DE2140658A1

DE2140658A1 - Bremskraftregler

Info

Publication number: DE2140658A1
Application number: DE19712140658
Authority: DE
Inventors: Guillaume Bourg; Hubertus Dr Ing Christ; Taddaeus Hausmann; Louis Sales
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1971-08-13
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1973-03-01
Also published as: DE2140658B2; FR2149430B1; GB1397313A; FR2149430A1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Palm 9034A ·

Stuttgart-üntertürkheim 12.8.1971

Mercedesstraße

"Bremskraftregler"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bremskraftregler für Fahrzeuge, insbesondere einen elektronischen Bremskraftregler und insbesondere für Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge, mit Rückregelung des Bremsdruckes des Druckregelmittels beim Überschreiten einer maximalen, am Rade wirkenden Radumfangskraft und mit Ausschaltung der Rückregelung bei wieder abnehmender Radumfangskraft nach erfolgtem Rücküberschreiten des Maximums. Bisher bekannte Regelungen der Bremskraft zu dem Zweck, die zur Verfügung stehende Bremskraft maximal auszunutzen, verwenden als Regelgröße direkt oder indirekt die Winkelverzögerung bzw. -beschleunigung des Rades.

Die Größe der Winkelverzögerung, die ein Überschreiten des Maximums anzeigt, hängt von verschiedenen Parametern wie Fahrbahn und Reifenbeschaffenheit, Radlast, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Schlupf, Bremsdruck usw. ab. Der einmal eingestellte Ansprechwert der Winkelverzögerung gewährleistet demnach im allgemeinen nur für eine bestimmte Parameter-Kombination einen optimalen Bremsvorgang. Bai allen anderen Parameter-Kombinationen bewirkt jedoch der Regler, daß er

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entweder schonvor Erreichen der maximalen Bremskraft anspricht, diese also nicht erreicht wird, oder erst nach Überschreiten des Bremskraftmaximums anspricht, so daß er u.U. sogar ein Blockieren der Räder nicht verhindern kann. Nicht zuletzt aus diesem Grunde kommen derartige Regelungen, wenn sie funktionieren sollen, nicht ohne einen zusätzlichen Drehzahlvergleich der einzelnen Räder untereinander aus.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, um einen Sollwert der Regelgröße unabhängig von beliebigen Störparameterkombinationen zu erhalten, die Größe der Umfangskraft, die zwischen Reifen und Fahrbahn übertragen werden kann, als Regelgröße zu verwenden. Das ist in allen jenen fällen möglich, in denen die Umfangskraft innerhalb des Bremsschlupfbereiches ein ausgeprägtes Maximum besitzt. Dabei hängt auch die Umfangskraft und ihr Maximalwert von verschiedenen Parametern ab, z.B. von der Fahrbahn- bzw. Reifenbeschaffenheit, der Radlast, der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Bremsschlupf od.dgl. Da jedoch die Umfangskraft durch den Bremsdruck hervorgerufen wird, kann man die Umfangskraft als Funktion des Bremsdruckes deuten. Es besteht dann die Möglichkeit, den Bremsdruck in Abhängigkeit von der Umfangskraft, die ihrerseits vom Bremsdruck abhängt, zu regeln, wobei die Änderungen aller anderen Parameter mitberücksichtigt sind. Es wurde daher vorgeschlagen, die Bremse so lange

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wirken zu lassen, wie die Umfangskraft bei wachsendem Bremsdruck noch steigt, solange also die zeitlichen Ableitungen von Bremsdruck und Umfangskraft positiv sind, dagegen eine Rückregelung des Bremsdruckes zu bewirken, wenn bei steigendem Bremsdruck die Umfangskraft abnimmt, d.h. wenn bei positiver zeitlicher Ableitung des Bremsdruckes die zeitliche Ableitung der Umfangskraft negativ ist.

In Fig. 1 ist die ideale Regelungskurve für die Radumfangskraft U in Abhängigkeit vom Bremsdruck ρ aufgezeichnet. Sobald die maximale Umfangskraft U„_QV bei einem günstigsten

UlSiX.

Bremsdruck P_ODfc überschritten wird, setzt die Regelung des Bremsdruckes im Sinne einer Rückregelung auf Erniedrigung des Bremsdruckes ein. Der Vorteil einer solchen Regelung

liegt darin, daß weder die Größe von U„,„. noch die von ρ

max op X/

bekannt zu sein braucht, weil als Regelgröße nur das Kriterium für das Auftreten eines Maximums, nämlich der Vorzeichenwechsel der Ableitung verwendet wird.

Trotzdem ist eine solche Regelung nicht ausreichend, weil sie voraussetzt, daß die Regelung trägheitslos auf der Kurve U (p) gemäß Fig. 1 verläuft. In der Praxis findet jedoch eine trägheitslose Regelung nicht statt. Infolge von auftretenden Widerständen, endlichen Schaltzeiten der Ventile od.dgl. deckt sich die Kurve der Ruckregelung nicht mit der Kurve der Aufwärtsregelung. Vielmehr tritt eine Art Hystereseerscheinung auf, die bei der Regelung

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zu berücksichtigen ist. Ohne Kenntnis dieser Zusammenhänge, aber wohl aufgrund von Erfahrungen wurde deshalb vorgeschlagen, zusätzlich zi der ümfangskraft als Regelgröße die Winkelverzögerung (bzw. -beschleunigung) des einzelnen Rades heranzuziehen.

Die Erfindung beruht auf der genauen Analyse der zu beobachtenden Hystereseerscheinung sowie auf der sich daraus weiter ergebenden Schlußfolgerung, daß das Ansprechen des Bremsdruckreglers nicht allein von den augenblicklichen Vorzeichen der zeitlichen Ableitungen der Ümfangskraft und des Bremsdruckes bzw. der Kombination beider abhängig ist, sondern einer differenzierteren Berücksichtigung bedarf.

Die Erfindung beruht des weiteren auf der Erkenntnis, daß eine Bremsdruckregelung allein unter Verwendung der Vorzeichen der zeitlichen Ableitungen von Bremsdruck und Ümfangskraft, ohne Hinzuziehung weiterer Hilfsgrößen wie Radgeschwindigkeit oder Radverzögerung möglich ist, und besteht darin, daß das Ein- und Ausschalten der Rückregelung des Bremsdruckes ρ durch Signale gesteuert wird, die unter Berücksichtigung der Hysteresewirkung des Regelvorganges durch die Vorzeichen der zeitlichen Ableitungen dU/dt und dp/dt der Ümfangskraft U und des Bremsdruckes ρ gebildet werden.

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Insbesondere wird die Rückregelung des Bremsdruckes bei steigendem Bremsdruck und abnehmender Radumfangskraft (dp/dt positiv, dU/dt negativ) nur dann eingeleitet, wenn zuvor Radumfangskraft und Bremsdruck anstiegen (dU/dt positiv und dp/dt positiv), und nur dann bei abnehmendem Bremsdruck und abnehmender Radumfangskraft (dp/dt negativ, dU/dt negativ) ausgeschaltet, wenn zuvor die Radumfangskraft bei fallendem Bremsdruck zunahm (dU/dt positiv bei dp/dt negativ). An sich mehrdeutige Vorzeichenkombinationen werden hierbei durch die gleichzeitig verwendeten zeitlich verschobenen Informationen zu eindeutigen Signalen für die Bremsdruckabsenkung bzw. -erhöhung verarbeitet.

Die Regelung kann auch trotz mehrdeutiger Vorzeichenkombinationen der zeitlichen Ableitungen von Bremsdruck und Umfangskraft ohne Zuhilfenahme der zeitlich verschobenen Informationen dieser Größen dadurch eindeutig erfolgen, daß anstelle der zeitlich verschobenen Informationen solche über

2 · das Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten ^Ableitung) der Umfangskraft verwendet werden.

Diese Verhältnisse seien anhand von Pig. 2 und Fig. 3 noch näher erläutert. In Fig. 2 wird die Abhängigkeit der Umfangskraft U von dem Bremsdruck ρ dargestellt mit U (p) als der idealen Regelkurve, auf der sich die Regelung im Idealfall ohne Hysteresewirkung vollzieht, während die schielfenförmige Kurve ABCDEFA etwa die tatsächliche Regelkurve mit Hysteresewirkung wiedergibt.

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In Pig. 3 ist der qualitative Verlauf der Umfangskraft U und des Bremsdruckes ρ für einen Regelzyklus über der Zeit aufgetragen. Fig. 3 zeigt außerdem noch den Verlauf der ersten Ableitungen von Bremsdruck ρ und Umfangskraft U über der Zeit. Gleiche Bezeichnungen in Fig. 2 und 3 entsprechen einander.

Steigt der Bremsdruck ρ bei O beginnend an, so steigt auch die Umfangskraft U an und erreicht im Punkt A das Maximum. Nach Überschreiten dieses Maximums und während des Abfalls in Richtung auf den Blockierzustand wird während der Zeit AB von einem Meßgerät der Wechsel des Vorzeichens von dU/dt festgestellt und das Signal zum Druckabbau gegeben. Im Punkt B beginnt der Dryckabbau. Die Zeit AB ist somit eine unvermeidliche Verlustzeit und möglichst klein anzustreben.

Während der Zeit BC sinkt der Druck ρ zwar ab, aber aufgrund der Trägheit des Systems fällt die Umfangskraft U weiter ab in Richtung auf den Blockierzustand, um im Punkt C ihren tiefsten Wert zu erreichen. Die Zeit BC ist somit wieder eine aufgrund der Trägheit des Systems unvermeidliche Verlustzeit und abhängig von den vorausgegangenen dynamischen Vorgängen, und zwar insbesondere von der Steilheit des Druckanstiegs vor Erreichen der maximalen Umfangskraft.

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Während der Zeit CD sinkt der Bremsdruck weiter ab, und die Umfangskraft beginnt wieder (von der Richtung Blockieren her) in Richtung auf ihr Maximum zu steigen und erreicht dieses an der Stelle D.

Nach Überschreiten des Maximums wird während der Zeit DE von einem Meßgerät der Vorzeichenwechsel von dU/dt festgestellt und das Signal zum Wiederansteigen des Bremsdruckes gegeben. Die Zeitspanne DE entspricht somit in ihrer Ursache der Zeitspanne AB.

Zur Zeit E beginnt demnach der Bremsdruck wieder zu steigen, wobei jedoch die Umfangskraft aufgrund der Trägheit des Systems während der Zeit EP noch weiter fällt, um sich erst zur Zeit P wieder zu fangen, um danach wieder zum Punkt A . anzusteigen. Diese Zeitspanne EF entspricht in ihrer Ursache der Zeitspanne BC. Danach steigt im Abschnitt PA die Umfangskraft bei steigendem Bremsdruck wieder zu ihrem Maximum an.

Damit ist ein Regelzyklus durchlaufen, der sich beliebig oft, z.B. bis zum Stillstand des Fahrzeuges, wiederholen kann.

In der Tabelle nach Fig. 4 sind die Vorzeichenkombinationen der Ableitungen für die einzelnen Abschnitte eingetragen. In der ersten Spalte a sind hierbei die einzelnen Abschnitte, in der zweiten Spalte dp/dt die Vorzeichen der Regeldruck-

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änderung, in der dritten Spalte dU/dt die Vorzeichen der Umfangskraftänderung nach der Zeit und in Rg der Regelzustand des Reglers eingetragen.

Wie ersichtlich, tritt zweimal die Vorzeichenkombination + -, und zwar in den Abschnitten A-B und E-P, und zweimal die Vorzeichenkombination - -, und zwar in den Abschnitten B-C und D-E auf. Der Regler so/11 jedoch, wobei ein Ansprechen des Reglers lediglich zum Rückregeln vorausgesetzt wird, nur im Abschnitt A-B eingeschaltet werden und im Abschnitt D-E ausgeschaltet werden. Damit der Regler aber nur innerhalb des richtigen Abschnittes auf die Vorzeichenkombination der Differentialquotienten anspricht, muß jeweils auch die Vorzeichenkombination des vorangehenden Abschnittes, d.h. die "Vorgeschichte" der Vorzeichenkombination, berücksichtigt werden. Der Regler darf also nur dann bei der Kombination + einschalten, wenn zuvor die Kombination ++ gewirkt hat, und nur dann bei der Kombination — ausschalten, wenn zuvor die Kombination -+ gewirkt hat.

In der Praxis kann dieses in einfacher und bekannter Weise auf elektronischem Wege erfolgen.

Statt einer Abhängigkeit von der "Vorgeschichte" der Regelung ist auch eine Regelung für das Ein- und Ausschalten des Reglers möglich, indem neben der ersten Ableitung von Bremsdruck ρ und Umfangskraft U noch die zweite Ableitung

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der Umfangskraft berücksichtigt wird.

Die Tabelle in Pig. 5 enthält zusätzlich zu derjenigen nach

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Fig. 4 eine Spalte d U/dt , in der die Vorzeichen der zweiten Ableitung der Umfangskraft U für die einzelnen Abschnitte eingetragen sind. Wie aus den stark umrandeten Zeilen hervorgeht, kann in diesem Falle das Einschalten dann erfolgen, wenn dp/dt positiv, dU/dt negativ und d²U/dt² ebenfalls negativ ist, während das Ausschalten dann erfolgt, wenn alle drei Werte negativ sind.

Der zuvor beschriebene Bremskraftregler regelt auf maximale Umfangskraft in Längsrichtung des Fahrzeuges, d.h. e,r. wirkt so, daß bei Geradeausfahrt der kürzeste Bremsweg erzielt wird.

Die gleichen Überlegungen wie für die Umfangskraft gelten auch für eine Regelung, bei der auf maximale Seitenführungskraft geregelt wird. Es muß in diesem Falle die von der Fahrbahn auf den Reifen übertragene, in Querrichtung des Fahrzeugs wirkende Kraft gemessen werden. Das Vorzeichen der zeitlichen Veränderung dieser Kraft gibt dann zusammen mit dem Vorzeichen der Bremsdruckänderung ein Signal zum Einsetzen des Reglers.

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Desgleichen ist die erfindungsgemäße Regelung auch auf eine kombinierte Regelung anwendbar, bei der auf das Maximum der Resultierenden von Umfangs- und Seitenführungskraft geregelt wird. Ist R die Resultierende und S

ο 9 P

die Seitenführungskraft, errechnet sich R aus R =» IT* + S

Statt auf U_max oder S_max wird alsdann auf R_max bzw. E^ geregelt.

In Fig. 6 sind zwei mögliche Kurvenverläufe aus einer Kurvenschar, die verschiedenen Schräglaufwinkeln entsprechen, für die Regelung auf R_n _v dargestellt.

Die Regelung auf maximale Resultierende hat den Vorteil, daß sie die schnellste Energieveränderung, d,h. größte

Il

Leistung ermöglicht. Außerdem wird sie immer dann nötig sein, wenn die Umfangskraft innerhalb des Schlupfbereichs kein ausgeprägtes Maximum besitzt, während der Resultierenden regelmäßig ein solches Maximum zukommt. Im übrigen gilt bezüglich der Hysteresewirkung für die Seitenführungskraft und die Resultierende Gleiches wie für die Radumfangskraft.

Die Wahl der Regelung auf Radumfangskraft und SeitenfUhrungskraft kann ferner von einem bestimmten Wert des Lenkeinschlages und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig gemacht werden, beispielsweise derart, daß die Regelung auf Seitenführungskraft nur dann in Wirkung gesetzt wird, wenn der Lenkeinschlag einen bestimmten Wert überschritten hat.

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Anstatt des Vorzeichens der Regelgröße dR/dt kann auch ein Schwellwert festgelegt werden, der vom Lenkeinschlag und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit derart abhängig gemacht wird, daß sich die R„_ -Re ge lung in Richtung auf ^ümax ^{oder S}max ^verschiebt.

Es ist auch möglich, in Abhängigkeit von dem Lenkeinschlag und.der Geschwindigkeit des Fahrzeuges die zu erwartende am Fahrzeug wirkende Zentrifugalkraft feststellen und mit Hilfe dieser Information den Schwellwert selbständig einstellen zu lassen.

Insgesamt sind zweckmäßig die Betätigungsmechanismen für Bremse, Motor und Getriebe zusammen mit den entsprechenden Regeleinrichtungen so zu koppeln, daß nur ein einziger Bedienungshebel erforderlich ist, der bei Bewegung in einer Richtung schnelleres Fahren und bei Bewegung in der anderen Richtung langsameres Fahren bewirkt, wobei nach Möglichkeit ein stetiger Übergang vorgesehen sein soll. |

Zur Rückregelung des Druckes können getrennt gesteuerte Ein- und Auslaßventile der Radbremszylinder verwendet werden. "EIN" bedeutet in diesem Falle das Schließen des Einlaß- und das öffnen des Auslaßventlies, "AUS" das Schließen des Auslaß- und das öffnen des Einlaßventiles.

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Claims

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Ansprüche:

( 1. !Bremskraftregler für Fahrzeuge, insbesondere elektro-— nischer Bremskraftregler und insbesondere für Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge, mit Rückregelung des Bremsdruckes des Druckregelmittels beim Überschreiten einer maximalen, am Rade wirkenden Radumfangskraft und mit Ausschaltung der Rückregelung bei wieder abnehmender Radumfangskraft nach erfolgtem Rücküberschreiten des Maximalwertes, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten der Rückregelung des Bremsdruckes (p) durch Signale gesteuert wird, die unter Berücksichtigung der Hysteresewirkung des Regelvorganges durch die Vorzeichen der zeitlichen Ableitungen (dU/dt und dp/dt) der Umfangskraft (u) und des Bremsdruckes (p) gebildet werden.
2. Bremskraftregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückregelung des Bremsdruckes bei steigendem Bremsdruck und abnehmender Radumfangskraft (dp/dt positiv, dU/dt negativ) nur dann eingeleitet wird, wenn zuvor Radumfangskraft und Bremsdruck anstiegen (dU/dt positiv und dp/dt positiv), und nur dann bei abnehmendem Bremsdruck und abnehmender Radumfangskraft (dp/dt negativ, dU/dt negativ) ausgeschaltet wird, wenn zuvor die Radumfangskraft bei fallendem Bremsdruck zunahm (dU/dt positiv bei dp/dt negativ).

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3« Bremskraftregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückregeln eingeschaltet wird, wenn dp/dt positiv

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und gleichzeitig dU/dt und d U/dt negativ sind, und ausgeschaltet wird, wenn sowohl dp/dt als auch dU/dt und d²ü/dt² negativ sind.
4· Bremskraftregler nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Regelvorgang statt in Abhängigkeit von der Radumfangskraft (U) oder - vorzugsweise - zusätzlich hierzu in Abhängigkeit von der Seitenführungskraft (s) des Rades bzw. in Abhängigkeit von der Resultierenden (R) beider Kräfte gesteuert wird.
5. Bremskraftregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Umfangskraft des Rades dessen Achskraft in Längsrichtung und als Maß für die Seitenführungskraft des Rades dessen Achskraft in Querrichtung des Rades verwendet wird.
6. Bremskraftregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Lieferung des Bremsdruckes unter Verwendung eines Einlaß- und eines Auslaßventils für den Bremsdruckzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückregelung des Bremsdruckes das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet und zur Beendigung des Rückregeins das Auslaßventil geschlossen und das Einlaßventil geöffnet wird«

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7. Bremskraftregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges, die Betätigungsmechanismen für Bremse, Motor und Getriebe koppelndes Bedienungsglied, insbesondere Bedienungshebel, vorgesehen ist, der bei Bewegung in einer Richtung schnelleres Fahren und bei Bewegung in der anderen Richtung langsameres Fahren bewirkt.

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