-
Die Erfindung betrifft ein Antiblockierregelsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
-
Ein Antiblockierregelsystem mit diesen Merkmalen ist aus der DE-OS 19 14 765 bekannt.
-
Bei diesem bekannten Antiblockierregelsystem wird bei jedem beliebigen Untergrund Druck bereits mit dem Austreten des Beschleunigungssignals wieder aufgebaut.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antiblockierregelsystem zu schaffen, das auch auf glatten Straßen ein Blockieren der Hinterräder sicher verhindert.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Aus der DE-OS 17 55 775 (Fig. 3 und 4) ist zwar bereits ein Antiblockierregelsystem bekannt, das den Bremsdruck ebenfalls bei Überschreiten einer Verzögerungsschwelle abbaut und erst nach Abklingen der nachfolgenden Beschleunigung wieder aufbaut. Diese Veröffentlichung gibt jedoch keine Anregung in Richtung der Erfindung, nämlich in Abhängigkeit vom Untergrund zwischen der eingangs geschilderten Methode der Bemessung der Druckabbauzeit und der oben geschilderten Methode für diese Bemessung umzuschalten und dadurch die Druckabbauzeit in Abhängigkeit vom Untergrund optimaler zu bemessen.
-
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachstehend werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
-
Fig. 1 - eine schematische Darstellung einer Bremslage für eine Kraftfahrzeug-Hinterachse,
-
Fig. 2 - eine schematische Darstellung der Anordnung eines Beschleunigungssensors,
-
Fig. 3 - ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und
-
Fig. 4 - einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels.
-
In Fig. 1 ist mit 10 ein Hauptbremszylinder bezeichnet, in dem der Bremsdruck mit Hilfe eines Kolbens 11 erzeugt wird. Der Kolben 11 wird durch ein nicht dargestelltes Bremspedal betätigt. An den Hauptbremszylinder 10 sind über eine Bremsleitung 12 und ein Druckregelventil 13 zwei Radbremszylinder 14, 15 angeschlossen. Die Bremsdrucksteuereinrichtung 13 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und wird mit Hilfe einer Magnetwicklung 20 betätigt. In seiner Ruhestellung gibt das 3/2-Ventil 13 für das Druckmittel den Weg von der Bremsleitung 12 zu den Radbremszylindern 14, 15 frei. In der Arbeitsstellung verbindet das 3/2- Ventil 13 die Radbremszylinder 14, 15 mit einem Behälter 17, aus dem abgelassenen Druckmittel mit Hilfe einer Rückförderpumpe 18 über ein Rückschlagventil 19 in die Bremsleitung 12 zurückgefördert wird. In der Ruhestellung des 3/2-Ventils 13 kann also der Bremsdruck p in den Radbremszylindern 14, 15 erhöht werden, während der Bremsdruck abgesenkt wird, sobald das 3/2 -Ventil 13 in seiner Arbeitsstellung ist.
-
In Fig. 2 ist die angetriebene Hinterachse eines Kraftfahrzeugs mit zwei Rädern 24 dargestellt. Die Räder 24 werden von einer Kardanwelle 26 über ein Differentialgetriebe 25 angetrieben. Mit der Kardanwelle 26 ist ein Impulsgeber 27 mechanisch verbunden, der an seinem elektrischen Ausgang eine Wechselspannung gibt, deren Frequenz proportional zur Drehzahl der Kardanwelle 26, also proportional zur mittleren Drehzahl der Hinterräder 24 ist. Dem Impulsgeber 27 ist ein Frequenz- Gleichspannungs-Umsetzer 28 nachgeschaltet. Derartige Kombinationen vom Impulsgeber mit Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzern werden bei Antiblockierregelsystemen allgemein als Drehzahlgeber verwendet. Die Größe der an einer Klemme 32 abnehmbaren Ausgangsspannung des Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzers 28 ist proportional zur Drehzahl der Kardanwelle 26.
-
An den Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 28 schließt sich ein Differenzierer 30 an. Der Impulsgeber 27, der Frequenz- Gleichspannungs-Umsetzer 28 und der Differenzierer 30 bilden zusammen einen Beschleunigungssensor 31. Anstelle solcher elektrischer Sensoren werden vielfach bei Antiblockierregelsystemen auch mechanische Beschleunigungssensoren mit trägen Massen verwendet.
-
In Fig. 3 ist das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antiblockierregelsystems dargestellt. Vom Beschleunigungssensor ist dabei nur der Differenzierer 30 eingezeichnet. An den Differenzierer 30 ist ein Tiefpaßfilter 34 angeschlossen, dessen Ausgang mit den Eingängen eines ersten und eines zweiten Schwellwertschalters 41, 42 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Schwellwertschalters 41 ist mit dem Setzeingang S eines Speichers 45 und mit dem Eingang einer monostabilen Kippstufe 35 verbunden. Die Ausgänge der monostabilen Kippstufe 35 und des zweiten Schwellwertschalters 42 liegen an Eingängen eines UND-Gatters 36. Dem Rücksetzeingang R des Speichers 45 ist ein ODER- Gatter vorgeschaltet, dessen erster Eingang mit dem UND- Gatter 36 und dessen zweiter Eingang über eine Umkehrstufe 38 mit dem Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 42 verbunden ist. Der Ausgang des Speichers 45 dient zur Ansteuerung der Magnetwicklung 20 des Druckregelventils 13.
-
Der Speicher 45 ist beim Ausführungsbeispiel aus Sicherheitsgründen als monostabile Kippstufe mit Setz- und Rücksetzeinrichtung ausgebildet. Im normalen Betrieb wird die monostabile Kippstufe abwechselnd über beide Eingänge angesteuert und wirkt daher wie eine bistabile Kippstufe. Es kann jedoch vorkommen, daß der Speicher 45 durch einen Störimpuls gesetzt wird, ohne daß die Hinterräder blockiert hätten, oder daß infolge eines Schaltungsfehlers der Rücksetzimpuls ausbleibt. Die mit dem Setzen des Speichers 45 begonnene Druckabsenkung wird dann nach Ablauf der monostabilen Impulsdauer von vorzugsweise etwa 400 bis 500 Millisekunden automatisch beendet.
-
In der folgenden Funktionsbeschreibung wird die Erdbeschleunigung g von ungefähr 10 m/s2 als Maß für die Radumfangsbeschleunigung verwendet. Das Tiefpaßfilter 34 weist beim Ausführungsbeispiel eine obere Grenzfrequenz von 18 Hertz auf. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 34 ist daher gegenüber dem Ausgangssignal des Differenzierers 30 um etwa 15 Millisekunden zeitlich verzögert. Dafür sind aber Störspannungsspitzen weitgehend ausgefiltert, so daß es nicht zu Fehlauslösungen der beiden Schwellwertschalter 41, 42 kommen kann. Die Schaltschwelle b 1 des ersten Schwellwertschalters 41 ist auf -3 g festgelegt, während die Schaltschwelle b 2 des zweiten Schwellwertschalters 42 bei +1 g liegt. Solange die Hinterräder 24 nicht beschleunigt werden und der Differenzierer 30 ein Ausgangssignal von 0 g abgibt, geben die beiden Schwellwertschalter 41, 42 O-Signale ab, d. h. ihre Ausgänge liegen auf Minuspotential.
-
Bei einer normalen Bremsung kommen die Hinterräder 24 nicht zum Blockieren, und es werden auf trockener Straße maximale Fahrzeugverzögerungen von -1 g erreicht. Gleich groß ist auch die ohne Blockieren maximal zu erreichende Radverzögerung. Wird aber das Bremspedal zu stark betätigt, dann steigt der Druck in der Bremsleitung 12 und in den Radbremszylindern 14, 15 so weit an, daß die Hinterräder 24 zu blockieren beginnen. Die Schaltwelle b 1 von -3 g wird unterschritten und der erste Schwellwertschalter 41 gibt an seinem Ausgang ein L-Signal ab, d. h. der Ausgang liegt auf Pluspotential. Über den Setzeingang S wird jetzt der Speicher 45 gesetzt. Die Magnetwicklung 20 wird erregt, und das Druckregelventil 13 gelangt in seine Arbeitsstellung, in der Druckmittel aus den Radbremszylindern 14, 15 in den Behälter 17 abfließen kann. Dadurch wird der Bremsdruck p abgesenkt, das Bremsmoment nimmt ab und die Hinterräder werden umso stärker wieder beschleunigt, je kleiner das Bremsmoment wird.
-
Mit Hilfe der monostabilen Kippstufe 35, die an ihrem Ausgang nach dem Ansprechen des ersten Schwellwertschalters 41 für etwa 60 Millisekunden ein L-Signal abgibt, kann das Antiblockierregelsystem nach Fig. 3 zwischen zwei verschiedenen Straßenzuständen unterscheiden. Auf trockener Straße werden die Hinterräder beim Nachlassen des Bremsdrucks sehr schnell wieder beschleunigt, und schon weniger als 60 Millisekunden nach dem Ansprechen des ersten Schwellwertschalters 41 überschreitet die Radbeschleunigung den Schwellwert b 2 von +1 g des zweiten Schwellwertschalters 42. Es liegen dann sowohl am Ausgang der monostabilen Kippstufe 35 als auch am Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 42 L-Signale, so daß auch das UND-Gatter 36 ein L-Signal abgibt und über das ODER-Gatter 37 den Speicher 45 zurücksetzt. Durch das Rücksetzen des Speichers 45 wird die Magnetwicklung 20 wieder stromlos und das Druckregelventil 13 fällt zurück in seine Ruhelage, so daß der Bremsdruck in den Radbremszylindern 14, 15 ansteigen kann. Infolge des Anstiegs des Bremsdrucks nimmt die Radbeschleunigung schnell wieder ab, und es werden wieder Radverzögerungen erreicht. Das beschriebene Spiel wiederholt sich periodisch.
-
Auf glatter Straße wird dagegen für die Wiederbeschleunigung der Hinterräder eine Zeit benötigt, die länger dauert als der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe 35. Die monostabile Kippstufe 35 ist daher schon wieder zurückgekippt, wenn die Schaltschwelle b 2 von +1 g überschritten wird. Am UND-Gatter 36 liegt jetzt nur vom zweiten Schwellwertschalter 42 her ein einzelnes L-Signal, so daß der Ausgang des UND-Gatters 36 weiterhin ein O-Signal abgibt. Trotz Überschreiten der Schaltschwelle b 2 wird daher der Bremsdruck weiter abgesenkt. Erst wenn die Wiederbeschleunigung der Hinterräder wieder abnimmt und den Schwellwert b 2 von +1 g wieder unterschreitet, kann man annehmen, daß auch auf glatter Straße die Radumfangsgeschwindigkeit der beiden Hinterräder 24 wieder nahezu so groß wie die Fahrzeuggeschwindigkeit geworden ist. Nach dem Unterschreiten der Schaltschwelle b 2 gibt der zweite Schwellwertschalter 42 wieder ein O-Signal ab, das von der Umkehrstufe 38 in ein L-Signal invertiert wird. Dieses L-Signal setzt den Speicher 45 über den Rücksetzeingang R zurück. Weil die Magnetwicklung 20 keinen Strom mehr führt, fällt jetzt das 3/2-Ventil 13 in seine Ruhelage zurück. Auch auf glatter Straße wechselt also das 3/2-Ventil 13 periodisch zwischen seiner Ruhestellung und seiner Arbeitsstellung. Der Unterschied besteht darin, daß auf glatter Straße der Bremsdruck p länger abgesenkt wird, nämlich bis zum Zurückkippen des zweiten Schwellwertschalters 42. Dadurch wird auf glatter Straße ein niedrigerer mittlerer Bremsdruck p eingeregelt.
-
Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist für ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb vorgesehen, bei dem also ein Differentialgetriebe für die Hinterachse vorgesehen ist. Deshalb sind den beiden Hinterrädern zwei Impulsgeber mit nachgeschalteten Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzern 128, 129 zugeordnet. Die Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 128, 129 sind einerseits an Eingänge einer Mittelwertstufe 154und andererseits an Eingänge einer Extremwert-Auswahlschaltung 155 angeschlossen. Die Ausgänge der Mittelwertstufe 154 und der Extremwert-Auswahlschaltung 155 sind mit Eingängen eines Komparators 156 verbunden.
-
Der Differenzierer 130 ist mit seinem Eingang an den Ausgang der Mittelwertstufe 154 und mit seinem Ausgang an die Eingänge eines ersten Tiefpaßfilters 133 und eines zweiten Tiefpaßfilters 134 angeschlossen. Das erste Tiefpaßfilter 133 ist dem ersten Schwellwertschalter 141 und das zweite Tiefpaßfilter 134 dem zweiten Schwellwertschalter 142 vorgeschaltet. Die Ausgänge des ersten Schwellwertschalters 141 und des Komparators 156 liegen über ein ODER-Gatter 153 am Setzeingang S des Speichers 145. Die Schaltungsverknüpfung der monostabilen Kippstufe 135, des UND-Gatters 136, der Umkehrstufe 138 und des ODER-Gatters 137 ist gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Es sind lediglich die Bezugszahlen um 100 erhöht.
-
Die Mittelwertstufe 154 enthält einen als Emitterfolge dienenden Transistor 540, der mit seinem Kollektor an eine Plusleitung 60 und mit seinem Emitter über einen Widerstand 543 an eine Minusleitung 61 angeschlossen ist. Die beiden Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 128, 129 sind über Eingangswiderstände 541, 542 mit der Basis des Transistors 540 verbunden.
-
Die Extremwert-Auswahlschaltung 155 enthält zwei Dioden 551, 552, deren Anoden mit den Ausgängen der Frequenz- Gleichspannungs-Umsetzer 128, 129 verbunden sind. Die miteinander verbundenen Kathoden der Dioden 551, 552 bilden den Ausgang der Extremwert-Auswahlschaltung 155 und liegen über einen Widerstand 554 an der Minusleitung 61. Zum Vergleich der Ausgangsspannungen der Mittelwertstufen 154 und der Extremwert-Auswahlschaltung 155 dient im Komparator 156 ein Operationsverstärker 560. Dieser Operationsverstärker 560ist mit seinem nichtinvertierenden Eingang an den Ausgang der Mittelwertstufe 154 und mit seinem invertierenden Eingang über einen Eingangswiderstand 566 an den Ausgang der Extremwert-Auswahlschaltung 155 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 560 liegt über einen Widerstand 561 an der Plusleitung 60 und über einen Widerstand 562 an der Basis eines Transistors 563. Der Transistor 563 dient zur Signalumkehr und ist mit seinem Emitter an die Minusleitung 61 und mit seinem Kollektor über einen Widerstand 564 an die Plusleitung 60 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 563 bildet den Ausgang des Komparators 156 und ist über einen zur Mitkopplung dienenden Widerstand 565 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 560 angeschlossen.
-
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Schaltschwelle b 1 des ersten Schwellwertschalters 141 auf -1,5 g festgelegt, während die Schaltschwelle b 2 des zweiten Schwellwertschalters 142 mit +1 g gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel gewählt ist. Das erste Tiefpaßfilter 133 weist eine obere Grenzfrequenz von 6 Hertz und das zweite Tiefpaßfilter eine obere Grenzfrequenz von 18 Hertz auf.
-
Wenn man von der Extremwert-Auswahlschaltung 155 und vom Komparator 156 absieht, dann ist die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 weitgehend gleich wie die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 3. Am Verbindungspunkt der beiden Widerstände 541, 542 liegt eine Spannung, die gleich dem Mittelwert der Ausgangsspannungen der beiden Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 128, 129 ist. Die Mittelwertspannung wird dem Emitterfolger 540, 543 zugeführt. Die Mittelwertstufe 154 ersetzt also das Differentialgetriebe 25.
-
Die obere Grenzfrequenz des ersten Tiefpaßfilters 133 und die Schaltschwelle b 1 des ersten Schwellwertschalters 141 sind so aufeinander abgestimmt, daß sich bei normalen Regelvorgängen des Antiblockierregelsystems die gleiche Einschaltverzögerung ergibt wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Springt z. B. das Ausgangssignal des Differenzierers 130 schlagartig auf -3 g, dann liegt nach einer Verzögerungszeit von etwa 15 Millisekunden am Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters 134 (Grenzfrequenz 18 Hertz) ebenfalls das Signal -3 g. Nach der gleichen Verzögerungszeit von 15 Millisekunden liegt am Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 133 (Grenzfrequenz 6 Hertz) erst ein Signal von -1,5 g, aber dieses Signal reicht schon aus, um den ersten Schwellwertschalter 141 zum Ansprechen zu bringen.
-
Wenn im Verlauf eines zum Blockieren führenden Bremsvorgangs die Radverzögerung von -3 g unterschritten wird, dann spricht der erste Schwellwertschalter 141 also beim zweiten Ausführungsbeispiel genau gleich schnell an, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich wird beim zweiten Ausführungsbeispiel noch eine erhöhte Sicherheit erhalten. Es kann nämlich z. B. der Fall eintreten, daß der Fahrer auf glatter Straße sehr vorsichtig anbremst. Der Bremsdruck nimmt dann nur einen niedrigen Wert an, der aber auch schon zu groß sein kann. Dies führt dazu, daß die beiden Hinterräder mit einer Verzögerung von z. B. -2 g allmählich bis zum Stillstand abgebremst werden. Die Hinterräder sind dann blockiert, ohne daß beim ersten Ausführungsbeispiel der erste Schwellwertschalter 41 (Schaltschwelle -3 g) angesprochen hätte. Eine derart kleine, zum Blockieren führende Radverzögerung von -1,5 bis -2 g bringt beim zweiten Ausführungsbeispiel nach einer durch die niedrige Grenzfrequenz des ersten Tiefpaßfilters 133 bedingten Verzögerungszeit von etwa 60 bis 80 Millisekunden den ersten Schwellwertschalter 141 zum Ansprechen. Der Bremsdruck wird daher durch den Speicher 155 auf jeden Fall abgesenkt.
-
Die Extremwert-Auswahlschaltung 155 und der Komparator 156 sind vorgesehen, damit auch unsymmetrische Straßenverhältnisse berücksichtigt werden können. Bei Bremsungen auf nassen Straßen tritt ziemlich häufig der Fall ein, daß das Kraftfahrzeug mit der rechten Fahrspur in einer Wasserlache fährt. In diesem Fall ist es möglich, daß das rechte Hinterrad mit einer Verzögerung von -2,0 g bis zum Stillstand abgebremst wird, während gleichzeitig das linke Hinterrad nur eine Verzögerung von -0,8 g erreicht. Die Mittelwertstufe 154 gibt dann ein Ausgangssignal von -1,4 g ab, so daß der erste Schwellwertschalter 141 nicht ansprechen kann. Demzufolge wird das rechte Hinterrad blockiert. Wenn ein Hinterrad blockiert ist, dann ist der Mittelwert der beiden Radumfangsgeschwindigkeiten nur noch halb so groß wie die Umfangsgeschwindigkeit des sich am schnellsten drehenden Rades. Eine Gleichspannung, die proportional zur Radumfangsgeschwindigkeit des sich am schnellsten drehenden Hinterrades ist, liegt am Ausgang der Extremwert-Auswahlschaltung 155, da von den beiden Dioden 551 und 552 diejenige leitend ist, deren Anode auf der höheren Spannung liegt.
-
Sobald die Ausgangsspannung der Mittelwertstufe 154 um einen einstellbaren Betrag unter der Ausgangsspannung der Extremwert-Auswahlschaltung 155 liegt, gibt der Operationsverstärker 560 an seinem Ausgang ein O-Signal ab, das den Transistor 563 sperrt. Am Kollektor des Transistors 563 steht daher ein L-Signal an, welches über das ODER-Gatter 153 den Speicher 145 setzt. Der Bremsdruck wird daher abgesenkt, sobald der Mittelwert der Radumfangsgeschwindigkeiten um einen bestimmten Betrag unter die Umfangsgeschwindigkeit des sich am schnellsten drehenden Hinterrades abgefallen ist. Der Differenzbetrag läßt sich durch die Dimensionierung der Widerstände 554 und 566 einstellen. Dabei ist auch noch die Durchlaßspannung der Dioden 551, 552 zu kompensieren, die bei Siliziumdioden 0,7 Volt beträgt.
-
Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Antiblockierregelsystems lösen also die eingangs gestellte Aufgabe. Auch auf glatten Straßen kann ein optimaler Schlupf der Hinterräder erzielt werden, und ein Blockieren wird sicher verhindert. Antiblockierregelsysteme, die nur auf die Hinterachse wirken, werden in der Regel nur eingesetzt, wenn schon bei kleinerem Aufwand eine gute Stabilisierung des Kraftfahrzeuges erreicht werden soll und wenn ein auf alle Fahrzeugräder wirkendes Antiblockierregelsystem zu aufwendig ist. Die einfachste Lösung wird durch das in Fig. 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel gegeben. Wenn man nur ein Tiefpaßfilter mit einer oberen Grenzfrequenz von etwa 6 Hertz zusätzlich aufwendet, dann kann man in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 4 auch das langsame Blockieren der Hinterräder beim vorsichtigen Anbremsen auf glatter Straße vermeiden. Beide beschriebenen Ausführungsbeispiele passen den mittleren Bremsdruck an die Straßenbeschaffenheit an, da sie die zur Wiederbeschleunigung der Hinterräder erforderliche Zeit mit Hilfe der monostabilen Kippstufe 35 messen. Schließlich kann man auch den Bremsdruck absenken, wenn nur eines der Hinterräder blockiert wird. Man muß dann allerdings den beiden Hinterrädern je einen Drehzahlmesser zuordnen, wie es bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb ohnehin erforderlich ist.