DE3439323C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit einer derartigen Schaltungsanordnung wird ein den Bremsdruck in einer blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage steuerndes Magnetventil derart angesteuert, daß ein übermäßiger Schlupf des gebremsten Fahrzeugrades verhindert wird.

Der Schlupffaktor S eines Fahrzeugrades ist definiert durch die Gleichung

wobei V die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, R den Radius des Rades und ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades bezeichnet. Es ist bekannt, daß zwischen dem Schlupffaktor S und dem zwischen dem Fahrzeugrad und der Fahrbahnoberfläche wirkenden Reibungskoeffizienten μ eine Beziehung besteht, wie sie allgemein durch die Graphik in Fig. 1 veranschaulicht wird. Um ein Blockieren des Fahrzeugrades und damit eine Beeinträchtigung des Lenkverhaltens, unkontrollierte Schleuderbewegungen des Fahrzeugs und dergleichen zu verhindern und andererseits den Bremsweg so klein wie möglich zu halten, sollte der Bremsvorgang in der Weise durchgeführt werden, daß der Schlupffaktor S einen Wert SM aufweist, bei dem der Reibungskoeffizient μ den Maximalwert μ M aufweist, d. h., die Bremsbedingungen sollten dem Punkt P in Fig. 1 entsprechen.

Da es jedoch im allgemeinen schwierig ist, den tatsächlichen Reibungskoeffizienten μ und den tatsächlichen Schlupffaktor S direkt zu bestimmen, erscheint es zur Zeit nicht möglich, ein Antiblockiersystem zu schaffen, das den Schlupffaktor stets auf dem optimalen Wert SM hält. Es sind daher zahlreiche Antiblockiersysteme vorgeschlagen worden, bei denen das Blockieren des Rades unter Verwendung anderer Werte verhindert werden soll. Die vorgeschlagenen Einrichtungen arbeiten jedoch insofern nicht zufriedenstellend, als Veränderungen maßgeblicher Parameter nur unzureichend berücksichtigt werden können. Als Beispiele für derartige Veränderungen sind etwa Änderungen der Steigerungskoeffizienten für die Zu- und Abnahme des Bremsdrehmomentes infolge der Temperatur und damit der Viskosität der Bremsflüssigkeit oder Änderungen des Reibungskoeffizienten zu nennen.

In der DE-OS 31 19 144 wird eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung beschrieben, bei der in üblicher Weise das Magnetventil in die Druckabbaustellung geschaltet wird, wenn die Drehverzögerung des Rades einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Wenn infolge der Verringerung des Bremsdruckes die Drehverzögerung auf einen kleineren zweiten Schwellenwert abgenommen hat, so wird der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Bremsdruck gespeichert, und der Druckabbau wird fortgesetzt, bis der Bremsdruck einen Wert erreicht hat, der um einen vorgegebenen Betrag unter dem gespeicherten Wert liegt. Nach einer bestimmten Wartezeit wird dann der Bremsdruck wieder erhöht. Auf diese Weise wird die Bremskraft derart geregelt, daß der Schlupf des Rades ständig um den optimalen Wert oszilliert. Mit dieser Schaltungsanordnung läßt sich jedoch nicht erreichen, daß die Abweichungen des um den Optimalwert oszillierenden Schlupffaktors im Lauf des Bremsvorgangs kleiner werden.

Aus der DE-OS 29 37 289 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der innerhalb jedes Zyklus der periodischen Modulation des Bremsdruckes die Länge des Zeitintervalls gemessen wird, in dem der Schlupffaktor den Wert Null hat. Anhand der Länge dieses Zeitintervalls wird der Zeitpunkt bestimmt, an dem der Bremsdruck wieder erhöht wird. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß der Schlupffaktor während jedes Regelzyklus für ein zwar kurzes, aber nicht verschwindendes Zeitintervall den Wert Null annimmt. Auch mit diesem System kann somit keine allmähliche Annäherung des Schlupffaktors an den von Null verschiedenen Optimalwert erreicht werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, durch die die Bremskraft in der Weise geregelt wird, daß der Schlupffaktor sich im Verlauf des Bremsvorgangs dem Idealwert annähert, bei dem sich ein maximaler Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Fahrbahn und somit eine optimale Verzögerung des Fahrzeugs ergibt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß wird die Zeit gemessen, in der die Drehverzögerung des Rades von dem Schwellenwert, bei dem der Abbau des Bremsdruckes beginnt, bis zu dem kleineren zweiten Schwellenwert abnimmt. Nachdem der kleinere Schwellenwert erreicht wird, wird der Druckabbau noch für eine Zeit vorgesetzt, die zu der gemessenen Zeit proportional ist. Der Proportionalitätsfaktor ist dabei so gewählt, daß der über die Gesamtdauer des Druckabbaus gemittelte Wert der Bremskraft gleich dem Wert der Bremskraft zu dem Zeitpunkt ist, an dem die Drehverzögerung den Wert Null hat. Wenn der Schlupffaktor über dem Optimalwert liegt, ergibt sich bei dieser Anordnung eine längere Gesamtdauer des Bremsdruckabbaus und somit eine stärkere Verringerung des Bremsdruckes und des Schlupfes. Bei einem unter dem Optimalwert liegenden Schlupfwert ist die Gesamtdauer des Bremsdruckabbaus hingegen kürzer, so daß der erneute Bremsdruckanstieg früher eintritt und der Schlupf entsprechend erhöht wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich der Schlupffaktor über mehrere Regelzyklen allmählich auf den Optimalwert einpendelt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Skizze zur Erläuterung der Beziehung zwischen Schlupffaktor und Reibungskoeffizient;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2;

Fig. 4, 5 und 6 sind Graphiken zur näheren Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2;

Fig. 7, 8 und 9 zeigen verschiedene Bremsdrehmomentkurven und

Fig. 10 veranschaulicht die Arbeitsweise der Vorrichtung bei einer bestimmten Bremsdrehmomentcharakteristik.

Gemäß Fig. 2 wird die Winkelgeschwindigkeit ω eines Rades 2 mit Hilfe eines Winkelgeschwindigkeitssensors 1 abgetastet. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 liefert ein zu der Winkelgeschwindigkeit ω proportionales Spannungssignal an eine Differenzierschaltung 3. Die Differenzierschaltung 3 differenziert das aufgenommene Spannungssignal nach der Zeit und liefert ein zu der Winkelgeschwindigkeit des Rades 2 proportionales Spannungssignal an einen Nulldurchgangsdetektor 4 und eine Vergleichsschaltung 5. Die Vergleichsschaltung 5 vergleicht das von der Differenzierschaltung 3 erzeugte Spannungssignal mit einer Spannung, die einer vorgegebenen negativen Winkelbeschleunigung -r entspricht. Wenn die Vergleichsschaltung 5 von der Differenzierschaltung 3 ein Spannungssignal erhält, das einer Winkelbeschleunigung von =-r entspricht, so liefert die Vergleichsschaltung ein Signal 6 an den Nulldurchgangsdetektor 4, eine Zeitmeßschaltung 7 und eine Ventil-Steuerschaltung 8. Nach der Aufnahme des Signals 6 von der Vergleichsschaltung 5 tastet der Nulldurchgangsdetektor 4 eine Spannung des von der Differenzierschaltung 3 erzeugten Signals ab, die einer Winkelbeschleunigung von =0 entspricht, und liefert ein Signal 9 an die Zeitmeßschaltung 7 und an eine Zeit-Abtastschaltung 10. Die Zeitmeßschaltung 7 mißt ein Zeitintervall T 1 vom Auftreten des Signals 6 bis zum Auftreten des Signals 9 und liefert ein die Länge des Zeitintervalls T 1 angebendes Signal an eine Multiplizierschaltung 11. Die Multiplizierschaltung 11 multipliziert das dem Zeitintervall T 1 entsprechende Signal mit einem Koeffizienten m, d. h., die Multiplizierschaltung führt die Berechnung m×T 1 (=T 2) aus und liefert an die Zeit-Abtastschaltung 10 ein Signal, das dem auf diese Weise erhaltenen Zeitintervall T 2 entspricht. Wie nachfolgend näher erläutert wird, kann es sich bei dem Koeffizienten m sowohl um eine Variable als auch um einen geeigneten Festwert handeln, der gewählt wird in Abhängigkeit vom Straßenzustand im Hinblick auf den Reibungskoeffizienten und/oder von der Art der Erzeugung des Bremsdrehmoments, d. h., von der Zunahme- und Abnahmecharakteristik der Drehmomenterzeugung. Wenn beispielsweise - wie in einem nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel - das Bremsdrehmoment linear zu- und abnimmt, so wird der Koeffizient m bei normalem Straßenzustand vorzugsweise zwischen etwa 0,8 und 1,2, insbesondere zwischen etwa 0,9 und 1,1 gewählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der Koeffizient m den Wert 1 hat. Die Zeit-Abtastschaltung 10 führt eine Zeitmessung ab der Erzeugung des Signals 9 aus, tastet den Ablauf des Zeitintervalls T 2 ab, dessen Länge durch das Signal der Multiplizierschaltung 11 angegeben wird, und liefert ein Signal 12 an die Ventil- Steuerschaltung 8. Zwischen der Ankunft der Signale 6 und 12 in der Steuerschaltung 8 und dem tatsächlichen Ansprechen eines Magnetventils 13 besteht eine gewisse Zeitverzögerung. Deshalb ist eine Anpassung in der Weise vorgesehen, daß die Signale 6 und 12 im Hinblick auf diese Zeitverzögerung etwas früher erzeugt werden. Für die Dauer vom Auftreten des Signals 6 bis zum Auftreten des Signals 12 liefert die Steuerschaltung 8 einen elektrischen Strom an das Magnetventil 13. Das Magnetventil 13 verbindet die Öffnung 15 eines Ventils 14 im stromlosen Zustand mit einem Ölbehälter 16 und im erregten Zustand mit einer als Druckquelle dienenden Pumpe 17 und einem Druckspeicher 18. Das Ventil 14 umfaßt einen Kolben 21, der durch eine Schraubenfeder 19 elastisch in Richtung eines Pfeils 20 vorgespannt wird, und eine Ventilkugel 24, die mit Hilfe einer Schraubenfeder 22 elastisch in Richtung eines Pfeils 23 vorgespannt wird.

Wenn einer Kammer 25 des Ventils 14 kein Druckfluid von der Pumpe 17 zugeführt wird, so verschiebt der Kolben 21 die Ventilkugel 24 entgegen der Kraft der Feder 22 in Richtung des Pfeils 20, so daß ein Kanal 26 geöffnet und eine Fluidverbindung zwischen Öffnungen 27, 28 des Ventils 14 hergestellt wird. Wenn der Kammer 25 dagegen Fluiddruck von der Pumpe 17 zugeführt wird, so wird der Kolben 21 in Richtung des Pfeils 23 entgegen der Kraft der Feder 19 verschoben, so daß der Kanal 26 durch die vorgespannte Ventilkugel 24 geschlossen und die Verbindung zwischen den Öffnungen 27 und 28 unterbrochen wird. Die Öffnung des Ventils 14 steht mit einem Haupt-Bremszylinder 29 in Verbindung. Wenn in dem Haupt-Bremszylinder 29 durch Betätigung eines Pedals 30 ein Fluiddruck erzeugt wird, so wird dieser Fluiddruck über die Öffnung 27 in eine Kammer 31 des Ventils 14 übertragen. Wenn der Kanal 26 geöffnet ist, so gelangt dieser Fluiddruck über die Öffnung 28 zu einem Radzylinder 32 des Rades 2.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Schaltungsanordnung 40 soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden. Wenn keine Antriebskraft von der Maschine des Fahrzeugs auf das Rad 2 ausgeübt wird, so besteht zwischen dem Bremsdrehmoment Fr, dem Reifendrehmoment μ · W · R und der Winkelbeschleunigung des Rades die folgende Beziehung:

I · = μ · W · R - Fr .

Dabei bedeuten:
W: die von dem Rad 2 auf die Fahrbahnoberfläche 33 ausgeübte Gewichtskraft,
R: Radius des Rades 2,
I: Trägheitsmoment des Rades 2.

Die obige Beziehung ist in Fig. 3 veranschaulicht.

Wenn bei einem mit einer konstanten Geschwindigkeit V₀ fahrenden Fahrzeug zu einem Zeitpunkt t 0 das Bremspedal 30 gleichmäßig, also mit konstanter Änderungsrate, betätigt wird, so wird in dem Haupt-Bremszylinder 29 ein Fluiddruck erzeugt, der sodann über die Öffnung 27, den Kanal 26 und die Öffnung 28 auf den Radzylinder 32 übertragen wird und zur Ausübung eines Bremsdrehmoments Fr auf das Rad 2 führt. Mit der Zunahme des Bremsdrehmoments Fr nimmt die Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades 2 allmählich ab. Wenn die Zunahme des Bremsdrehmoments Fr sehr groß ist, ergibt sich eine Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Umfangsgeschwindigkeit R · ω. Diese Differenz wird durch den Schlupffaktor S bestimmt. Das Reifendrehmoment μ · W · R erhöht sich somit zunächst zusammen mit der Zunahme des Reibungskoeffizienten μ. Wenn jedoch der Schlupffaktor S über SM hinaus ansteigt, so daß der Reibungskoeffizient μ nicht mehr zunimmt, ist auch die Zunahme des Reifendrehmoments beendet, und es tritt umgekehrt eine allmähliche Abnahme des Reifendrehmoments ein. Wenn das Bremsdrehmoment Fr weiter zunimmt und die Winkelbeschleunigung des Rades 2 zu einem Zeitpunkt t 1 den Wert -r erreicht, so liefert die Differenzierschaltung 3, die das Spannungssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 nach der Zeit ableitet, ein der Winkelbeschleunigung -r entsprechendes Spannungssignal an die Vergleichsschaltung 5. Daraufhin liefert die Vergleichsschaltung 5 das Signal 6 an den Nulldurchgangsdetektor 4, die Zeitmeßschaltung 7 und an die Ventil-Steuerschaltung 8. Auf das Signal 6 hin liefert die Steuerschaltung 8 einen elektrischen Strom an das Magnetventil 13, so daß das Ventil 13 in einen Zustand überführt wird, in welchem die Pumpe 17 mit der Öffnung 15 verbunden ist, so daß Druckfluid von der Pumpe 17 in die Ventilkammer 25 eintritt und den Kolben 21 in Richtung des Pfeils 23 verschiebt. Da infolge dieser Verschiebung des Kolbens 21 der Kanal 26 durch die Ventilkugel 24 geschlossen wird und der Fluiddruck auf der Seite der Öffnung 28 abnimmt, wird das Bremsdrehmoment Fr rasch abgebaut. Andererseits wird durch das Signal 6 die Zeitmessung (z. B. der Beginn der Zählung von clock-Impulsen) in der Zeitmeßschaltung 7 ausgelöst. Wenn im Verlauf der Abnahme des Bremsdrehmoments Fr die Winkelbeschleunigung des Rades 2 zu einem Zeitpunkt t 2 den Wert Null erreicht, d. h., wenn das Bremsdrehmoment Fr mit dem Reifendrehmoment μ · W · R übereinstimmt, so erzeugt der Nulldurchgangsdetektor 4 das Signal 9. Die Zeitmeßschaltung 7 liefert auf das Signal 9 hin ein Signal an die Multiplizierschaltung 11, das dem Zeitintervall T 1=t 2-t 1 entspricht. Da im beschriebenen Ausführungsbeispiel der Koeffizient m auf den Wert 1 eingestellt ist, leitet die Multiplizierschaltung 11 das Signal der Zeitmeßschaltung 7 unverändert an die Zeit-Abtastschaltung 10 weiter. Die Zeit-Abtastschaltung 10 beginnt auf das Signal 9 hin mit der Zeitmessung (beispielsweise mit dem Aufzählen von clock-Impulsen) und vergleicht ständig die seit dem Eintreffen des Signals 9 vergangene Zeit mit dem Wert des von der Multiplizierschaltung 11 aufgenommenen Signals. Wenn das Bremsdrehmoment Fr nach dem Zeitpunkt t 2 weiter abnimmt und zu einem Zeitpunkt t 3 das Zeitintervall T 1=t 2-t 1=T 2=t 3-t 2 vergangen ist, so liefert die Zeit-Abtastschaltung 10 das Signal 12 an die Ventil- Steuerschaltung 8. In diesem Augenblick wird durch die Steuerschaltung 8 die Stromzufuhr zu dem Magnetventil 13 unterbrochen und das Ventil wird wieder in den Zustand zurückgesetzt, in welchem die Öffnung 15 mit dem Fluidbehälter 16 statt mit der Pumpe 17 verbunden ist. Infolgedessen nimmt der Fluiddruck in der Kammer 25 ab, und der Kolben 21 verschiebt sich aufgrund der Kraft der Feder 19 in Richtung des Pfeils 20. Diese Verschiebung führt zu einer erneuten Zunahme des Fluiddrucks auf der Seite der Öffnung 28, und der zunehmende Fluiddruck wird dem Radzylinder 32 zugeführt. Folglich steigt das Bremsdrehmoment Fr nach dem Zeitpunkt t 3 wieder an, bis die Winkelbeschleunigung des Rades 2 den Wert -r erreicht. Wenn die Winkelgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt t 5 den Wert -r erreicht hat, so werden die oben beschriebenen Vorgänge periodisch wiederholt, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit V auf den Wert Null abgenommen hat. Im obigen Beispiel wurde angenommen, daß die vorgegebene Winkelbeschleunigung konstant den Wert -r hat. Diese vorgegebene Winkelbeschleunigung kann jedoch auch auf einen kleineren Wert, beispielsweise auf 80% des Anfangswertes -r eingestellt werden oder bei jedem Zyklus schrittweise in einem konstanten Verhältnis verringert werden.

Die Bremsvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet in der Weise, daß die Bremskraft periodisch erhöht und verringert wird, und die Dauer des Zeitintervalls, während dessen die Bremskraft verringert wird, ist doppelt so groß wie das Zeitintervall T 1 von dem Zeitpunkt t 1, an dem die Winkelbeschleunigung den Wert -r erreicht bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Winkelbeschleunigung wieder auf Null angestiegen ist. Die Gesamtdauer des Zeitintervalls, während dessen die Bremskraft verringert wird, beträgt also T 1+T 2 (T 1=T 2). Dies hat den Vorteil, daß in dem Fall, daß der Bremsvorgang bei einem Schlupffaktor ausgeführt wird, der wesentlich größer als der dem maximalen Reibungskoeffizienten μ M entsprechende Schlupffaktor SM ist, beispielsweise bei dem Schlupffaktor SA 1 in Fig. 1 (Reibungskoeffizient μ A 1<μ M ) und ebenso in dem umgekehrten Fall, daß der Bremsvorgang bei einem Schlupffaktor ausgeführt wird, der kleiner als der Schlupffaktor SM ist, beispielsweise bei dem Schlupffaktor SB 1 in Fig. 1 (entsprechend einem Reibungskoeffizienten μ B 1, der wesentlich kleiner als der maximale Reibungskoeffizient μ M ist), der Schlupffaktor zum Zeitpunkt t 5, also beim Beginn des nachfolgenden Arbeitszyklus, von dem im ersten Arbeitszyklus zum Zeitpunkt t 1 vorliegenden Wert in Richtung auf den optimalen Wert SM verschoben ist. Somit kann die Bremse bei den nachfolgenden Arbeitszyklen in der Weise betätigt werden, daß der Reibungskoeffizient mit dem maximalen Reibungskoeffizienten μ M übereinstimmt oder in dessen unmittelbarer Nähe liegt. Auf diese Weise wird ein Blockieren des Rades verhindert und der Bremsweg so kurz wie möglich gehalten. Nachfolgend soll anhand der Zeichnungen der Grund dafür erläutert werden, daß sich der Schlupffaktor allmählich dem Optimalwert SM annähert, wenn der Bremsvorgang zunächst mit einem oberhalb oder unterhalb von SM liegenden Schlupffaktor durchgeführt wird.

In Fig. 4 und 5 gibt die obere, nach rechts abfallende gerade Linie die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit V an, die gekrümmte Linie oberhalb der Null-Achse gibt die Änderung der Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades an, eine sägezahnförmig um die Null-Achse oszillierende Linie repräsentiert die Änderung der Winkelbeschleunigung des Rades, und die beiden unteren Linien, die einander kreuzen und dreieckige Flächen einschließen, geben die Änderung des Reifendrehmoments μ · W · R bzw. des Bremsdrehmoments Fr an. Die dünnere der beiden Linien entspricht dem Reifendrehmoment μ · W · R.

Zunächst soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 4 der Fall betrachtet werden, in dem der Bremsvorgang bei einem über SM liegenden Schlupffaktor ausgeführt wird, d. h., in dem der Schlupffaktor zum Zeitpunkt t 1 den Wert SA 1 hat.

Während des Zeitraums von t 1 bis t 2, also in dem Zeitintervall T 1, ist das Bremsdrehmoment Fr größer als das Reifendrehmoment μ · W · R, die Winkelbeschleunigung ist negativ, und die Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades nimmt ab. Folglich ist R · ω 2 kleiner als R · ω1, und der Schlupffaktor nimmt von dem R · ω1 entsprechenden Wert auf den R · ω 2 entsprechenden Wert zu. Infolge dieser Änderung des Schlupffaktors während des Zeitintervalls T 1 nimmt das Reifendrehmoment μ · W · R während dieses Zeitintervalls etwas ab. Betragsmäßige Übereinstimmung zwischen dem Bremsdrehmoment Fr und dem Reifendrehmoment μ · W · R ist zum Zeitpunkt t 2 erreicht.

Zwischen den Zeitpunkten t 2 und t 3, also während des Zeitintervalls T 2, ist dagegen das Reifendrehmoment μ · W · R größer als das Bremsdrehmoment Fr, die Winkelbeschleunigung ist positiv und die Winkelgeschwindigkeit des Rades nimmt zu. Folglich ist der Wert R · ω 3 größer als der Wert R · ω 2, und der Schlupffaktor nimmt von dem Wert für R · ω 2 auf den Wert für R · ω 3 ab. Infolge dieser Abnahme des Schlupffaktors nimmt das Reifendrehmoment μ · W · R etwas zu.

Die Änderung der Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades während des Zeitintervalls T 1 ist proportional zu dem Zeitintegral der Differenz zwischen dem Bremsdrehmoment Fr und dem Reifendrehmoment μ · W · R, also proportional zu der zwischen den Linien für Fr und μ · W · R eingeschlossenen Dreiecksfläche a 1 (∆ X 1 X 2 X 3). Dagegen ist die Änderung der Umfangsgeschwindigkeit R · ω während des Zeitintervalls T 2 proportional zu der Dreiecksfläche a 2 (∆ X 4 X 3 X 5).

Folglich kann das Größenverhältnis zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten R · ω1 und R · ω 3 ermittelt werden, indem man die Flächeninhalte der Dreiecksflächen a 1 und a 2 vergleicht.

Da die beiden zu vergleichenden Dreiecke dieselbe Höhe aufweisen (T 1=T 2) und die Basis () der Dreiecksfläche a 2 größer ist als die Basis () der Dreiecksfläche a 1 (Betrag der Änderung von μ · W · R entsprechend der Änderung von μ), ist der Flächeninhalt der Dreiecksfläche a 2 größer als der der Dreiecksfläche a 1.

Da somit die Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit des Rades während des Zeitintervalls T 2 größer ist als die Abnahme während des Zeitintervalls T 1, ist R · ω 3 größer als R · ω1, und für die zugehörigen Schlupffaktoren gilt: SA 3<SA 1.

Eine entsprechende Überlegung gilt für die Beziehung zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten R · ω 3 und R ω 5.

Zwischen den Zeitpunkten t 3 und t 4 ist das Reifendrehmoment μ · W · R größer als das Bremsdrehmoment Fr, und die Winkelbeschleunigung ist positiv, so daß das Rad trotz Betätigung der Bremse beschleunigt wird. Folglich nimmt das Reifendrehmoment μ · W · R infolge der Änderung des Schlupffaktors zu.

Zum Zeitpunkt t 4 hat die Winkelbeschleunigung auf Null abgenommen, und zwischen t 4 und t 5 ist die Winkelbeschleunigung negativ. Während dieses Zeitintervalls sind die Verhältnisse daher umgekehrt, und das Reifendrehmoment μ · W · R nimmt ab.

Ein Vergleich der Dreiecksflächen a 3 (∆ X 4 X 5 X 6) und a 4 (∆ X 7 X 6 X 8) führt zu folgendem Ergebnis. Die Basis () der Dreiecksfläche a 3 stimmt mit der Basis der Dreiecksfläche a 2 überein, und die Basis () der Dreiecksfläche a 4 stimmt mit der Basis () der Dreiecksfläche a 1 überein. (Dies beruht auf der Voraussetzung, daß die Winkelbeschleunigung -r zum Zeitpunkt t 1 in der gleichen Weise hervorgerufen wird wie zum Zeitpunkt t 5.) Die Basis der Dreiecksfläche a 3 ist somit größer als die Basis der Dreiecksfläche a 4. Darüber hinaus ist auch die Höhe der Dreiecksfläche a 3 größer als die der Dreiecksfläche a 4. Folglich hat die Fläche a 3 einen größeren Flächeninhalt als die Fläche a 4.

Da somit zwischen den Zeitpunkten t 3 und t 5 die Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades größer ist als die Abnahme, ist R · ω 5 größer als R · ω 3, und für die entsprechenden Schlupffaktoren gilt SA 5<SA 3.

Insgesamt nimmt somit die Winkelgeschwindigkeit des Rades während des Arbeitszyklus zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 5 zu, während zugleich die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt. Für die Schlupffaktoren zu den Zeitpunkten t 1, t 3 und t 5 gilt: SA 1<SA 3<SA 5, d. h., die Schlupffaktoren haben abnehmende Tendenz und nähern sich dem Wert SM an, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Anschließend soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 5 der Fall betrachtet werden, daß der Schlupffaktor zum Zeitpunkt t 1, also bei Beginn der Bremsdruckregelung mit Hilfe des Antiblockiersystems, den Wert SB 1 aufweist und somit kleiner ist als der Idealwert SM.

Auch in diesem Fall ergibt sich die Beziehung der Schlupffaktoren zu den Zeitpunkten t 1, t 3 und t 5 aus der Beziehung zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten R · ω zu diesen Zeitpunkten. Vergleicht man in der oben beschriebenen Weise die Flächeninhalte der Dreiecksflächen a 1, a 2, a 3, a 4 in Fig. 5, so ergibt sich, daß zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 3 und ebenso zwischen den Zeitpunkten t 3 und t 5 die Abnahme der Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades die Zunahme überwiegt und daß zwischen den Schlupffaktoren zu den Zeitpunkten t 1, t 3, t 5 die Beziehung SB 1<SB 2<SB 5 besteht. Der Schlupffaktor hat also zunehmende Tendenz und nähert sich dem Wert SM an.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 40 wird somit die Bremskraft in der Weise geregelt, daß der Schlupffaktor sich in jedem Fall dem Idealwert SM annähert. Im Verlauf des gesamten Bremsvorgangs nimmt der Schlupffaktor somit den Wert SM an, d. h., jeder Bremsvorgang wird letztlich bei dem Punkt P in dem Diagramm in Fig. 1 ausgeführt, so daß sich ein maximaler Reibungskoeffizient und damit eine optimale Verzögerung des Fahrzeugs ergibt. In Fig. 6 gibt die gestrichelte Linie 41 den Verlauf der Umfangsgeschwindigkeit R · ω des Rades für den Fall an, daß der Bremsvorgang stets bei dem optimalen Schlupffaktor SM durchgeführt wird. Wenn bei Beginn der Bremsdruckregelung mit Hilfe der Bremsvorrichtung 40 der Schlupffaktor den Wert SA 1 hat, so folgt die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 2 der Kurve 42 in Fig. 6 und nähert sich allmählich dem durch die gestrichelte Linie 41 angegebenen Verlauf. Wenn dagegen bei Beginn der Bremskraftregelung der Schlupffaktor den Wert SB 1 aufweist, folgt die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 2 der Kurve 43 in Fig. 6 und nähert sich ebenfalls der dem Optimalzustand entsprechenden Kurve 41. Im Anschluß an diesen Annäherungsvorgang weist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades in jedem Fall den durch die Kurve 44 angegebenen Verlauf auf, d. h., die Umfangsgeschwindigkeit oszilliert mit geringen Abweichungen um die Ideallinie 41. Wenn der Schlupffaktor bereits zum Zeitpunkt t 1 den optimalen Wert SM aufweist, so folgt die Umfangsgeschwindigkeit der in Fig. 3 gezeigten Kurve, die annähernd mit der Kurve 44 in Fig. 6 übereinstimmt.

Bei den obigen Erläuterungen wurde von einem Bremssystem ausgegangen, bei dem das Bremsdrehmoment Fr linear zu- oder abnimmt. Die Erfindung ist jedoch auch auf solche Fälle anwendbar, in denen das Bremsdrehmoment einen nichtlinearen, trapezförmigen oder sinusförmigen Verlauf aufweist, wie beispielsweise in Fig. 7, 8 und 9 gezeigt ist. In diesen Fällen gelten die obigen Überlegungen entsprechend. Für das Zeitintervall T 2 kann der Wert m · T 1 gewählt werden. Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Koeffizient m in der Multiplizierschaltung 11 auf einen festen Wert eingestellt ist, kann in einer abgewandelten Ausführungsform der Koeffizient m variiert werden, so daß der Reibungskoeffizient μ früher einen optimalen Wert in der Nähe des Punktes P erreicht. Wenn der Schlupffaktor bei Beginn der Regelung den Wert SA 1 aufweist, so liegt der Zeitpunkt t 4, an welchem die Winkelbeschleunigung auf Null abgenommen hat, annähernd bei dem Zeitpunkt tm [=(t 5+t 3)/2] oder etwas später, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn dagegen bei Beginn der Regelung der Schlupffaktor einen verhältnismäßig großen Wert SB 1 aufweist, so liegt der Zeitpunkt t 4 etwas vor dem Zeitpunkt tm, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Zeitpunkt tm wird anhand der Zeitpunkte t 3 und t 5 ermittelt, und ferner wird der Zeitpunkt t 4 ermittelt, zu dem die Winkelgeschwindigkeit nach dem Zeitpunkt t 3 auf den Wert Null abgenommen hat. Anschließend wird das Zeitintervall T 3 (=t 4-tm) berechnet. Wenn der Wert T 3 größer als Null ist, so wird eine Korrektur in der Weise ausgeführt, daß der in der Multiplizierschaltung 11 eingestellte Koeffizient m in Abhängigkeit vom Betrag des Zeitintervalls T 3 erhöht wird. Nach dem Zeitpunkt t 5 wird die Regelung mit dem korrigierten Koeffizienten m durchgeführt. Bei den nachfolgenden Arbeitszyklen kann der Koeffizient m fortlaufend korrigiert werden, bis die Zeitdifferenz T 3 auf Null abgenommen hat. Auf diese Weise können die Bremsbedingungen, die zu einem Schlupffaktor von SA 1 geführt haben, sehr rasch in der Weise verändert werden, daß sich der optimale Schlupffaktor SM ergibt.

Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß das Bremsdrehmoment Fr bis zu dem Zeitpunkt t 3 in der gewünschten Weise verringert wird. Wenn jedoch der Reibungskoeffizient μ sehr klein ist, wie beispielsweise auf Eis, so kann es vorkommen, daß der Bremsfluiddruck bereits vor dem Zeitpunkt t 3 auf Null abgenommen hat. Dieser Fall ist in Fig. 10 veranschaulicht. Dort kann das Bremsdrehmoment Fr nicht in der gewünschten Weise bis zu dem Zeitpunkt t 3 linear abnehmen. Vielmehr erreicht das Bremsdrehmoment zu einem Zeitpunkt te zwischen den Zeitpunkten t 2 und t 3 den Wert Null. Da in diesem Fall infolge der Verringerung des Bremsdrehmoments Fr auf Null die Winkelbeschleunigung des Rades 2 konstant wird, läßt sich der Zeitpunkt te, an dem das Bremsdrehmoment Fr den Wert Null erreicht, anhand des Umstandes ermitteln, daß die zeitliche Ableitung der Winkelbeschleunigung nach dem Zeitpunkt t 2 den Wert Null annimmt. Daraufhin wird anhand zuvor gespeicherter Steigerungskoeffizienten k 1 und k 2, die die Zu- und Abnahme des Bremsdrehmoments bestimmen, eine angemessene Wartezeit Td berechnet. Sodann wird der Koeffizient m auf der Grundlage der Wartezeit Td zu größeren Werten hin korrigiert, so daß das Bremsdrehmoment Fr erst zu dem Zeitpunkt tf wieder erhöht wird. Auf diese Weise wird in dem Fall, daß das Bremsdrehmoment während der Verringerung des Bremsdrucks den Wert Null erreicht, eine übermäßige Betätigung der Bremse verhindert, und die Bremsbedingungen werden in der oben beschriebenen Weise in Richtung auf einen Zustand verschoben, in welchem der Schlupffaktor in der Nähe des Punktes P liegt.

Die Funktionen der Differenzierschaltung, der Vergleichsschaltung und dergleichen, die gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von getrennten Bauteilen ausgeführt werden, können in einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung auch von einer anderen Einrichtung, beispielsweise einem Mikrocomputer, übernommen werden. Die Operationen wie Differentiation, Messung und Abtastung von Zeitintervallen und dergleichen können nach Wahl entweder analog oder digital ausgeführt werden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß das Zeitintervall, während dessen die Bremskraft reduziert wird, in der Weise ermittelt wird, daß man zu einem durch die Zeitmeßschaltung gemessenen Bezugs-Zeitintervall einen Summanden addiert, der durch das Bezugs-Zeitintervall multipliziert mit einem vorgegebenen Koeffizienten gebildet ist, wird der Schlupffaktor automatisch in der Weise geregelt, daß er sich von einem zu großen oder zu kleinen Anfangswert aus dem Optimalwert annähert. Auf diese Weise wird ein Blockieren des Rades selbst dann wirksam verhindert, wenn sich die Viskosität der Bremsflüssigkeit oder der Reibungskoeffizient ändert, und der Bremsweg kann beträchtlich verkürzt werden.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung für eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage

• a) mit einer Auswerteschaltung, die ein Raddrehzahlsignal empfängt, daraus ein Drehverzögerungssignal erzeugt und abhängig davon ein Magnetventil ansteuert, um den Bremsdruck abzusenken und wieder anzuheben, wobei
• b) die Auswerteschaltung das Umschalten in die Druckabbaustellung bewirkt, wenn das Drehverzögerungssignal eine erste Schwelle erreicht hat, und den Druckabbau fortführt, wenn eine zweite kleinere Schwelle erreicht ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c) die Zeit T 1 gemessen wird, die das Drehverzögerungssignal zwischen den beiden Schwellen benötigt,
• d) eine Multiplizierschaltung (11) aus der Zeit T 1 und einem vorgegebenen Koeffizienten m eine Zeit T 2 errechnet, wobei der Koeffizient m so gewählt ist, daß der über die Gesamtdauer T 1+T 2 gemittelte Wert der Bremskraft gleich dem Wert ist, an dem das Drehverzögerungssignal wieder auf Null zurückgegangen ist, und
• e) nach Ablauf der Gesamtzeit T 1+T 2 der Abbau des Bremsdrucks durch Schalten des Magnetventils (13) beendet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (5), die die Übereinstimmung des Drehverzögerungssignals mit einem der ersten Schwelle entsprechenden Wert feststellt und daraufhin eine Zeitmeßschaltung (7) zur Messung der Zeit T 1 in Betrieb setzt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, kleinere Schwelle auf den Wert Null gesetzt ist und daß ein Nulldurchgangsdetektor (4) ein Signal zur Beendigung der Zeitmessung an die Zeitmeßschaltung (7) liefert, wenn das Drehverzögerungssignal den Wert Null erreicht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Zeitmeßeinrichtung (10), die das Signal des Nulldurchgangsdetektors (4) und das Signal der Multiplizierschaltung (11) aufnimmt und ein Signal zum Schalten des Magnetventils (13) erzeugt, wenn die seit dem Eintreffen des Signals des Nulldurchgangsdetektors vergangene Zeit mit der durch die Multiplizierschaltung errechneten Zeit T 2 übereinstimmt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Korrektur des Koeffizienten m in Abhängigkeit von der Zeit, die nach dem Schalten des Magnetventils (13) in die Druckaufbaustellung benötigt wird, bis die Drehbeschleunigung des Rades wieder auf Null abgenommen hat.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die überprüft, ob die zeitliche Ableitung des Drehverzögerungssignals während der Zeit T 2 den Wert Null annimmt, und die daraufhin den Koeffizienten m vergrößert.