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Schaltungsanordnung zur Steuerung einer schlupf-
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geregelten Bremsanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Steuerung
einer schlupfgeregelten Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Straßenfahrzeuge,
vorgesehene Schaltungsanordnung, die mit Radsensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens
und mit elektrischen Schaltkreisen zur Verarbeitung und logischen Verknüpfung der
Sensorsignale und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen ausgerüstet ist; diese
Steuersignale sind Bremsdruckmodulatoren zuführbar, mit denen der Bremsdruckverlauf
in den Radbremsen der geregelten Räder in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten,
der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer entsprechenden Fahrzeug-Referenzgröße regelbar
ist; das Ansprechen bzw. der Einsatz der Regelung und verschiedener Regeiphasen
ist von Verzögerungs-, Beschleunigungs-und/oder Schlupfschwellwerten abhängig.
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Es sind bereits Schaltungsanordnungen dieser Art bekannt, mit denen,
um das Blockieren der Räder bei zu starker Bremsbetätigung zu verhindern, der Bremsdruck
während des Brernsvorganges zeitweise konstant gehalten,
gesenkt
und zu gegebener Zeit wieder erhöht wird. Mit einer solchen Schlupfregelung läßt
sich die Fahrstabilitat und die Lenkbarkeit eines Fahrzeugs während des Bremsvorganges
erhalten und gleichzeitig eine wirkungsvolle Abbremsung mit kurzem Bremsweg erzielen.
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Als Regelgrößen für die Schlupfreg,elung sind je nach Straßensituation
und bestimmten Rand bedingungen die Verzöerung und Beschleunigung des geregelten
Rades oder der Bremsschlupf besonders gut geeignet. Beispielsweise sind auf Glatteis
oder Neuschnee andere Regelgrößen als auf griffiger Fahrbahn, wie trockenem Beton,
optimal. In der Praxis wird daher eine Kombination verschiedener Regelgrößen in
Verbindung mit bestimmten Regelphasen und Ansprechschwellwerten gewählt, um den
Regelvorgang den verschiedenen Situationen besser anpassen zu können.
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Es ist auch bereits ein Antiblockierregelsystem für druckmittelbetatigte
Fahrzeugbremsen bekannt (DÆ-05 22 06 807), bei dem mit Hilfe einer monostabilen
Kippstufe zwischen zwei verschiedenen Werten der zeitlichen Ableitung der Radbeschleunigung
unterscliieden wird, um dadurch die Zeit für die Wiederbeschleunigung des Fahrzeugrades
in Abhangigkeit von den Straßenzuständen, d.h. trockener Straße einerseits und nasser
oder vereister Straße andererseits, variieren zu können. Das Ansprechen der Regelung
in der Verzögerungsphase des Rades bleibt aavon unbeeinflußt.
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Des weiteren ist es schon bekannt (DE-OS 29 18 802), bei einem Verfahren
zur Gewinnung eines Beschleunigungs-oder Verzögerungssignals aus einem einer Geschwindigkeit
proportionalen
Signal die Änderung des Beschleunigungs-oder Verzögerungssignals gegenüber dem am
vorhergehenden Meß-Zeitpunkt vorhandenen Signal zu ermitteln, um daraus die Tendenz
des Radverhaltens früher erkennen und durch Umschalten des Druckgradienten auf solche
Tendenzänderungen reagieren zu können. Eine direkte Abhängigkeit der Ansprechschwellen
von der zeitlichen Änderung der Radbeschleunigung bzw. Radverzögerung ist jedoch
nicht vorgesehen. Die Schlupfregelung spricht grundsätzlich erst an, wenn die Radverzögerung
einen Schwellwert über schreitet, der über der maximal möglichen Radverzögerung
liegen muß, da dieser Schwellwert für alle Situationen, also sowohl für glatte als
auch für griffige Fahrbahnen, gilt Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Schaltungsanordnung für schlupfgeregelte Bremsanlagen zu entwickeln, die generell
eine bessere Anpassung der Regelung an die unterschiedlichen Straßenverhältnisse
erlaubt und die insbesondere ein früheres Erkennen eines instabilem Radverhalten
auf glatter Straße ermöglicht.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe in einfacher, technisch
fortschrittlicher Weise durch Weiterbildung einer Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art gelöst werden kann, die darin besteht, daß die zeitliche Änderung
der Radverzögerung und/oder Radbeschleunigung ermittelbar und als zusätzliches Regelkriterium
auswertbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die Verzögerungs-,
Beschleunigungs- und/oder
Schlupfschwellwerte in Abhängigkeit von
der zeitlichen Änderung der Radverzögerung oder Radbeschleunigung variierbar.
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Ferner kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
die Ansprechschwelle der Regelung von einem Schwellwert der Radverzögerung und einem
Schweliwert der zeitlichen Änderung der Radverzögerung abhängig sein.
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Die Ansprechschwelle der Radverzögerung liegt vorteilhafterweise unter
der maximal möglichen Fahrzeugverzögerung, nämlich beispielsweise zwischen 0,3 und
0,6 g.
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Bisher war man der Meinung, daß die Verzögerungs-Ansprechschwelle
grundsätzlich bei relativ hohen Werten, auf jeden Fall deutlich über der maximalen
möglichen Fahrzeugverzögerung von etwa 1 g ("g" bedeutet hier die 2 Erdbeschleunigung
von 9,81 rn/s ) liegen muß, um eine zu frühe Druckabsenkung auf griffiger Fahrbahn
auszuschließen. Der Ansprech-Verzögerungsschwellwert liegt daher heute üblicherweise
bei mindestens 1,3 bis 1,5 g, obwohl bei glatten Fahrbahnen das instabile Radverhalten
schon bei Verzögerungswerten von 0,1 bis 0,2 g auftreten kann. Die Erfindung beruht
folglich auf der Erkenntnis, daß sich der Arisprech-Verzögerungsschwellwert auf
glatter Fahrbahn erheblich, d.h. unter die maximal mögliche Fahrzeugverzögerung,
senken läßt, wenn zusätlich die zeitliche Änderung der Radverzögerung als Erkennungskriterium
für eine Fahrbahn mit n edrigem Reibbeiwert ausgewertet wird.
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Wird nämlich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit hohem Reibungsbelwert
abaebrer,lst, zeigt das Rad beim Erreichen
des relativ niedrigen,
unter der maximalen Fahrzeugverxogerutlg liegenden Ansprech-Schwellwertes von z.B.
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0,6 g keine Blockiertendenz. Zu diesem Zeitpunkt kann daher keine
oder keine ausreichende Differenz zwischen dem e ngesteuerten Bremsmoment und dem
Fahrbahn-Reibmoment auftreten, weshalb in diesem Fall die zeitliche Änderung der
Verzögerung unter einem vorgegebenen Schwellwert bleiben muß. Die Regelung der Bremsanlage
gestattet daher einen weiteren Bremsdruckanstieg.
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Liegt dagegen bei dem Bremsvorgang der Bremskraftbeiwert der Fahrbahn
z.R. beiyu = 0,3 und damit unter dem vorgegehenen Verzcgexungschwellwert, so wird
nach dem Übelschreiten der Verzögerungsschwelle die Radverzögerung infolge der vorhandenen
Momentendifferenz zwischen dem eingesteuerten Bremsmoment und dem Fahrbahn-Reibmoment
stark ansteigen, so daß der vorgegebene Schwellwert der zeitlichen Verzögerungsänderung
überschritten und dadurch die Schlupf-Regelung eingeleitet wird.
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Durch das frühzeitige Erkennen einer Blockiertendenz auf glatter Fahrbahn,
verbunden mit einer schnellen Schlupf-Regelung, läßt sich erreichen, daß das Rad
nicht zu tief in den Schlupf hlneinläuft, sondern durch schnelle Druckabsenkung
zur Wiederbeschleunigung veranlaßt wird.
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Weitere merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
gehen aus der folgenden Beschreibung weiterer Details anhand der beigefügten Abbildungen
hervor.
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Es zeigen Fig. 1 im Diagramm den Verlauf der Fahrzeugs und Radgeschwindigkeit,
der Radverzögerung und der zeitlichen Anderung der Radverzögerung eines geregelten
Rades auf (a) griffiger Fahrbahn und (b) glatter Fahrbahn sowie den Verlauf des
geregelten Bremsdruckes in beiden Fällen, und Fig. 2 im Blockschaltbild, schematisch
vereinfacht, eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsart der Erfindung.
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In Fig. 1 sind in vier zusammengehörenden Diagrammen A,B,C und 1)
über der gleichen Zeitachse t die Radgeschwindigkeit vR, die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit
VRef die Radbeschleunigung v die zeitliche Änderung der Radgeschwindigkeit vR sowie
der Bremsdruck p wiedergegeben, und zwar zum einen auf eine griffigen Fahrbahn (a)
und zum anderen auf Glatteis oder bei Schneeglätte (b).
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Die Kurven in Fig. 1 geben in den beiden Situationen jeweils nur das
Verhalten eines Rades wieder. Lediglich die Referenzgeschwindigkeit vRef, die der
Fahrzeuggeschwindigkeit unter Berücksichtigung des optimalen Schlupfes entspricht
oder diese Geschwindigkeit nachbildet, gilt für alle geregelten Rader eines Fahrzeugs.
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Das Besondere der erfindungsgemäßen Schai.tungsanordnung bzw. der
mit dieser Schaltung erreichten Regelung läßt
sich aus Fig. 1B
im Vergleich mit Fig. 1C erkennen. Der hier beobachtete geregelte Bremsvorgang beginnt
zum Zeitpunkt t . Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Anstieg 0 des Bremsdruckes p in
der Radbremse des beobachteten Rades, siehe Fig. 1D, wobei der Bremsdruck unabhängig
von dem Reibwert mit gleichem Gradienten steigt. Der untere Verzögerungsschwellwert
SW1, der erfindungsgemäß sehr niedrig liegt, z.B. zwischen 0,3 und 0,6 g, wird in
der einen Situation, d.h. bei glatter Fahrbahn (b) zum Zeitpunkt tl, in der anderen
(a) zum Zeitpunkt t2 überschritten. Eine Instabilität des Rades bzw. eine Blockiergefahr
besteht beim Überschreiten dieses Schwellwertes jedoch nur auf der glatten Fahrbahn,
was sich aus der zeitlichen Beschleunigungs-Änderung VR, siehe Fig. iC, dadurch
erkennen läßt, daß zum Zeitpunkt t1 in dieser Situation (b) nicht nur der Verzögerungsschwellwert
SW1, sondern gleichzeitig auch der Ruck-Schwellwert SW3 - die zweite Ableitung der
Geschwindigkeiten nach der Zeit wird häufig als "Ruck" bezeichnet - erreicht und
überschritten werden. Erfindungsgemäß wird zum Zeitpunkt tl in der Situation b sofort
die Regelung eingeleitet, indem der Bremsdruck konstant gehalten und/oder abgesenkt
wird, wie dies aus Fig. 1D zu erkennen ist. Die Regelung spricht also an, weil infolge
glatter Fahrbahn gleichzeitig der Beschleunigungs- und der Ruck-Schwellwert, d.h.
SW1 und SW3, überschritten werden.
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Das auf der Fahrbahn mit hohem Reibbeiwert rollende Rad erreicht zwar
zur Zeit t ebenfalls die niedrigere Verzögerungsschwelle SW1, nicht jedoch die Ruckschwelle
SW3. Der Bre,Ttsdrucanstieg wird daher über den
Zeitpunkt t2 hinaus
fortgesetzt. In dem anhand der Kurven dargestellten Ausführungsbeispiel spricht
in der Situation (a), d.h. auf griffiger Fahrbahn, die Regelung erst zum Zeitpunkt
t3 an, nämlich beim Erreichen eines zweiten Verzögerungsschwellwertes SW2, unter
der Voraussetzung, daß zur Zeit t3 die Ruckschwelle SW3 ebenfalls überschritten
ist.
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In einem anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel spricht
die Regelung an, sobald der untere Verzögerungsschwellwert SW1 und die Ruckschwelle
SW3 überschritten sind. Für ein Rad mit dem Drehverhalten entsprechend den Kurven
a in Fiy. 1B und 1C läge in diesem Fall der Ansprechzeitpunkt der Regelung zwischen
dem Zeitpunkt t2 und t3.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung
wird durch Fig. 2 erläutert.
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Die Informationen über das Raddrehverhalten lassen sich mit einem
Sensor 1, beispielsweise mit einem induktiven Meßwertaufnehmer, gewinnen, dessen
Signale nach Aufbereizung und Verstärkung in den Stufen 2 und 3 über ein Filter
4 nacheinander den Differenzierstufen 5 und 6 zugeleitet werden. Am Ausgang des
Filters 4 steht somit ein die Radgeschwindigkeit vR repräsentierendes Signal an,
an dem Ausgang des Differenzierers 5 das Beschleunigungssignal v R und am Ausgang
der Stufe 6 das Rucksignal v In einem Vergleicher 7 wird das Verzögerungs- oder
Beschleunigungssignal mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen. In entsprechender
Weise stellt ein yergleicher 8 fest, ob die Ruck-Schwelle erreicht
bzw.
überschritten ist. Die verarbeiteten Informationen über das Raddrehverhalten werden
dann in einer Logik 9 mit weiteren über die Eingänge E1 bis En eingespeisten Informationen
über die Fahrzeuggeschwindigkeit, über das Raddrehverhalten der übrigen Räder und
weiteren Regelgrößen verglichen und mit diesen Signalen logisch verknüpft, worauf
schließlich als Ergebnis der Signalverarbeitung an den Ausgängen A1 und A2 der Logik
Signale zur Betätigung von Bremsdrucknodulatoren 10 und 11, die z.B. in Form von
elektromagnetisch steuerbaren Einlaß- und Auslaßventilen ausgebildet sein können,
zur Verfügung stehen.
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Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird also auf sehr einfache
Weise ein Erkennen des momentan vorhandenen Kraftschlußbeiwertes und damit des auf
die Straße übertragbaren Bremsinomentes ermöglicht; dies ist Voraussetzung für eine
schnelle und zuverlässige Anpassung der Regelung an die augenblickliche Situation.
Vor allem läßt sich durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Vergleich
zu bekannten Sclialtsungen das Instabilwerden eines Rades auf Glatteis oder auf
Neuschnee sehr schnell erkennen, so daß auch in solchen Situationen die Lenkbarkeit
und Fahrstabilität aufrechterhalten werden kann.