DE2404009C2

DE2404009C2 -

Info

Publication number: DE2404009C2
Application number: DE2404009A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Linkoeping Se Lester; Lennart Bror Anders Vreta Kloster Se Swiden
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-06
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1988-06-01
Also published as: FR2216153B1; GB1463893A; FR2216153A1; JPS50111492A; US3917353A; DE2404009A1; IT1013053B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage
mit einem mit dem Rad verbundenen Drehzahlfühler, dessen Ausgang über einen Frequenzspannungswandler einer elektrischen Auswerteschaltung zugeführt wird,
die Auswerteschaltung enthält:
einen Differenzierer, der das Raddrehzahlsignal in ein Drehverzögerungssignal umwandelt, es einem Vergleicher zuführt, der es mit einem fest eingestellten Drehverzögerungsschwellenwert vergleicht und bei dessen Überschreiten ein Bremslösesignal abgibt,
eine Schaltung zum Nachbilden der Fahrzeuggeschwindigkeit, welche das Raddrehzahlsignal empfängt und daraus ein die Fahrzeuggeschwindigkeit simulierendes Referenzsignal bildet, das mit einem vorgegebenen Gradienten abnimmt, indem ein Speicherkondensator entladen wird, wobei das Bremslösesignal endet, wenn sich das Radgeschwindigkeitssignal dem Referenzsignal auf einen bestimmten Betrag genähert hat,
das Bremslösesignal einem in einem Servokreis befindlichen Magnetventil zugeführt wird, dessen Erregung eine Bremsdruckabsenkung in der Radbremse bewirkt.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist bekannt (US-PS 35 84 921), mit der den Rädern eines Fahrzeuges zugeführte Bremskräfte eingestellt werden. Wenn bei dieser bekannten Vorrichtung die auf die Räder des Fahrzeuges ausgeübte Bremskraft so groß wird, daß die Räder zu schlüpfen beginnen, wird über geeignete Mittel ein Referenzsignal erzeugt, das zu diesem Augenblick gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Räder ist. Das die Drehgeschwindigkeit der Räder repräsentierende Referenzsignal nimmt auf vorbestimmte Weise entsprechend der Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit ab, wobei dann, wenn die Radgeschwindigkeit wieder ansteigt, und genauso groß wie das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierende Referenzsignal ist, die Abbremsung wiederum eingeschaltet wird. Der Nachteil einer derartig aufgebauten und geregelten Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Räder des Fahrzeuges bis zum Stillstand die Möglichkeit haben, zyklisch auf dem Untergrund zu schlüpfen, was einerseits nachteiligerweise unkontrollierte Fahrzeugzustände beim Bremsen zur Folge hat und andererseits, daß bei einer derartigen Bremsregelung wegen der damit verbundenen verhältnismäßig langsamen Arbeitsweise der Schaltungsanordnung sich lange Bremswege ergeben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung für eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage zu schaffen, die kurze Bremswege ermöglicht, wobei durch einen einfachen Vergleich zwischen der Drehzahl des ungebremst beschleunigten Rades und einer für eine zuvor ausgewählte Fahrzeugverzögerung zu Beginn der Radverzögerung errechneten Drehzahl ein geeigneter Zeitpunkt für die Wiederherstellung des aufgebrachten Bremsdruckes bestimmt werden soll, damit ein optimaler mittlerer Reibungswert erhalten wird.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale:
Die Drehverzögerungsschwelle des einzelnen Rades ist auf den bei kleinstem Reibungswert μ maximal erreichbaren Verzögerungswert eines gebremsten Rades eingestellt,
der Beginn des Bremslösesignals führt gleichzeitig zum Ablaufen des Referenzsignals,
das Referenzsignal weist einen stetigen Gradienten auf, der einer Fahrzeugverzögerung entspricht, die mit dem kleinsten Reibungswert μ erreichbar ist,
das Bremslösesignal wird beendet, sobald das Referenzsignal von dem Raddrehzahlsignal wieder erreichbar ist, der bestimmte Betrag somit mindestens zu Null geworden ist.

Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß der zyklisch gesteuerte Bremsvorgang stets in unmittelbarer Relation zum Drehzahlsignal des gesteuert abgebremsten Rades geregelt wird. Auf diese Weise wird stets eine unmittelbare Rückführung der tatsächlichen Zustände erzielt, was für eine sichere Regelung des Bremsvorganges erforderlich ist. Die mit der elektronischen Schaltungsanordnung bewirkte Steuerung ist einfach und verläßlich und ermöglicht eine gleichmäßige zyklisch gesteuerte Bremsung von einer maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit bis zum Stillstand bei beliebigen Reibungszuständen zwischen Rad und Straße. Auch wird mit der Schaltung jederzeit sichergestellt, daß der vom Fahrer aufgebrachte Bremsdruck den Fahrzeugbremsen wieder zugeführt wird, nachdem das Fahrzeug durch die zyklisch gesteuerte Bremsung bis zum Stillstand verzögert wurde.

Es ist noch eine weitere Blockier-Regeleinrichtung bekannt (DE-OS 19 16 518), bei der erste, zweite und dritte Geschwindigkeitssignale erzeugt werden, welche alle drei die Durchflußgeschwindigkeit im Bremsventil zur Erhöhung bzw. Verminderung des am Ventil anstehenden Strömungsmitteldrucks beeinflussen. Hieraus ergibt sich ein langsames Arbeiten der Bremsensteuerung, weil das träge Arbeiten, d. h. die Veränderung des Druckes an den Radbremsen, zu sehr langen Bremswegen führt.

Schließlich ist noch eine weitere Vorrichtung zum schleudersicheren Bremsen eines Fahrzeuges bekannt (DE-OS 21 01 237), bei der der Bremsvorgang immer unterbrochen wird, wenn der gleiche Unterschied zwischen einem Schwellenwert und der Radgeschwindigkeit erfaßt wird. Hieraus resultieren sehr lange Bremszyklen. Das Anlegen der Bremsen erfolgt durch einen Vergleich zwischen dem Radgeschwindigkeitssignal und einem linear erzeugten Signal und einem Beschleunigungsmessersignal. Damit wird das Abbremsen abhängig von der Richtung des Fahrzeuges im Augenblick der Bremsung. Darüber hinaus ist auch das erzeugte Beschleunigungsmessersignal nur dann korrekt, wenn sich das Fahrzeug geradeaus bewegt. Der Bremszyklus des Fahrzeuges hängt somit bei dieser Vorrichtung von der Bremsrichtung des Fahrzeuges ab und ist dadurch nicht exakt situationsgerecht definiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Rechteckdiagramm eines automatischen Bremsregelsystems der einleitend genannten Art mit einer erfindungsgemäßen Steuerung, wobei nur für die Bremsung eines Rades die Operatoren eines Steuerkanals der elektronischen Steuerung berücksichtigt sind,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Operatoren des Steuerkanals der Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm der Raddrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit bei einer mit der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung durchgeführten Bremsung bei einem minimal erreichbaren Reibungskoeffizienten zwischen Rad und Boden, wobei auf der Raddrehzahlkurve die Punkte B und C die Zeitpunkte wiedergeben, zu denen Steuersignale zur Bremsregelung abgegeben werden,

Fig. 4 ein der Fig. 3 ähnliches Diagramm, bei dem die Raddrehzahl bei maximal erreichbarem Reibungskoeffizienten zwischen Rad und Boden abgebremst wird,

Fig. 5 ein Spannungs-Zeit-Diagramm der von der Elektroniksteuerung kommenden Signale für die Abbremsung gemäß Fig. 4 in Form von zwischen "0" und "1" hin- und herspringenden Rechteckimpulsen,

Fig. 6 ein Bremsdruck-Zeit-Diagramm des vom Fahrer aufgebrachten und sich in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Fig. 5 ändernden Bremsdruckes,

Fig. 7 ein Diagramm über den optimalen Radschlupf, d. h. dem Schlupf bei optimaler Reibung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit,

Fig. 8 ein Diagramm über den Reibungskoeffizienten zwischen Rad und Boden in Abhängigkeit vom Radschlupf, wobei auch die Schlupfwerte eines gemäß Fig. 3 und 4 gesteuert abgebremsten Rades angegeben sind.

Fig. 8a und 8b ein weiteres Diagramm zum Schlupfvorgang der Fig. 8 bei einer zyklischen Radabbremsung in Verbindung mit den zugehörigen Steuersignalseiten B und C, wobei Fig. 8a einen maximal erreichbaren Reibungskoeffizienten und Fig. 8b einen minimal erreichbaren Reibungskoeffizienten berücksichtigt,

Fig. 9 ein Kräftediagramm für ein abgebremstes Fahrzeugrad,

Fig. 10 ein Zeit-Diagramm der wesentlichen am Rad der Fig. 9 auftretenden Momente, welche verzögernd oder beschleunigend auf das sich während der automatisch gesteuerten Bremsung drehende Rad einwirken,

Fig. 11 die von einem erfindungsgemäß vorgesehenen Impulszähler kommende, die Raddrehzahl wiedergebende Spannung innerhalb des Raddrehzahlbereiches und

Fig. 12 ein Diagramm der in Fig. 11 dargestellten Spannung nach einer Umwandlung in einem erfindungsgemäß vorgesehenen Wandler.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Fahrzeugräder 1 und 2 eines Radpaares mit hydraulischen Radbremsen 3 versehen, die über ein hydraulisches Bremssystem 4 manuell oder automatisch steuerbar sind. Zum hydraulischen Bremssystem gehört ein Hauptzylinder 5 für die manuelle Zufuhr des Bremsdruckes zu den Bremszylindern der Radbremsen über die Leitungen 6. Der Bremszylinder kann ein sog. doppeltwirkender Zylinder sein, der auch weitere Auslässe zur Betätigung weiterer hydraulischer Teilsysteme der Bremsanlage enthält. Mit Hilfskraft gesteuerte Druckregelventile 7 liegen zwischen dem Hauptzylinder 5 und jeder der Radbremsen 3. Das Druckregelventil 7 wird mit einem Magnetventil 8 bedient, welches den Zufluß eines bei 9 eintretenden, durch den Pfeil 10 angedeuteten Hilfsdruckmittels steuert und in das Druckregelventil 7 so eingibt, daß es zu einer sich zyklisch wiederholenden momentanen Verminderung oder Wiederherstellung des den Radbremsen zugeleiteten Bremsdruckes kommt. Das Magnetventil 8 spricht auf logische Steuersignale "1" und "0" an, die aus der elektronischen Steuerung für die geregelte Bremsung kommen.

Die elektronische Steuerung enthält soviel Steuerkanäle 11, wie geregelt abzubremsende Räder vorhanden sind. In den Zeichnungen ist einer dieser Steuerkanäle im einzelnen dargestellt. Die anderen Steuerkanäle, die identisch ausgebildet sein können, wurden in der Zeichnung fortgelassen. Die elektronische Steuerung empfängt Strom aus der Fahrzeugbatterie. Die Plus- und Minus-Klemmen des Steuerkanals sind mit den entsprechenden Klemmen der Fahrzeugbatterie verbunden und zwar ist der 0-Anschluß des Kanals mit dem Minuspol derjenigen Batteriezelle verbunden, die dem Minuspol der Batterie am nächsten ist.

Einlaßseitig sind die Steuerkanäle der elektronischen Steuerung mit einer an dem gesteuert zu bremsenden Fahrzeugrad vorgesehenen Drehzahlgeber 12 verbunden. Dieser Drehzahlgeber 12 gibt kontinuierlich die Raddrehzahl wieder, indem er elektrische Impulse aussendet, deren Anzahl der Raddrehzahl entspricht. Diese Impulse haben eine unterschiedliche Frequenz und eine rechteckförmige Gestalt mit konstanter Amplitude und nahezu vertikalen Impulsflanken. An dem Hauptzylinder 5 befindet sich ein elektrischer Signalgeber 13, der ebenfalls eingangsseitig an die elektronische Steuerung angeschlossen ist. Dieser Signalgeber 13 liefert bei angelegtem Bremsdruck ein noch nachfolgend zu beschreibendes elektrisches Signal zum Anlaufen der elektronischen Steuerung.

Zum elektronischen Steuerkanal gehören - eingangsseitig beginnend - folgende Operatoren: ein Impulszähler 14, ein Wandler 15 mit zwei parallel dazu angeschlossenen ersten und zweiten Komparatoren 16 und 17, zwei Logik- Schaltgliedern 18, 19, von denen das Schaltglied 18 mit dem ersten Komparator 16 und das Schaltglied 19 mit dem zweiten Komparator 17 verbunden ist, ein Zeitbegrenzer 20 zwischen den beiden Logikschaltgliedern und schließlich ein an die zwei Logik-Schaltglieder angeschlossener Verstärker 21.

Der elektronische Aufbau der vorerwähnten Operatoren ist in Fig. 2 dargestellt. Der Impulszähler 14 empfängt das vom Drehzahlgeber 12 über eine Eingangsleitung 22 zugeführte Raddrehzahlsignal. Das Raddrehzahlsignal besteht aus einer Impulsfolge 23, deren frequenzveränderliche Rechteckimpulse aus Spannungsimpulsen und 0-Spannungsimpulsen bestehen. Der Impulszähler 14 enthält zwei parallele Pfade, die die Spannungsimpulse bzw. die 0- Spannungsimpulse der Impulsfolge 23 erfassen. Die einander gleichen Signalpfade enthalten, eingangsseitig begonnen, einen transistorisierten logischen Kippkreis 25, ein differenzierendes RC-Glied 26, eine negative Übergangsspannung auf Null ableitende Diode 27, Detektorkreise 29 _S bzw. 28 _L, einen vorgespannten Kondensator 29 und eine Diode 30. Beide Strompfade haben einen gemeinsamen positiven Stabilisierkreis 30 SL und einen Summationspunkt 31. Der Impulszähler 14 liefert am Summationspunkt 31 ein Drehzahlsignal in Form einer Spannung U′, das dem Spannungspegel der vorgespannten Kondensatoren 29 S und 29 L überlagert wird. Bei dieser Spannung handelt es sich, wie die Fig. 11 zeigt, um eine lineare Funktion der Raddrehzahl. Dieses Drehzahlsignal ist der Frequenz der empfangenen Impulsfolge proportional.

Zum Wandler 15 gehören, eingangsseitig begonnen, ein Stabilisierkreis 32 für das Drehzahlsignal, ein Vorzeichenwechsel- und Signalpegel-Modifizierkreis 33, der am Punkt 34 ein umgewandeltes verstärktes Raddrehzahlsignal U liefert, das, wie Fig. 12 zeigt, eine lineare Funktion der Raddrehzahl ist.

Zum ersten Komparator 16 gehören, eingangsseitig begonnen, ein Differenzierkreis 35 mit einem Regelwiderstand zur Einstellung der Zeitkonstanten, eine Diode, welche negative Spannungen auf Masse ableitet, ein Komparatorkreis 36 mit einer Diode, welche positive Übergangsspannungen auf Plus ableitet, und ein Regelwiderstand, mit dessen Hilfe ein Verzögerungsgrenzwert

bestimmt und auf seinen Spannungspegel eingeregelt wird. Der Differenzierkreis 35 differenziert das am Punkt 34 entstehende umgewandelte Raddrehzahlsignal U nach der Zeit, so daß ein Signal entsteht. Wenn der Fahrer mit Hilfe des Betätigungszylinders 5 einen Bremsdruck P _B zuführt, erzeugt der elektrische Signalgeber 13 eine feste positive Spannung, die über einen Leiter 37 dem Komparatorkreis 36 zugeführt wird, um diesen in Betrieb zu setzen. Der Komparatorkreis 36 vergleicht nun das -Signal (Drehverzögerungssignal) mit dem eingestellten Verzögerungsgrenzwert

und erzeugt, sofern das -Signal einen Spannungswert von

erreicht, am Punkt 38 einen negativen Impuls. Der Punkt 38 wird mit Hilfe der Diode 39 auf einem geringen positiven Niveau gehalten.

Das umgewandelte Raddrehzahlsignal U am Punkt 34 wird auch einem Eingangspunkt 40 des anderen Komparators 17 zugeführt. Dieser andere Komparator enthält einen Raddrehzahlsignalregistrierkreis 41 mit einem Regelwiderstand und einem Anschluß zu einem Komparatorkreis 42.

Eine Klemme eines Stromreglers 43 liegt über einen Widerstand 44 an Minus und über eine stromregelnde Diode 45 am Punkt 40. Zwischen der anderen Klemme des Stromreglers 43 und dem Komparatorkreis 42 befindet sich ein Signalgeber 46. Dieser Signalgeber 46 besteht, beginnend am Stromregler 43, aus einem Kondensator 47, zwei Transistoren 48 und 49 und zwei Widerständen 50 und 51. Zwischen dem dritten Anschlußpunkt des Stromreglers 43 und einem zweiten Eingangspunkt 53 des anderen Komparators liegt ein Startkreis 52. Dieser Startkreis enthält neben dem Eingangspunkt 53, einen Widerstand 54, der mit einer ersten Klemme eines Transistors 55 verbunden ist. Der Transistor 55 ist mit seiner zweiten Klemme an Plus angeschlossen, während seine dritte Klemme über einen Widerstand 56 an Minus liegt. Schließlich gehört zum Startkreis 52 eine Diode 57 in Parallelschaltung mit einem Kondensator 58.

Um die Arbeitsweise des anderen Komparators 17 zu erläutern, soll jetzt zunächst das erste logische Schaltglied 18 beschrieben werden. Bei diesem Schaltglied 18 handelt es sich um einen bistabilen Kippkreis 59, dessen eine eingangsseitige Klemme über einen Widerstand 60 mit dem Punkt 38 des ersten Komparators 16 verbunden ist. Ausgangsseitig liegt der Kippkreis 59 über einen weiteren Widerstand 61 an Plus. Das logische Schaltglied 18 ist so ausgebildet, daß es am Punkt 62 ein Steuersignal "1" erzeugt, wenn vom ersten Komparator ein negativer Impuls eintrifft.

Dieses "1"-Signal wird am Eingangspunkt 53 des anderen Komparators 17 aufgenommen, um den Startkreis 52 anzustoßen, der dann den Signalgeber 46 einschaltet. Der Signalgeber 46 erzeugt bei seiner Einschaltung ein Drehzahlsignal Q, das einer linearen, vorausgewählten Fahrzeugverzögerung entspricht, welche aufgrund eines minimal erreichbaren Reibungskoeffizienten zwischen Rad und Boden errechnet wurde. Dieses Drehzahlsignal wird im Komparator 42 mit dem Raddrehzahlsignal U verglichen, welches der Drehzahlregistrierkreis 41 liefert. Der Komparator 42 ist so ausgebildet, daß er einem Schaltungspunkt 63 einen positiven Spannungsimpuls zuführt, wenn die Signale übereinstimmen. Eine Diode 64 sorgt für die Ableitung von negativen Spannungen am Punkt 63 nach Masse.

Das andere logische Schaltglied 19 besteht aus einem am Punkt 63 des anderen Komparatorkreises angeschlossenen Kondensator 65, dessen andere Klemme im Schaltungspunkt 66 am Eingang eines bistabilen Kippkreises 67 liegt. Ferner gehören zum logischen Schaltglied 19 eine Diode 68 und ein Widerstand 69, welche beide mit Plus verbunden sind. Die andere Eingangsklemme des bistabilen Kippkreises 67 ist mit dem Anschlußpunkt 62 des ersten logischen Schaltgliedes 18 verbunden. Ausgangsseitig ist der Kippkreis 67 im Punkt 70 mit der anderen Eingangsklemme des Kippkreises 59 verbunden, der zum ersten logischen Schaltglied gehört. Ferner ist am Punkt 70 ein Widerstand 71 angeschlossen. Ein am Schaltungspunkt 63 vom anderen Komparatorkreis erzeugter positiver Impuls schaltet den bistabilen Kippkreis 67 über den Kondensator 65 so, daß am Schaltungspunkt 70 eine positive Spannung erscheint. Der Kippkreis 59 des ersten logischen Schaltgliedes wird dabei so geschaltet, daß er im Punkt 62 eine "0" erzeugt. In gleicher Weise schaltet eine "1" im Punkt 62 stets den Kippkreis 67 des anderen logischen Schaltgliedes derart, daß am Punkt 70 der Kippkreis eine "0" empfängt.

Zum Zeitbegrenzer 20 gehören, eingangsseitig beginnend, ein Regelwiderstand 72, der einerseits mit dem Punkt 62 des ersten logischen Schaltgliedes 18 und andererseits an einem Punkt 73 über einen weiteren Regelwiderstand 74 mit Minus und über einen Kondensator 75 mit Masse verbunden ist. Die Regelwiderstände 72 und 74 bilden zusammen mit dem Kondensator 75 ein Zeitglied 75 T, das im Punkt 75 über einen Widerstand 76 mit einer Klemme eines Transistors 77 verbunden ist. Die andere Klemme des Transistors 77 liegt an O, während die dritte Transistorklemme über einen Widerstand 78 mit dem Punkt 66 des anderen logischen Schaltgliedes 19 verbunden ist.

Wenn das erste logische Schaltglied 18 am Punkt 62 dem Zeitglied 75 T des Zeitbegrenzers am Punkt 62 eine "1" übermittelt, gelangt an den Punkt 66 nach einer noch später zu erläuternden, in diesem Zeitglied festgelegten Verzögerungszeit, eine "0", wodurch der bistabile Kippkreis 67 des anderen logischen Schaltgliedes 19 so umschaltet, daß im Punkt 70 eine positive Spannung auftritt. Hierdurch wird der bistabile Kippkreis 59 des ersten logischen Schaltgliedes 18 so umgeschaltet, daß am Punkt 62 eine "0" erscheint. Das Zeitglied 75 T wird stets durch eine von dem anderen logischen Schaltglied 19 oder vom Zeitbegrenzer 20 kommende, im Punkt 62 erzeugte "0" auf Null zurückgestellt.

Zum Verstärker 21 gehören, eingangsseitig begonnen, ein Anzeigekreis 79 mit einer Lampe 80, eine Treiberstufe 81 und ein Effekttransistor 82, der an Plus liegt. Der Effekttransistor ist gegenüber Minus mit einer Schutzdiode 83 versehen.

Eine im Punkt 62 des ersten logischen Schaltgliedes 18 erzeugte "1" sperrt den Transistor 82, so daß in ihm ein Strom fließt, der über eine Ausgangsleitung 84 ein an Minus liegendes Magnetventil 8 betätigt.

Nach dieser Kurzbeschreibung der Ausführungsform der Erfindung gemäß den Zeichnungen soll nun die grundsätzliche Funktion von ihrer theroretischen Seite anhand eines Antiblockier-Bremssystemes für Straßenfahrzeuge ausführlicher beschrieben werden.

Es sei angenommen, daß das Fahrzeug mit hoher konstanter Geschwindigkeit gefahren wird und der Fahrer das Fahrzeug plötzlich kräftig abbremst, so daß auf das Fahrzeugrad ein großes Bremsmoment M _B einwirkt. In Fig. 9 sind die Kräfte dargestellt, die während der Abbremsung am Fahrzeugrad angreifen.

Die Drehverzögerung oder -beschleunigung des Rades läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

Für diese Gleichung (1) und für die Zeichnung der Fig. 9 gilt folgendes:

F = vom Radschlupf auf der Straße erzeugte Reibungskraft P _x = in Fahrtrichtung am Rad einwirkende Trägheitskraft P _z = Belastung des Rades in Richtung der Z-Achse I = Trägheitsmoment des Rades M _B = am Rad einwirkendes Bremsmoment M _F = F(R-δ₁) = P₂ · µ(R-δ _W) = durch die Reibungskraft F am Rad angreifendes Moment M _R = P _s · X′ R = Radradius = Winkelgeschwindigkeit des Rades δ = Reifendruck.

In Gleichung (1) ist der Faktor M _R im großen und ganzen konstant und hat im Vergleich mit M _F und M _B eine so geringe Größe, daß dieser Faktor bei den nachfolgenden Betrachtungen vernachläßigt werden soll.

Der durch das Bremsen verursachte Schlupf läßt sich wie folgt ausdrücken:

wobei

Re = der Rollradius des Rades und = Winkelgeschwindigkeit des freilaufenden Rades bei einer Fahrgeschwindigkeit V sind.

Verzögerungsgrenzwert

Der Verzögerungsgrenzwert der bei der Radverzögerungsphase des gesteuerten Bremsens den Zeitpunkt für eine momentane Verminderung des vom Fahrer den Bremsen zugeführten Bremsdruckes angeben soll, läßt sich, wenn das Drehzahlsignal U eine lineare Funktion der Radgeschwindigkeit ist, durch folgende Gleichungen angeben:

wobei

und

_max = entsprechend menschlicher Zuträglichkeit maximal zulässige Verzögerung des Fahrzeuges von beispielsweise 6 bis 8 m/s².

Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, wird die Größe von

im wesentlichen bestimmt durch den Ausdruck

d. h., da Re konstant ist, durch _max. In der Praxis ändert sich der Schlupf S im wesentlichen linear zur Fahrgeschwindigkeit zwischen 0,2 bei 0 km/h und 0,05 bei 240 km/h. Diese Linearität ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Der Ausdruck (1-S) hat eine Größenordnung, die nahe bei dem Wert 1 liegt. Das heißt mit anderen Worten, daß der Schlupf nahezu keinen Einfluß auf die Größe von

hat.

Ein konstanter Mittelwert für einen Schlupf von 0,15 macht die Größe (1-S) zu 0,85. Wie nachfolgend noch gezeigt wird, ergibt sich praktisch immer ein optimaler Schlupf S _T entsprechend einem optimal erreichbaren Reibungskoeffizienten µ zwischen Rad und Boden, wenn man

in Übereinstimmung mit der vorerwähnten Fahrzeugverzögerung wählt. Diese an sich bekannte Tatsache wird noch ausführlicher in Verbindung mit den Fig. 3 bis 6, 8 und 10 erläutert.

In den Fig. 3 bis 5 sind zwei unterschiedliche, geregelte Bremsvorgänge dargestellt. Diese Bremsvorgänge berücksichtigen unterschiedliche Reibungsbasen. Fig. 3 zeigt in der Kurve 85, wie sich die Drehzahl des gesteuert abgebremsten Rades nach der Zeit t beim Bremsen auf einem schlüpfrigen Boden ändert. Fig. 4 zeigt die gleiche Relation in der Kurve 86, wenn auf einer sehr rauen Oberfläche gebremst wird. Der Bremsvorgang beginnt im Punkt A der Kurve S _O. Dieser Punkt A kennzeichnet die Drehzahl eines schlupffrei rollenden Rades bei der durch den Bremsvorgang erzeugten Fahrzeugverzögerung. Die Kurve S _T durchläuft die Werte der Verzögerungsraddrehzahlen eines jeden Zyklusses zu den Zeitpunkten B₁, B₂, B₃ usw. Falls ein von der Elektroniksteuerung registriertes -Signal einen Verzögerungsgrenzwert

erreicht, wird der vom Fahrer den Radbremsen übermittelte Bremsdruck P _B momentan vermindert. Die Zeitpunkte C₁, C₂, C₃ usw. kennzeichnen die Beschleunigungsdrehzahlen, bei denen die Elektroniksteuerung registriert, daß der Bremsdruck wieder aufgebaut werden kann. Fig. 5 zeigt die von der elektronischen Steuerung 11 den Bremsdruckreglern 7 zugeführten "1" oder "0"-Steuersignale. Die Bremsdruckregelventile 7 regeln einen vom Fahrer zugeführten Radbremsdruck P _B in Übereinstimmung mit den Steuersignalen, die in Fig. 6 in der Kurve 87 dargestellt sind.

Die am Rad angreifenden Momente, die wesentlich für die Raddrehung, das vom Fahrer zugeführte Bremsmoment M _B und das durch die Reibungskraft F verursachte Moment M _F sind, ändern sich bei der geregelten Bremsung so, wie es die Fig. 10 wiedergibt. M _B verzögert und M _F beschleunigt die Raddrehung. Das Moment M _F, das durch den Radschlupf auf der Straße verursacht ist, erreicht seinen Maximalwert im Scheitel der Reibungskurve, d. h. bei einem Schlupf S _F gemäß Fig. 8. Ein dem Rad im Punkt A zugeführtes Bremsmoment M _B steigt in der ersten Bremsphase steil an, eng gefolgt vom Reibungsmoment M _F. Die Verzögerung des Rades erfolgt entsprechend einem Differentialmoment

Δ M = M _B-M _F.

Falls während dieser Phase

eine Bedingung vorliegt, bei der die elektronische Steuerung eine "1" erzeugt, wird der Bremsdruck P _B momentan vermindert. Der Verzögerungsgrenzwert

wird jedoch nicht erreicht, bevor das Reibungsmoment M _F seinen Maximalwert erreicht hat. An dieser Stelle hat das Differentialmoment den Wert Δ M _T, der erheblich über dem zuvor erwähnten Wert von Δ M liegt. In diesem Falle, wo

liegt entsteht eine "1".

Wie sich aus Fig. 10 ersehen läßt, wird in den nachfolgenden Bremszyklen der Wert Δ M _t klar erreicht, wenn das Bremsmoment M _B nach der Wiederherstellung des Bremsdruckes P _B wieder das Reibungsmoment M _F übersteigt.

Bremsdruck-Wiederherstellungskriterium

Das Kriterium für die Wiederherstellung des Bremsdruckes, das in der Radbeschleunigungsphase der geregelten Bremsung den Zeitpunkt für eine momentane Wiederherstellung des vom Fahrer aufgebrachten Bremsdruckes angeben soll, läßt sich ganz einfach als Vergleich von zwei Raddrehzahlen ausdrücken.

oder signalmäßig

| Q(t′) | = |U(t) | (7)

wobei

Q(t) = U _B + k · t′ (8)

und
Ω= aus der Fahrzeugverzögerung in nachfolgender Weise errechnete Raddrehzahl,Q= Drehzahlsignal für die Drehzahl Ω,U _B= zum Zeitpunkt B registriertes Drehzahlsignal U, d. h. Signalwert zu dem Zeitpunkt, zu dem der Verzögerungsgrenzwert erreicht worden ist,k= Gradient einer linearen Kurve Q(t′), welcher eine zum Zeitpunkt B begonnene vorgewählte Fahrzeugverzögerung angibt undt′= die im Punkt B beginnende Zeit.

In diesem Falle liegt das Problem darin, den Gradienten k so zu wählen, daß das gebremste Rad eine maximale Beschleunigungsdrehzahl entwickelt, die im Hinblick auf die Erzielung eines größtmöglichen Reibungskoeffizienten an der steigenden Flanke der Reibungskurve µ(S) der Fig. 8 so nahe wie möglich der S _T-Kurve folgt, entsprechend einem minimalen Schlupf S _min. Die Drehzahlschwankungen gegenüber der in den Fig. 3 und 4 gezeigten S _T-Kurve beruhen auf zwischen den Rutscheffekten S _max und S _min auftretenden Schwankungen über den Scheitel der Reibungskurve hinaus, wie es schematisch in den Fig. 8a und 8b dargestellt ist.

Ein angemessener Gradient k, den man über die gesamte, sich ändernde Reibungsbasis konstant halten kann, scheint der Verzögerungsgradient der Raddrehzahlkurve S _O zu sein, der sich bei gesteuerter Fahrzeugbremsung mit geringster erreichbarer Reibung zwischen Rad und Straße ergibt. Dieser ausgewählte Gradient sorgt dafür, daß die Punkte C₁, C₂, C₃ usw. bei minimaler Reibung auf der S _T-Kurve liegen. Falls die Reibung größer ist, liegen diese Punkte etwas oberhalb der S _T-Kurve, d. h. zwischen der letzteren und einer Kurve 88, die parallel zur Zeitachse verläuft und eine Raddrehzahl wiedergibt, die theoretisch auftreten würde, wenn man das Rad im Punkt B von seinem Trägheitsmoment befreit.

Eine solche minimale Reibung ergibt sich beispielsweise auf einer Eisfläche oder beim Aquaplaning. Bei höheren Reibungskoeffizienten führt das vorerwähnte Kriterium zu einer etwas späteren Wiederherstellung des Bremsdruckes, als bei einer Fahrzeugverzögerung bei höherer Reibung. Dieser Zeitverlust ist jedoch im Hinblick auf die steilen Raddrehzahlschwankungen, die bei höherer Reibung auftreten, sehr unbedeutend.

Wie sich aus den zwei Kriterien herleiten läßt, ist es das gebremste Fahrzeugrad selbst, das durch sein Drehverhalten die Länge der Zeiten t₁, t₀ festlegt, in denen der vom Fahrer an den Radbremsen zugeführte Bremsdruck momentan vermindert oder wiederhergestellt wird. Durch Auswahl des vorerwähnten Gradienten k für die geringst erreichbare Reibung ergibt sich, wenn man gemäß der vorliegenden Erfindung bremst, eine optimale Länge der Zeit t₁ für die Verminderung des Bremsdruckes in Bezug auf die Reibungsbasis.

Das Zeitbegrenzungskriterium

Das vorgesehene Zeitbegrenzungskriterium soll im Laufe einer geregelten Abbremsung bis zum Stillstand nicht einwirken. Ein vom Fahrer zugeführter und aufrechterhaltener Bremsdruck soll stets innerhalb bestimmter Zeit wiederhergestellt werden. Da dies nur möglich ist, wenn das Rad während des Bremsvorganges beschleunigt, wird nach einer bestimmten vorgewählten Zeit mit Hilfe des Zeitbegrenzers 20 ein Bremsdruckwiederherstellungsimpuls "0" ausgesendet.

Die vorerwähnte Zeit ist so ausgewählt, daß sie etwas die Zeit zwischen einer "1" und einer "0" bei geringster Reibung zwischen Rad und Straße übersteigt. Wenn beispielsweise an einer Steigung gebremst wird, ist es wichtig, daß der volle Bremsdruck wiederhergestellt wird, um das abgebremste Fahrzeug in seiner Lage zu halten.

Claims

1. Schaltungsanordnung für eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage

a) mit einem mit dem Rad verbundenen Drehzahlfühler, dessen Ausgang über einen Frequenz-Spannungswandler einer elektrischen Auswerteschaltung zugeführt wird,
b) die Auswerteschaltung enthält:
- ba) einen Differenzierer, der das Raddrehzahlsignal in ein Drehverzögerungssignal umwandelt, es einem Vergleicher zuführt, der es mit einem fest eingestellten Drehverzögerungsschwellenwert vergleicht und bei dessen Überschreiten ein Bremslösesignal abgibt,
- bb) eine Schaltung zum Nachbilden der Fahrzeuggeschwindigkeit, welche das Raddrehzahlsignal empfängt und daraus ein die Fahrzeuggeschwindigkeit simulierendes Referenzsignal bildet, das mit einem vorgegebenen Gradienten abnimmt, indem ein Speicherkondensator entladen wird, wobei das Bremslösesignal endet, wenn sich das Radgeschwindigkeitssignal dem Referenzsignal auf einen bestimmten Betrag genähert hat,
c) das Bremslösesignal einem in einem Servokreis befindlichen Magnetventil zugeführt wird, dessen Erregung eine Bremsdruckabsenkung in der Radbremse bewirkt,

gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:

d) die Drehverzögerungsschwelle (36) des einzelnen Rades (1, 2) ist auf den bei kleinstem Reibungsbeiwert μ maximal erreichbaren Verzögerungswert eines gebremsten Rades eingestellt,
e) der Beginn des Bremslösesignals führt gleichzeitig zum Ablaufen des Referenzsignales ( Ω ).
f) das Referenzsignal ( Ω ) weist einen stetigen Gradienten auf, der einer Fahrzeugverzögerung entspricht, die mit dem kleinsten Reibungsbeiwert μ erreichbar ist,
g) das Bremslösesignal wird beendet, sobald das Referenzsignal ( Ω ) von dem Raddrehzahlsignal (U) wieder erreichbar ist, der bestimmte Betrag somit mindestens zu Null geworden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlfühler als Impulszähler (14) ausgebildet ist und mit einem festen Spannungspegel arbeitet, dem die bei der Impulszählung erzeugte, einer linearen Funktion der Raddrehzahl entsprechende Spannung (U′) überlagert wird, wobei zwischen dem Impulszähler (14) und dem ersten Komparator (16) ein Wandler angeordnet ist, der die Spannung (U′) des Impulszählers (14) in eine Spannung (U) umwandelt, die ebenfalls eine lineare Funktion der Raddrehzahl und entsprechend den Grenzen eines ausgewählten Raddrehzahlbereiches einen positiven Maximalwert und einen nahezu gleich großen negativen Wert aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wandler (15) und dem ersten logischen Schaltglied (18) ein zweiter Komparator (17) verbunden ist, der die vom Wandler (15) kommende Drehzahlspannung (U) empfängt, und bei einem "1"-Signal des ersten logischen Schaltgliedes (18) eine Signalspannung (Q) erzeugt, die der errechneten Drehzahl ( Ω ) für die lineare Fahrzeugverzögerung für "1"-Signal zu bestimmten Zeitpunkten (B₁, B₂, B₃) entspricht, wobei im Falle der Übereinstimmung der beiden Signalspannungen (U, Q) dem zweiten logischen Schaltglied (19) ein Ausgangssignal zugeführt wird.

4. Fahrzeug-Bremssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten logischen Schaltglied (18) und dem zweiten logischen Schaltglied (19) ein Zeitbegrenzer (21) vorgesehen ist, der mit einem Impuls am zweiten logischen Schaltglied (19) ein "0"-Signal erzeugt, wenn das Bremsdruckwiederherstellungskriterium des zweiten Komparators (17) nicht innerhalb einer zuvor festgelegten Zeit erfüllt wird, die etwas länger ist als, beginnend mit dem Empfang eines "1"-Signals des ersten logischen Schaltgliedes (18), die Zeit zwischen den Zeitpunkten (B₁, B₂, B₃ bzw. C₁, C₂, C₃) der "1"-Signale und der "0"-Signale bei der geringsten Reibung zwischen Rad und Straße.