DE2140658B2

DE2140658B2 - Bremskraftregler

Info

Publication number: DE2140658B2
Application number: DE19712140658
Authority: DE
Inventors: Guillaume 7500 Karlsruhe Bourg; Hubertus Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Christ; Taddaeus 6729 Woerth Hausmann; Louis 7501 Blankenloch Sales
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1971-08-13
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE2140658A1; GB1397313A; FR2149430B1; FR2149430A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bremskraftregler für Fahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und/oder 2. 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. Bei allen anderen Parameter-Kombinationen bewirkt jedoch der Regler, daß er entweder schon vor 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.

Um einen Sollwert der Regelgröße unabhängig von beliebigen Störparameterkombinationen zu erhalten, ist es bekannt, 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 oder dergleichen. Da jedoch die Umfangskraft durch den Bremsdruck hei vorgerufen 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. Aus der DT-OS 19 15 144 ist ein Bremskraftregler bekannt, bei dem die Bremse so lange wirkt, wie die Umfangskraft bei wachsendem Bremsdruck noch steigt, solange also die zeitlichen Ableitungen von Bremsdruck und Umfangskraft positiv sind, dagegen eine Rückregelung des Bremsdruckes erfolgt, 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

Uin Ab)hän^or!^ofkeit vom

aufgezeichnet. Sobald die maximale umfangskraft ü'_max bei einem günstigsten Bremsdruck p_op, 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_max noch die von p„_p, 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 Regelung nach der DT-OS 19 15 144 nicht ausreichend, weil sie voraussetzt, daß die Regelung trägheitslos auf der Kurve LJ (p) gemäß Fig. 1 verläuft. In der Praxis findet jedoch eine trägheitilose Regelung nicht statt. Infolge von auftretenden Widerständen, .-ndlichen Schallzeiten der Ventile oder dergleichen deckt sich die Kurve der Rückregelung nicht mit der Kurve der Aufwärtsregelung. Vielmehr tritt eine Art Hystereseerscheini'ng auf, die bei der Regelung zu berücksichtigen ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Bremskraftregler zu schaffen, bei welchem zum Erzielen kurzer Bremswege bei großer Spurtreue die Regelung des Bremsdruckes unter Berücksichtigung von in der Praxis auftretenden unvermeidlichen Hysteresewirkungen und Totzeiten der verwendeten Schaltglieder und Ventile erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 und/oder 2 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung und der Figuren näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine ideale Regeikurve, F i g. 2 eine reale Regelkurve,

F i g. 3 den Verlauf einer Regelung,

F i g. 4 eine Tabelle der auftretenden Vorzeichen bei Regelung nach den ersten Ableitungen,

F i g. 5 eine Vorzeichentabelle bei Regelung nach den ersten und zweiten Ableitungen und

Fig. 6 zwei Kurvenverläufe bei verschiedenen Schräglaufwinkeln.

F i g. 1 wurde bereits früher beschrieben und zeigt die ideale Regelkurve. 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 schleifenförmige Kurve ABCDEFA etwa die tatsächliche Regelkurve mit Hysteresewirkung wiedergibt.

In F i g. 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 F i g. 2 und 3 entsprechen einander.

Steigt der Bremsdruck ρ bei 0 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 Druckabbaa gegeben. Im Punkt S beginnt der Druckabbau. Die Zeit AB ist somit eo eine unvermeidliche Verlustzeit und möglichst klein anzustreben.

Während der Zeit ßCsinkt der Druck ρ zwar ab, aber aufgrund der Trägheit des Systems fällt die Umfangskraft U weiter ab in Richtung auf den Blockierzustand, h > uivi im runki Cihreii iiefsien 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. 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 diV/d/ festgestellt und das Signal zum Wiederansteigen des Bremsdruckes gegeben. Die Zeitspanne DE entspricht somit in ihrer Ursache der Zeitspanne AB.

Zur Zeit £ beginnt demnach der Bremsdruck wieder zu steigen, wobei jedoch die Umfangskraft aufgrund der Trägheit des Systems während der Zeit EFnoch weiter fällt, um sich erst zur Zeit Fwieder zu fangen, um danach wieder zum Punkt A anzusteigen. Diese Zeitspanne EF entspricht in ihrer Ursache der Zeitspanne BC. Danach steigt im Abschnitt FA 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 F i g. 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 Regeldruckänderung, in der dritten Spalte dU/dt die Vorzeichen der Umfangskraftänderung nach der Zeit und in RC der Regelzustand des Reglers eingetragen.

Wie ersichtlich, tritt zweimal die Vorzeichenkombination Η—, und zwar in den Abschnitten A—Bund E-F,

und zweimal die Vorzeichenkombination , und

zwar in den Abschnitten B-C und D-E auf. Der Regler soll jedoch, wobei ein Ansprechen des Reglers lediglich zum Rückregeln vorausgesetzt wird, nur im Abschnitt Λ — ß 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 -t- — einschalten, wenn zuvor die Kombination + + gewirkt

hat, und nur dann bei der Kombination ausschalten,

wenn zuvor die Kombination —l· 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 der Umfangskraft berücksichtigt wird.

Die Tabelle in F i g. 5 enthält zusätzlich zu derjenigen nach Fig.4 eine Spalte d²U/dt², 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, di'/dr negativ und d²U/dt² ebenfalls negativ ist, während das Ausschalten dann erfolgt, wenn alle drei Werie negativ sind.

Der zuvor beschriebene Bremskraftregler regelt auf maximale Umfangskraft in Längsrichtung des Fahrzeu-

ges, d. h. er 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.

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 die Seitenführungskraft, errechnet sich R aus Ri = U² + S². Statt auf i',„,„ oder S„_w, wird alsdann auf /?,„.„ bzw. R_nm ² geregelt.

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

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

größte 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 Seitenführungskraft kann ferner von emem bestimmter Wert des Lenkeinschlages und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig gemacht werden, beispielsweise derart, daß die Regelung auf Seitenführungskraft nut dann in Wirkung gesetzt wird, wenn der Lenkeinschlag einen bestimmten Wert überschritten hat.

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 de: Auslaßventils, »AUS« das Schließen des Auslaß- unc das öffnen des Einlaßventils.

Für die Ansprüche 3 bis 8 wird Schutz nur ir Verbindung mit dem Anspruch 1 und/oder 2 begehrt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bremskraftregler für Fahrzeuge, insbesondere elektronischer Bremskraftregler und insbesondere für Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge, mit Rückregelung des Bremsdruckes des Druckregelmittels beim Überschreien einer maximalen, am Rade wirkenden Kadumfangskraft und mit Ausschaltung der Rückregelung bei wieder abnehmerder Radumfangskraft nach erfolgtem Rücküberschreiten des Maximalwertes, wobei das Ein- und Ausschalten der Rückregelung des Bremsdruckes (p) durch Signale gesteuert wird, die durch die Vorzeichen der seitlichen Ableitungen {dUldt und dp/dt)der Umfangskraft (U)und des Bremsdruckes (p)gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückregelung des Bremsdruckes bei steigendem Bremsdruck und abnehmender Radumfangskraft (dp/dt positiv, dUldt negativ) nur dann M 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, dUldt negativ) ausgeschaltet wird, wenn zuvor die Radumfangskraft bei fallendem Bremsdruck zunahm {dUldt positiv bei dp/dt negativ).

2. Bremskraftregler für Fahrzeuge 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, wobei das Ein- und Ausschalten der Rückregelung des Bremsdruckes (p) durch Signale gesteuert wird, die durch die Vorzeichen der zeitlichen Ableitungen (dU/dtund dp/dt)der Umfangskraft (U) und des Bremsdruckes (p) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückregeln eingeschaltet wird, wenn dp/dt positiv und gleichzeitig dUldt und d²U/dt² negativ sind, und ausgeschaltet wird, wenn sowohl dp/dt als auch dU/dt und d²U/dt² negativ sind.

3. Bremskraftregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radumfangskraft (U) durch eine Verknüpfung von Radumfangskraft (U)nnd Seitenführungskraft ^ersetzt ist.

4. Bremskraftregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung die Resultierende (R)ist, die sich aus R² = U² + S² errechnet.

5. Bremskraftregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Radumfangskraft (U) und Seitenführungskraft (S) in Abhängigkeit vom Lenkeinschlag und/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit bewertet werden.

6. Bremskraftregler nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung nur dann die Umfangskraft ersetzt, wenn ein Schwellenwert des Lenkeinschlags überschritten ist.

7. Bremskraftregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 verwendet wird. >>·>

8. Bremskraftregler nach einem der Ansprüche i bis 7, mit Lieferung des Bremsdruckes unter Verwendung eines Einlaß- und eines Auslaßventils für den Bremsdruckzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Rückregelung des Bremsdruckes das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet und zur Beendigung des Rückregeins das Auslaßventil geschlossen und das Einlaßventil geöffnet wird.