Eine etwas aufwendigere Regelung, die besonders beim Bremsen auf unebener oder gar holperiger Fahrbahn beträchtliche Vorzüge bietet, besteht darin, dass der Detektor ein Signal erzeugt, welches der optimalen Radgeschwindigkeit entspricht, und dass ein Vergleicher laufend die momentane Durchschnittsgeschwindigkeit mit der durch das genannte Detektorsignal dargestellten Geschwindigkeit vergleicht. Der Vergleicher steuert hierbei das Ventil derart dass der Unterschied zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten verringert wird. Bei dieser Regelungsart wird jedoch auch ein Signal benötigt, welches die Winkelgeschwindigkeit (d.h. Umfangsgeschwindigkeit) des.Rades wiedergibt. Hierzu kann man einen besonderen Messgeber am Rad benutzen oder den Wert durch Integrieren des Beschleunigungssignals errechnen. Die optimale Radgeschwindigkeit kann man in einfacher Weise durch einen Speicherkreis erhalten, der denjenigen Geschwindigkeitswert speichert, der dem durch den Detektor bestimmten Zeitpunkt des Bremskraftmaximums entspricht.

Zur weiteren Klarstellung der oben angedeuteten Möglichkeiten werden anhand anliegender Zeichnung erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele beschrieben. Wie schon eingangs erwähnt, zeigt Abb. 1 ein Beispiel der Abhängigkeit der Bremskraft vom Radschlupf. Abb. 2 ist ein Prinzipschema einer erfindungsgemässen elektrischhydraulischen Bremsregeleinrichtüng» Abb» 3 ist ein Blookschema einer einfachen Bremsregel einrichtung für Ventilsteuerung, bei ■seleäer die Bremskraft signale mit den Brackimpulsen gleichphasig sind· Abb. k zeigt in gleicher Weise₃ wie ein scheitelwert;abtastender Detektor in Abhängigkeit von Bremskraft Signalen den Bremskreis eines Rades regelt. Äfob* 5 orlgfe ein Ausi1£j2?UEgs⁷ö©i« spiel einer Bremsregeleinrichtung islt EPemskraftabtastiiSig in Bezug

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auf zutreffende Geschwindigkeitssignale. Abb. 6 zeigt einen für Scheitelwertabtastung vorteilhaften Aufbau der Regeleinrichtung. Die Abb. 7 und 8 sind ein Schaubild bzw. eine Seitenansicht eines kombinierten Geschwindigkeits- und Beschieunigungsabtasters für ein Fahrzeugrad. Abb. 9 zeigt ein Beispiel einer entsprechend Abb. 3 ausgeführten Regeleinrichtung. Abb. 10 .zeigt eine Vorrichtung, mit der das Bremsmoment zum Pulsieren gebracht werden kann. Abb. 11 zeigt einen mechanisch-hydraulischen Phasendetektor.

Eine erfindungsgemässe Regeleinrichtung ist in erster Linie zur Verwendung in Fahrzeugen mit druckmittelbetätigten Bremsen bestimm t, wobei das Druckmittel flüssig oder gasförmig ist und die Einrichtung an einen oder mehrere Radbremskreise zwecks Regelung der Bremswirkung eines oder mehrerer Räder angeschlossen werden kann. Da die für die Bremsregelung der verschiedenen Räder bestimmten Bestandteile der Regeleinrichtung untereinander gleich sind, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung im wesentlichen auf die zu nur einem Rade gehörende Ausrüstung.

Abb. 2 ist eine Übersicht um zu zeigen, wie die Bremsregeleinrichtung einer gewöhnlichen hydraulischen Bremsvorrichtung ang~ glichen ist, deren bekannte Wirkungsweise darin besteht, .,. einem Fahrzeugrad 1 durch einen Fussbremshebel 10 ein Bremsmoment auferlegt wird. Die Fusshebelkraft wird im allgemeinen durch eine mechanische Übersetzung verstärkt und über einen hydraulischen Hauptzylinder 11 .in Form eines darin erzeugten Flüssigkeitdruckes an die Bremszylinder 9 des Rades 1 weitergegeben, wo mit weiterer KraftüberSetzung die eigentlichen Bremsglieder des Rades 1 betätigt werden. Jedes solches Bremsglied besteht nach Abb. 10 im wesentlichen aus einer am Fahrzeugrad 1 befestigten Bremsscheibe 12 und einen, den oder die Bremszylinder 9 und mehrere Bremsbacken oder -lamellen 13 tragenden Halter l*f, der am Fahrzeug fest angebracht ist.

Die erfindungsgemässe Bremsregeleinrichtung steuert die Bremswirkung eines Rades 1 unabhängig von den anderen Rädern, und zwar derart dass beim Bremsen eine für das Rad 1 günstigste BremskrafL

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erzielt wird. Zu diesem Zwecke gehört zur Regeleinrichtung ein am Rad 1 angebrachter Bremskraftgeber 3? welcher elektrische Signale erzeugt, welche der auf das Rad 1 einwirkenden Bremskraft verhältnisgleich sind. Diese Signale werden einem Detektor 5 zugeführt, der das Bremskraftmaximum (siehe B in Abb. 1) des Rades 1 für die jeweilige Fahrbahn feststellt und in Bezug auf diesen Optimalwert digitale Signale an einen die Bremse des Rades 1 steuerndes Ventilsatz 7 abgibt, der sich im Radbremskreis befindet und ein vom Detektor 5 gesteuertes Magnetventil 29 und ein hiervon hydraulisch funktionsgesteuertes Ventil 8 enthält. Das Ventil 8 ist in einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Hauptzylinder 11 und dem Radbremszylinder 9 eingeschaltet.

Bei der in Abb. 2 gezeigten Bauart des Ventils 8 enthält ein Ventilgehäuse 30 drei getrennte Kammern 31,32,33 mit Anschlüssen nach aussen. Zu der in Abb. 2 obersten Kammer 3I führt eine Leitung 36 vom Hauptzylinder 11 her. Von der unteren Kammer 33 führt eine abgehende Leitung 37 zum Radbremszylinder 9· Die mittlere Kammer 32 bildet einen hydraulischen Zylinder mit einem darin achsialbeweglichen Kolben 3¹+, der auf der Mitte, einer Kolbenstange 35 befestigt ist, die sich dicht durch die beiden Endwände der mittleren Kammer hindurch bis in die beiden äusseren Kammern 31 und 33 hinein erstreckt. Von der oberen Stirnfläche der Stange 35 aus führt eine achsiale Sacklochbohrung 38 zu einer radial verlaufenden Bohrung 39 im unteren Endteil der Stange. Eine Druckfeder ko in der Kammer 32 ist bestrebt, den Kolben $k mitsamt seiner Kolbenstange 35 in eine untere Endstellung zu drücken, in der das untere Ende der Stange gegen den Boden der Kammer 33 anliegt. Der durch die Bohrungen 38 und 39 gebildete Kanal in der Stange 35 ermöglicht eine hydraulische Verbindung zwischen den obersten und der untersten Kammer 31 bzw. 33· Die genannte Endstellung ist die Ausgangsstellung des Ventils δ bei einem BremsregolVorgang und entspricht dem Fall, dass das Magnet 29 ein Nullsignal Vom Detektor 5 empfängt.

Das Magnetventil 29 ist hydraulisch in zwei parallele hydraulische Leitungen hl und *+3 zwischen der hydraulischen Druckquelle k2 und

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der mittleren K.ammer 32 des Ventilgehäuses 30 eingeschaltet. Die Leitungen hl und h$ münden beiderseits des Kolbens 3*f in der Kammer 32. Das Magnetventil 29 bestimmt, an welcher der beiden Seiten des Kolbens 2h der von der Hydrauldruckquelle *f2 erzeugte Flüssigkeitsdruck zugeführt werden soll. Die Druckquelle ^-2 besteht hier aus einer Pumpe M+ und einem hieran angeschlossenen Druckölbehälter h5. ■

Wenn der Detektor 5 ein Eins-Signal (binäre 1 oder "ja") abgibt, bedeutet dies, dass eine der höchstmöglichen Bremskraft entsprechende Grenzgeschwindigkeit des Rades 1 grosser als die Momentangeschwindigkeit dieses Rades ist. In diesem Falle öffnet das Magnetventil 29 die hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe if¹+ und der Leitung *+3, wodurch der Öldruck der Unterseite des Kolbens 3h zugeführt wird und diesen nach oben drückt, bis das obere Ende der Kolbenstange 35 gegen die obere Decke der Kammer 31 anliegt. Gleichzeitig hiermit strömt das Drucköl über dem Kolben 3*f aus der Kammer 32 durch die Leitung ¹H zum Ölbehälter 1*5.

Eine dieserart bewirkte Längsbewegung des Kolbens 3¹* und seiner Stange 35 bewirkt, dass die Verbindung zwischai dem Hauptzylinder und dem Radbremszylinder 9 unterbrochen wird, und dass die zwischen dem Ventil 8 und dem Radbremszylinder 9 eingeschlossene Ölmsnge sich ausdehnen kann, so dass der Bremsdruck im Radbremszylinder 9 sinkt uiid eine Zunahme der Drehzahl des Rades 1 ermöglicht.

Wenn hierdurch eine dem Höchstwert der Bremskraft entsprechende Grenzgeschwindigkeit des Rades erreicht wird, wechselt das Vorzeichen des vom Detektor 5 abgebenen Signals, wobei die hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe i+¹+ und der Leitung ^3 mittels einer im Magnetventil 29 vorgesehenen Rückholfeder M-6 abgesperrt wird. Daher nimmt der Bremsdruck zu und die Radgeschwindigkeit nisnnt ab· Wenn dann aus diesem Grunde die Grenzgeschwindigkeit wieder erreicht wird, gibt der Detektor 5 ein Signal ab, und dor Vorgang wiederholt sich in oben bo^ehrloben^ VM 39« IH-' bedou --

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tet, dass die Bremsung des Rades pulsierend wird und um einen für das Rad 1 geltenden Geschwindigkeitswert schwankt, welcher dem bei den vorliegenden Verhältnissen erreichbaren Scheitelwert der Bremskraft entspricht.

Die Regeleinrichtung kann man in verschiedener Weisο abwandeln, je nach dem angewandten Verfahren zum Messen und Wiedergeben der auf das Rad einwirkanden Bremskraft. Nachstehend wird beschrieben,, wie die Einrichtung beispielsweise für zwei verschiedene Arten der Bremskraftermittlung ausgeführt werden kann.

Abb. 3 zeigt eine solche Regeleinrichtung mit einem Phasendetektor ^9, wobei der Messgeber 3 die Bremskraftpul sat ionen abtastet. Einem durch Bremsglieder 9-1^ in üblicher Weise dem Rad 1 auferlegtes Bremsmoment wird eine Pulsierung mit angenähert gleichbleibender Amplitude überlagert. Derartige Bremsmomentpulsationen haben zur Folge, dass die Winkelgeschwindigkeit des Rades und daher sein Schlupf in entsprechender Weise pulsieren. Wenn die Drehverhältnisse des Rades während des Bremsens einer Bremskraftkurve nach Abb. 1 folgen, wird durch eine Schlupfänderung auch die auf das Rad 1 einwirkende Bremskraft geändert. Je nach der Lage des Arbeitspunktes auf dieser Kurve wird der Zustand unterschiedlich. Wie schon in der Beschreibungseinleitung dargelegt wurde, kann man zwischen drei verschiedenen Fällen unterscheiden, nämlich:

A) Der Arbeitspunkt liegt links des Scheitels der Bremskraftkurve etwa wie in Abb. 1 dargestellt. Hierbei tritt ein Pulsieren der Bremskraft ein, welches dem Pulsieren des Schlupfs gleichphasig ist.

B) Bei= Arbeitspiaoict liegt im Seheitel der Bremskraftkurve. Trotz

pulsierendem Schlupf tritt }i&\& mmimiB^evtoa Pulsieren der Bremskraft auf.

C) Der ArbGitspunkt liegt rsclits: ύ:κ. :"- ■-..-■:;. wpunl·:*.- Ms Bremskraft und der Schlupf" pylsisr^ ■"■"£"".-.:;. -:^;;

Der Detektor 5 kann daher ein Phasendetektor *+9 sein, der die Phasenlage der Bremskraftpulsation mit derjenigen des Schlupfes

₍ (als Bezugswert) vergleicht und ein entsprechendes Signal erzeugt.

^lr Man kann natürlich ausserdem eine feste Phasenverschiebung vorsehen, um in der Einrichtung auftretende Phasenänderungen, besonders Verzögerungen, auszugleichen.

Wahlweise kann der Bremskraftgeber 3 die zwischen der Radachse 15 und der Radaufhängung wirksame Kraft messen oder kann ein Weggeber (Lagegeber) 50 wie nach Abb. 9 sein, der die Federung der Radachse 15 in Bezug auf die Radaufhängung misst, oder kann ein Beschleuningungsmesser sein, der die linearen Geschwindigkeitsänderungen des Rades misst.

Da es sich hier nur um phasenempfindliches Detektieren der Pulsation der Bremskraft handelt, kann die Regeleinrichtung sehr einfach gestaltet werden. Man braucht beispielsweise nicht den Betrag des Schlupfes zu messen sondern nur die Phasenlage seiner Pulsation. Da Schlupf, Radgeschwindigkeit, Bremsmomeat Γ...Λ Iremsdruck synchron pulsieren, können die Bezagsphas^signale entweder einem Geschwindigkeitsgeber, Bremsmomentgeber oder 7""■" ::■' ^"""■'*■*- geber entnommen werden. Man kann also die praktisch j^wtuj.^ _vv teilhafteste Ausführungsform wählen. Besonders einfach v?ird as, wenn man die Schlupfimpulse mit einem besonderen Impulsgene' ator k? erzeugt, der die Br ems druckpul sat ion steuert. Hierbei k^i au ... das Bezugssignal diesem Generator direkt entnehmen, weshalb ein besonderer Messwertgeber oder Abtaster für Geschwindigkeit, Uremsmoment oder Bremsdruck überflüssig wird. Diese Lösung ist in d^n Abb. 3, 9 und 10 dargestellt.

Abb. 9 zeigt, wie der Impulsgenerator ^7 in das Radbremssystem eingeschaltet ist um die Bremsscheibe 12 der in Abb. 10 öarse-• stellten Radbremsvorrichtung so zu beeinflussen, dass des B:, ems~ moment eine pulsierende Komponente überlagert wird, wozu e_. ο zum Bremsbackenhalter l*f gehörende hydraulische Zylinder einrichtung *f8 dient.

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Die Bezugssignale werden dem Phasendetektor M? zugeführt, der ausserdem mit Signalen des als Stellungsgeber (Lagegeber) ausgeführten Bremskraftgebers 50 gespeist wird. Abb. 9 zeigt die federnde Aufhängung des Rades 1 am Fahrzeug nur schematisch als Hebel 51 mit zwei Federn 52 und 53· Der Stellungsgeber 50 ist am Fahrzeug befestigt und gibt die Stellungsänderungen der Radachse 15 beim Bremsen wieder. Solche Stellungs- oder Lagegeber 50 und ihre Wirkungsweise sind bekannt.

Der Phasendetektor *+9 vergleicht die Phasenlage der empfangenen Signale und erzeugt Signale, die angeben, ob die Radgeschwindigkeit grosser oder kleiner ist als die der höchsten Bremskraft entsprechende Grenzgeschwindigkeit. Der Phasendetektor ist von an sich bekannter Bauart und Wirkungsweise.

Der Phasendetektor ^9 kann wahlweise ein Proportionalsignal erzeugen, dessen Wert sich stetig ändert und der Amplitude derjenigen Komponente der Bremskraftpulsation entspricht, die mit der Bremsmomentpulsation gleichphasig ist. Wenn der Arbeitspunkt des Drehzustandes des Rades 1 die Schlupfkurve von niedrigen zu hohen Werten hin durchläuft, ändert sich daher das vom Phasendetektor *+9 abgegebene Signal stetig von positiven Werten durch Null zu negativen Werten. Letztere bedeuten, dass der Arbeitspunkt auf dem rechts des Bremskraftscheitels liegenden Kennlinienzweig liegt und dass daher das Bremsmoment zu hoch ist.

Der phasendetektor kann auch so sein, dass er diskrete Wertsignale abgibt. Es könnte zweckmässig sein, dass sein Ausgangssignal einen gleichbleibenden positiven Wert annimmt, wenn Gleichphasigkeit (links vom Scheitelpunkt der Bremskraft) herrscht, und dass der Wert bei Gegenphasigkeit negativ wird. Der Vorgang in der Nähe des Scheitelpunktes kann entweder so gestaltet werden, dass das vom Detektor abgegebene Signal sich sprunghaft direkt von positiv auf negativ ändert, oder so dass es in einem Bereich um den Scheitelpunkt herum Null ist.

Die oben kurz angedeuteten verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten

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für den Phasendetektor **9 erlauben es, verschiedenartige bremsdruckregelnde Ventilsätze 7 zu benutzen, wobei stufenlose oder stufenweise Regelung infragekommen kann.

Abb. 5 zeigt eine etwas aufwendigere Regeleinrichtung mit Phasendetektorwirkung, wobei Bezugssignale hierfür von einem Radgeschwindigkeitsgeber 2 geliefert werden. Die, vom Geber 2 erzeugten Signale werden einem Speicher h und einem Vergleicher 6 zugeführt. Der Speicher k erhält ferner Signale von einem Detektor 55, der ein dem Höchstwert einer vom Bremskraftgeber 3 festgestellten Bremskraft entsprechendes Signal an den Speicher *f abgibt. Dieses Signal löst ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal aus, welches der Grenzgeschwindigkeit des Rades 1 beim gemessenen Bremskrafthöchstwert enspricht und an den Vergleicher 6 weitergeleitet wird. Die Regelung erfolgt, indem der Vergleicher 6 laufend die momentane Radgeschwindigkeit mit der vom Speicher k abgegebenen Grenzgeschwindigkeit vergleicht und den Bremsdruck im Radbremskreis so regelt, dass die vom Vergleicher 6 an den Ventilsatz 7 abgegebenen digitalen Signale den Unterschied zwischen den beiden soeben genannten Geschwindigkeitssignalen herabsetzen.

Die Regeleinrichtung nach Abb. k und 6 enthält einen Höchstwertdetektor (Scheitelwertdetektor) 57, wobei die Bremskraft durch Messen der Winkelbeschleunigung des Rades 1 bei jedem Kurzzeitigen Unterbrechen des auf das Rad einwirkenden Bremsmomentes ermittelt wird. Abb. h zeigt eine einfache Ausführung und zeigt wie ein am Rad angebrachter Messwertgeber 56 Besohleunigungssignale erzeugt und dem Detektor 57 zuführt. Dieser Detektor besteht aus einem Spitzenwertverstärker 58 und einem Vergleicher 59, die beide da's Beschleunigungssignal des Gebers 56 direkt empfangen. Der Ausgang des Spitzenwertverstärkers 58 ist mit dem Eingang des Vsrgleichers direkt leitend verbunden und folgt dem Bremskraftsignal, wenn es steigt, und hält den hierbei auftretenden detektierten Höchstwert dieses Signals fest, wenn das Bremskraftsignal abnimmt. Der Vergleicher 59 detektiert seinerseits, wenn das momentane Bremskraftsignal beginnt, vom Ausgangssignal des Spitzenwertverstärkers 58 abzuweichen und gibt mit seinem dem Ventilsatz 7

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zugeführten Ausgangssignal zu erkennen, dass der Bremskraftscheitelwert überschritten ist. Der im Verstärker 58 festgehaltene Höchstwert wird in bekannter Weise periodisch gelöscht.

^M.Abb. 6 zeigt eine etwas weiter entwickelte Ausführung der Regeleinrichtung, wobei Radbeschleunigung und Radgeschwindigkeit getrennt abgetastet werden. Abb. 7 und 8 zeigen einen hierfür verwendbaren kombinierten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessgeber. Dieser hat zwei gleichartige Zahnräder 16 und 17, die nebeneinander auf der Radachse 15 angebracht sind. Das eine Zahnrad l6 ist auf der Radachse 15 befestigt, während das andere drehbar ist, z.B. um einen mit der Radachse 15 gleichachsig fest verbundenen Achsstummel 18. Das Zahnrad 17 ist mit dem Zahnrad

16 durch eine Feder 19 verbunden. Diese Feder 19 ist in Abb. 8 als

Verdrehfeder dargestellt, damit sich das Zahnrad 17 bei Drehzahländerung des Zahnrads 16 in Bezug auf dieses drehen kann. Diese Schraubenfeder 19 kann man jedoch mit Vorteil durch eine oder mehrere so vorgesehene Blattfedern ersetzen, dass sie das Zahnrad

17 in eine Ausgangsstellung drehen, in der die Zähne der beiden Zahnräder miteinander fluchten.

Die beiden Zahnräder 16 und 17 bilden den beweglichen Teil je eines induktiven (magnetischen) Gebers 20 bzw. 21 und erzeugen daher je eine Impulsfolge, deren Frequenz der Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Zahnrads verhältnisgleich ist, wobei die zeitliche Länge der Lücken zwischen den Impulsen ein Mass für den Kehrwert der Geschwindigkeit ist. Wenn das Rad 1 gebremst oder beschleunigt wird, dreht sich das Zahnrad 17 infolge der Trägheitskräfte etwas in Bezug auf das Rad 16. Der winkel dieser gegenseitigen Verdrehung und sein Vorzeichen sind dem Wert der Winkelbeschleunigung und ihrer Richtung direkt proportional. Indem man die zeitliche Lage der Geschwindigkeitsimpulse mit derjenigen der Beschieunigungs- oder Verzögerungsimpulse vergleicht, erhält man einen analog unwandelbaren Wort für die dem Rad 1 erteilte, positive oder negative Winkelbeschleunigung.

Die Wiedergabe dieser Werta erfolgt erfindungsgemäss durch den

Detektor 5_} dor bei der hier geschilderten Ausführung mehrere miteinander zusammenwirkende Stromkreise enthält, die zwei Haupt blocke 22 und 23 mit je einem Eingang bilden. Die durch das Zahnrad 17 erzeugten Signale werden dem Block 22 zugeführt, der den speichernden Spitzenwertνerstärker 58 und eine hiermit parallelgeschaltete direkte Leitung 25 zum Bremskraftvergleicher 59 enthält. Nach dem weiter oben Gesagten folgt der Verstärker 58 einem steigenden Momentanwert des zugeführten Signals sehr schnell, aber nicht oder nur langsam einem fallenden Momentanwert dieses Signals. Infolgedessen wird dem Bremskraftvergleicher 59 ständig der Wert der positiven oder negativen Radbeschleunigung zugeführt.

Eine erfindungsgemässe Bremsregeleinrichtung soll nur dann wirksam werden, wenn das dem betreffenden Rad 1 aufgedrückte Bremsmoment höher wird, als das, welches das Rad von der Fahrbahn her aufnehmen kann. Bei normalen leichten Bremsen erübrigt sich daher eine besondere Bremsregelung. Um zu vermeiden, dass der Ventilsatz 7 bei einem solchen leichten Bremsen tätig wird, enthält der Vergleicher 59 nicht dargestellte elektrische Bauteile, die eine Bremsregelung unter einem vorgegebenen, z.B. für Verzögerung geltenden Schwellwert verhindern.

Bei Beschleunigungsvorgangen Spricht der Vergleicher 59 auf zeitliche Verschiebungen zwischen Geschwindigkeits- und Beschleunigungsimpulsen an und gibt bei einem Höchstwert dieser Verschiebungen ein den Block 23 steuerndes Haltesignal ab. Da die Beschleunigung ihren Höchstwert erreicht, wenn die Bremskraft am grössten ist, erzeugt der Vergleicher also ein Haltesignal, wenn die am Rad 1 auftretende Bremskraft ihre höchste Wirkung ausübt.

Das Haltesignal wird einem zum Block 23 gehörenden Speicher h zugeführt, der ständig den vom Zahnrad 16 -erzeugten Geschwindigkeitsimpulsen folgt, bis das Haltesignal zugeführt wird. Das Haltesignal macht den Speicher h tätig insofern als der Geschwindigkeitswert, der dem mit dem Speicher h direkt verbundenen Vergleicher 6 zugeführt wird und im Speicher h stehen bleibt, die dem Scheitelwort der Bremskraft entsprechende Geschwindigkeit

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repräsentiert. Der Vergleicher 6 vergleicht diese Geschwindigkeit mit der momentanen Radgeschwindigkeit, die dem Vergleicher über eine Parallelleitung 28 zugeführt wird. In Abhängigkeit hiervon gibt er digitale Steuersignale an den Ventilsatz 7? und. gleichzeitig wird das Haltesignal entfernt.

Die obigen Ausführungsbeispiele schliessen die Möglichkeit weiterer Änderungen und Abwandlungen nicht aus, sofern die für eine erfindungsgemässe Bremsregeleinrichtung kennzeichnende Regelfunktion erzielt wird. Der kombinierte Geschwindigkeits- und Beschleunigungswertgeber 16, 17 wurde nur als Beispiel dafür geschildert, wie man Signale erzeugen kann, die sowohl Geschwindigkeit wie auch Beschleunigung eines Fahrzeugrades 1 wiedergeben. Als weiteres Beispiel sei nur erwähnt, dass man anstatt dessen einen einfachen Drehgeschwindigkeitsgeber zusammen mit einem Differenzierkreis oder einen einfachen Beschleunigungsgeber zusammen mit einem Integrierkreis benutzen kann.

Die Erfindung ist nicht an die Ari und Weise der absichtlich erzeugten Änderung des Radschlupfes gebunden. Beispielsweise können zu diesem Zwecke die Bremsbeläge der Radbremse mit sektionsweise unterschiedlichen Reibungswerten ausgeführt sein, um entsprechende Radschlupfänderungen hervorzurufen.

In vielen Fällen kann es ferner zweckmässig sein, die Bremsregeleinrichtung mit einer geeigneten Eigenfrequenz selbstschwingend zu gestalten. Das Ventil öffnet und schliesst sich hierbei, wodurch der Druck im Bremszylinder und daher auch der Radschlupf zum Pulsieren gebracht wird.

Die Phasendetektorwirkung kann auch mit nur mechanisch-hydraulischen Teilen erreicht werden, beispielsweise nach Abb. 11, wo der Phasendetektor im wesentlichen aus einem Ventil 62 besteht, in dein sich ein Kolbenschieber 60 mit zwei daran befestigten Kolben 5¹+, 61 befindet und sich je nach der auf das Rad 1 einwirkenden Bremskraft in Achsialrichtung bewegt. Dem Zwischenraum zwischen den beiden Kolben 5*+₅ 6l werden von einem Druckimpulserzeuger h-γ

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Bezugssignale zugeführt, die einen pulsierenden Druck erzeugen, der seinerseits zum Erzeugen eines pulsierenden Bremsmoments dient, Die "beiden äusseren Kammern (beiderseits des Kolbenpaares) des Detektorventils 62 sind über eine Rücklauf leitung 2*f an einen Ölbehälter 26 angeschlossen. Zwei Yentilöffnungen des Detektorventils 62 sind mit den bereits -weiter obenerwähnten Einlauf kanal en des Arbeitsventils 8 verbunden.

Die Wirkungsweise ist folgende. Wenn sich Bremskraft und Bremsdruck gleichphasig ändern, kann Drucköl durch die eine der beiden genannten Öffnungen des Detektorventils 62 das Arbeitsventil 8 erreichen und es so steuern, dass es eine weitere Erhöhung des Bremsdrucks im Radbremskreis erlaubt. Bei gegenphasiger Änderung von Bremskraft und Bremsdruck kann das Drucköl jedoch nur durch die andere genannte Öffnung das Ventil 8 erreichen und steuert es dann so, dass der Bremsdruck gesenkt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

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SAAB-SCANIA AKEIEBOLAG,

Linköping, Schweden

P atent ansprüche

Bremsregöleinrichtung zur adaptiven Regelung der Bremswirkung eines einzelnen Rades eines Fahrzeuges, welches mit herkömmlicher Bremsanlage zur Bremsung mithilfe von Bremsdruckmitteln ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messwertgeber (3) laufend die von einem Fahrzeugrad (1) aufgenommene Bremskraft abtastet und Signale, welche den Bremskraftänderungen entsprechen, erzeugt und einem Detektor (5) zuführt, der in Abhängigkeit hiervon und von dem Detektor (5) durch den Messwertgeber (3) oder durch äussore Impulsgeber (.7,h?) zugeführten Bezugssignalen das Bremskraftmaximum detektiert, wobei die Bezugssignale wahlweise Radbeschleunigung, Radgesehwindigkcit, Bremsmoment oder Bremsdruck repräsentieren können, und dass der Detektor relativ einem dement sprechenden oder einem ungefähr entsprechenden Radschlupf wert Steuersignale an mindestens eine den Bremsdruck regelnde Ventileinheit (7) in der Bremsleitung des Rades (1) abgibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t, dass der Detektor (5) ein Phasendetektor (*+9) ist, der auf Bremskraftpulsationen relativ absichtlich herbeigeführten geringen Radschlupf änderungen anspricht und abhängig hiervon Signale abgibt, die eine Bremsdrucksteigerung erlauben, wenn die Pulsationen der Bremskraft mit denjenigen des Radschlupfes gleichphasig sind, und eine Bremsdrucksenkung bewirken, wenn Gegenphasigkeit herrscht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugssignale für die absichtlich herbeigeführten geringen Radschlupfänderungen durch äussere Impulsgeber erzeugt und dem Detektor (^9) zugeführt werden, beispielsweise indem durch einen Druckimpulsgeber (^7) oder durch ein pendelndes oder schwingendes Ventil in der Ventileinheit (7) der Bremsdruck in der Bremsleitung des Rades (1) zu periodischem Pulsieren gebracht wird,

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k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3? dadurch g e kennseichnetj dass der die Bremskraftpulsationen abtastende Messwertgeber (3) entweder aus einem Kraftgeber besteht, der die zwischen Radachse (15) und Radaufhängung wirkende Kraft misst, oder durch einen Lagegeber (50), der die Stellung der gefederten Radachse (15) in Besug auf die Radaufhängung misst, oder durch einen Besehleunigungsgeber, der die lineare Beschleunigung entweder des Rades (1) oder eines von der Bremskraft direkt beeinflussten Teils der Radanbringungskonstruktion misst.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber ein Geschwindigkeit s- und/oder Besehleunigungsgeber (56,16,17) ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (5) ein Spitzenwertdetektor (57) ist, der einen Spitzenwertverstärker (58) und einen Vergleicher (59) enthalt, und dass der Vergleicher vom Messgeber (3) gelieferte Winkelbesehle-migungssignale mit einem Signal vergleicht, welches dem Verstärker (58) zugeführt und darin gelagert wird und den Höchstwert der Winkelbeschleunigung des Rades (1) während kurzzeitigem Aufheben des dem Rad normal auferlegten Bremsmoments darstellt, wobei der Vergleicher hiervon abhängige Signale abgibt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleicher (59) die Ventileinheit (7) mit den letztgenannten Signalen steuert.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (5^55^57) das Bremskraftmaximum detektiert und einen Speicherkreis (¹O steuert, welchem laufend ausserdem Geschwindigkeitssignale vom Messwertgeber (3) zugeführten werden, und dass der Speieherkreis bei Empfang eines Detektorsignals ein dem Bremskraftmaximum entsprechendes Geschwindigkeitssignal an einen Vergleicher (6) leitet und das Grenzgeschwindigkeitssignal mit direkt vom Messgeber (3) gelieferten Radgeschwin-

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digkeitssignalen vergleicht sowie in Abhängigkeit hiervon digitale Steuersignale an die Ventileinheit (7) sendet.

9· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Vergleicher (59) erzeugten Signale dem Speicherkreis (h) zugeführt v/erden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-7 ■> dadurch g e kennzei chnet, dass ein kombinierter Geschwindigkeits- und Beschleunigungsgeber zwei magnetisch (induktiv) abgetastete gezähnte Räder (16,17) enthält, die nebeneinander auf der Radachse (15) angebracht sind, dass das eine 'gezähnte Rad (1β) mit der Radachse (15) fest verbunden ist, und zur Winkelgeschwindigkeitsmessung dient, und dass das andere gezähnte Rad (17) der Winkelbeschleunigungsmessung dient und in Bezug auf das erstgenannte Rad (l6) um eine mit der Fahrzeugradachse (15) gleichachsige Achse (18) verdrehbar ist und so gefedert ist, dass es bestrebt ist in Abwesenheit einer Winkelbeschleunigungskraft in eine bestimmte Ausgangsstellung (Nullstellung) zurückzukehren.

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