DE3612943A1 - Schlupfgeregelte bremsanlage fuer allrad-angetriebene kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schlupfgeregelte Bremsanlage für Allrad-angetriebene Kraftfahrzeuge, bei der eine Achse permanent, die zweite über eine differenz­ schlupfabhängige Kupplung angetrieben ist, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens, mit elektronischen Schaltkreisen zur logischen Verknüpfung und zur Verarbei­ tung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Bremsdruck Steuersignalen in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten sowie mit einem Hilfsdruckversorgungssystem, aus dem in der Antriebsschlupfregelphase Bremsdruck in die Rad­ bremsen der schlupfgeregelten Räder einsteuerbar ist.

Es sind bereits Bremsanlagen dieser Art bekannt, bei de­ nen zur Begrenzung und Regelung des Antriebsschlupfes Bremsdruck aus einem Hilfsdruckversorgungssystem über elektromagnetisch betätigbare Mehrwegeventile dosiert in die Radbremsen der mit zu hohem Schlupf laufenden Räder einsteuerbar ist (DE-Offenlegungsschrift 33 27 401). Zweckmäßigerweise sind solche Anlagen mit Antiblockiersy­ stemen kombiniert oder als Zusatz zu blockiergeschützten Bremsanlagen ausgebildet, weil ein Großteil der Bauteile, z. B. die Radsensoren, das Hilfsdruckversorgungssystem und einige der elektronischen Schaltkreise, sowohl zur Brems­ schlupf- als auch zur Antriebsschlupfregelung benötigt wird. Der Mehraufwand für ein kombiniertes System im Ver­ gleich zu dem Aufwand für ein reines Antiblockier- oder Antriebsschlupfregelsystem ist daher relativ gering.

Bei der Auslegung eines Antriebsschlupfregelsystemes für Fahrzeuge mit Allradantrieb müßte man erwarten, daß ent­ weder ein Anschluß aller Radbremsen an die Antriebs­ schlupfregelung oder der Einbau von Differentialsperren erforderlich sei. Beide Maßnahmen würden einen hohen Auf­ wand erfordern und hätten technische Nachteile. Da der Bremsdruck in den Hinterrädern normalerweise nach dem Select-Low-Prinzip gleichphasig geregelt wird und beide Hinterradbremsen an den gleichen Bremskreis angeschlossen sind, müßten die Radbremsen beider Hinterräder für eine individuelle Antriebsschlupfregelung hydraulisch und elektronisch getrennt werden. Das Einlegen von Differen­ tialsperren führt u. a. wegen der starren Kopplung der Rä­ der über die Antriebsstränge zu erheblichen Schwierigkei­ ten bei der Ermittlung der Fahrzeugreferenzgeschwindig­ keit, die für die Regelung benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher dieAufgabe zugrunde, eine für Fahrzeuge mit Allradantrieb und differenzschlupfabhängi­ ger Kupplung zwischen dem Vorderrad- und Hinterradan­ trieb geeignete, den Antriebsschlupf regelnde Bremsanlage zu entwickeln, die sich mit möglichst geringem Herstel­ lungsaufwand realisieren läßt.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in über­ raschend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise durch eine Bremsanlage der eingangs genannten Art lösen läßt, deren Besonderheit darin besteht, daß zur Antriebs­ schlupfregelung Bremsdruck in die Bremsen der Räder nur einer Achse einsteuerbar ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind nur die Radbremsen an der permanent ange­ triebenen Achse an die Antriebsschlupfregelung (direkt) angeschlossen.

Weiterhin ist es nach einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung vorgesehen, alle angetriebenen Räder mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens auszurüsten und die elektronischen Schaltkreise derart auszulegen, daß die Antriebsschlupfregelung erst einsetzt, d. h. erst dann Bremsdruck zur Reduzierung des Antriebsschlupfes einge­ steuert wird, wenn mindestens an einem Rad der nicht an die Antriebsschlupfregelung angeschlossenen Achse ein er­ höhter, über dem optimalen Wert liegender Antriebsschlupf auftritt.

Als differenzschlupfabhängige Kupplung kann vorteilhaf­ terweise eine Visco-Kupplung in den Antriebsstrang zu der zuschaltbaren Antriebsachse vorgesehen sein.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß bei Fahrzeugen mit Allradantrieb und differenzschlupfabhängi­ ger Kupplung im Antriebsweg zu der zuschaltbaren Achse über die Radbremsen nur einer Achse der Antriebsschlupf an allen Rädern geregelt werden kann. Dies gilt auch für Fahrbahnen bzw. Situationen mit sehr unterschiedlichem Reibbeiwert an der rechten und linken Fahrzeugseite. Ein Nachteil des beschriebenen Antriebskonzeptes, bei dem sich das maximal übertragbare gesamte Antriebsmoment je Achse nach dem Rad richtet, das den schlechteren Straßen­ kontakt besitzt, der darin besteht, daß ein Anfahren auf einseitigem Glatteis am Berg kaum möglich ist, wird da­ durch überwunden. In einer solchen Situation wird nämlich durch die Bremsdruckeinsteuerung auf der Glatteis-Seite und die dadurch hervorgerufene Sperrdifferentialwirkung das übertragbare Antriebsmoment erhöht. Der Gesamtschlupf an der zweiten Achse, die über die differenzschlupfabhän­ gige Kupplung angeschlossen ist, wird dadurch ebenfalls festgelegt. Der Antriebsschlupf an dem nicht geregelten Rad, das sich ebenfalls auf Glatteis befindet, wird da­ durch zwangsläufig, nämlich durch Regelung der ersten Achse, begrenzt.

Die maximal mögliche Radschlupfdifferenz wird durch die Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle der die beiden Achsen verbindenden Kupplung bestimmt. Da­ her ist es mit der erfindungsgemäßen Bremsanlage möglich, durch Anschluß nur einer Achse an die Antriebsschlupfre­ gelung den Antriebsschlupf aller angetriebenen Räder zu regeln bzw. zu begrenzen. Dadurch wird in jeder Situation eine ausreichende Übertragung von Vortriebs- und Seiten­ führungskräften an allen Rädern sichergestellt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildung hervor.

Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Antriebswege eines Allrad-angetriebenen Fahr­ zeugs mit einer permanent angetriebenen und einer zuschaltbaren Antriebsachse,

Fig. 2 den Aufbau und die hydraulische Schaltung einer Bremsschlupf und Antriebsschlupf regelnden Brems­ anlage nach der Erfindung und

Fig. 3 im Blockschaltbild das Regelungsprinzip der Bremsanlage nach Fig. 2.

Fig. 1 veranschaulicht ein Allrad-angetriebenes Fahrzeug, bei dem die beiden Vorderräder VL, VR von einem Antriebs­ motor 1 über ein Getriebe 2 und über ein Differential 3 permanent angetrieben werden. Über ein Zahnrad 4 ist das Getriebe 2 außerdem mit einer Antriebswelle 5 in Ein­ griff, die über eine differenzschlupfabhängige Kupplung, hier eine Visco-Kupplung 6, eine Welle 7 antreibt. Diese Welle 7 steht über ein Hinterachsdifferential 8 und den Antriebs-Halbwellen 9, 10 mit den Hinterrädern HL, HR in Verbindung.

Alle Fahrzeugräder sind mit Sensoren S 1 bis S 4 ausgerü­ stet, die die für die Bremsschlupf- und Antriebsschlupf­ regelung benötigten Informationen über das Drehverhalten der einzelnen Räder in Form von Wechselsignalen, deren Frequenzen zur Winkelgeschwindigkeit der einzelnen Räder proportional sind, dem in Fig. 3 dargestellten und anhand der Fig. 3 erläuterten elektronischen Regler zuführen.

Zur Antriebsschlupfregelung werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur die Radbremsen 11 und 12 der Vor­ derräder VL, VR eingesetzt, nämlich die Radbremsen an der permanent angetriebenen Vorderachse VA. Die Höhe des über die Kupplung 6 auf die Hinterachse HA übertragenen An­ triebsmomentes ist abhängig von der Schlupfdifferenz zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern. Im Normalbetrieb, d. h. solange der Antriebsschlupf an den Vorderrädern VL, VR relativ gering ist, leistet die Hinterachse höchstens einen sehr geringen Beitrag zum Antrieb. Tritt jedoch ein hoher Antriebsschlupf an den Vorderrädern auf, tritt die Koppelwirkung der Kupplung 6 in Funktion und schaltet den Hinterradantrieb zu.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer dreikreisigen hydraulischen Bremsanlage, die in Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung in der Lage ist, sowohl den Bremsschlupf als auch den Antriebsschlupf zu regeln. Es handelt sich in diesem Fall um ein pedalbetä­ tigtes (Bremspedal 15) Hydraulikaggregat, das im wesent­ lichen aus einem hydraulischen Bremskraftverstärker 16 und einem Tandem-Hauptzylinder 17 sowie aus einem Hilfs­ druckversorgungssystem 18 und einigen Mehrwegeventilen besteht. Bremsdruckgeber 16 und Hauptzylinder 17 sind baulich vereinigt.

Über ein Steuerventil, hier ein Schieberventil 19, im In­ neren des Bremskraftverstärkers 16 wird bei Betätigung des Bremspedals 15 Druck aus dem Hilfsdruckversorgungssy­ stem 18 in einen Verstärkerraum 20 annähernd proportional zu der Pedal­ kraft F. Über eine Hydraulikleitung 21 und ein SO-Ventil 22 (stromlos offenes Ventil) liegt normalerweise, d. h. bei ungeregelter parallelgeschalteten Hinterradbremsen 13,14 an.

Außerdem wird der Druck im Verstärkerraum 20 über einen Verstärkerkolben 23 auf die Kolben 24 und 25 im Inneren des Tandem-Hauptzylinders 17 übertragen, so daß bei Betä­ tigung des Bremspedals 15 in den Arbeitskammern 26, 27 des Hauptzylinders 17 und damit über die SO-Ventile 28, 29 auch in den Vorderradbremsen 12, 11 Bremsdruck erzeugt wird.

Des weiteren ist in jedem Bremskreis I, II, III ein SG-Ventil 30, 31 bzw. 32 (stromlos geschlossenes Ventil) vorhanden, über das in der Druckabbauphase ein Druckmit­ telrückfluß zu einem Druckausgleichs- und Druckmittelvor­ ratsbehälter 33 herbeigeführt werden kann.

Schließlich enthält die Bremsanlage noch ein sogenanntes Hauptventil 34, nämlich ein 3/2-Wegeventil, das normaler­ weise eine Vorkammer 35 des Hauptzylinders 17 mit dem Druckausgleichsbehälter 33 verbindet. Nach Umschaltung in die zweite Schaltposition wird über das Hauptventil 34 Druckmittel aus dem Verstärkerraum 20 über Manschetten am Umfang der Hauptzylinder-Kolben 24, 25 in dieArbeitskam­ mern 26, 27 und somit in die statischen Bremskreise d. h. in die Hauptzylinder-Bremskreise II, III, eingespeist.

Die bisher beschriebenen Bauteile werden für normale Bremsungen und zur Bremsschlupfregelung benötigt. Zur An­ triebsschlupfregelung ist ein weiteres Ventilpaar 36, 37, nämlich ein SO-Ventil 36 und ein SG-Ventil 37, vorgese­ hen. Über dieses Ventilpaar und über das Hauptventil 34 kann auch ohne Betätigung des Bremspedals 15 Bremsdruck aus dem Hilfsdruckversorgungssystem 18 über die Vorkammer 35 in die Arbeitskammern 26, 27 und von dort in die Rad­ bremsen 11, 12 eingesteuert werden, wobei wiederum über die SG-Ventile 28, 29 eine Verbindung zum Druckaus­ gleichsbehälter 33 hergestellt und dadurch der Bremsdruck reduziert oder abgebaut werden kann.

Alle beschriebenen SO- und SG-Ventile sind als elektroma­ gnetisch betätigbare Mehrwegeventile ausgebildet und zwar, mit Ausnahme des Hauptventils 34, als 2/2-Wegeven­ tile. Natürlich ist auch eine Zusammenfassung der SO-SG- Ventilpaare 22, 30; 28, 31; 29, 32 und 36, 37; zu 3/3-Wegeventilen möglich.

Mit der in Fig. 2 beschriebenen Bremsanlage, einschließ­ lich der Mehrwegeventile, kann somit während der Brems­ schlupfregelung der Vorderradbremsdruck individuell gere­ gelt werden. Die Hinterradbremsen 13, 14 sind dagegen parallelgeschaltet, so daß in beiden stets der gleiche Bremsdruck herrscht.

Zur Antriebsschlupfregelung werden nur die Vorderradbrem­ sen 11, 12, mit Bremsdruck beaufschlagt.

Das Regelprinzip veranschaulicht Fig. 3. Die Ausgangssi­ gnale der Sensoren S 1, S 2, S 3 und S 4, die das Raddrehver­ halten wiedergeben, werden in einen elektronischen Regler 38 eingespeist, der sowohl Schaltkreise 39 zur Brems­ schlupfregelung als auch Schaltkreise 40 zur Antriebs­ schlupf- bzw. Anfahrschlupfregelung enthält. Diese Schaltkreise können in Form von festverdrahteten Schal­ tungen oder von programmgesteuerten Schaltkreisen, wie Microcomputer, ausgeführt werden.

Die hydraulischen Aggregate und die anhand der Fig. 2 be­ schriebenen Ventile sind symbolisch in einem Block 41 zu­ sammengefaßt, an dem über 3 hydraulisch getrennte Kreise bzw. Bremskreise I, II, III die Hinterradbremsen 13, 14 gemeinsam und die Vorderradbremsen 11, 12 individuell re­ gelbar angeschlossen sind.

Aus Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 ist erkennbar, daß zur Antriebsregelung des Allrad-angetriebenen Fahrzeugs gemäß Fig. 1 nur ein geringer Mehraufwand gegenüber einem reinen Antiblockiersystem erforderlich ist. Wie bereits zuvor erläutert wurde, wird dennoch, obwohl nur die Vor­ derräder an das Antriebsschlupfregelsystem (direkt) ange­ schlossen sind, der Antriebsschlupf an allen Rädern be­ grenzt, und zwar in allen denkbaren Situationen. Selbst durch Anschluß aller angetriebenen Räder an die Antriebs­ schlupfregelung, was mit erheblichem Mehraufwand verbun­ den wäre, ließe sich keine nennenswerte Verbesserung des Anfahr- und Beschleunigungsverhaltens oder der Fahrstabi­ lität erreichen.

Claims (4)

1. Schlupfgeregelte Bremsanlage für Allrad-angetriebene Kraftfahrzeuge, bei denen eine Achse permanent, die zweite über eine differenzschlupfabhängige Kupplung angetrieben ist, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens, mit elektronischen Schaltkreisen zur logischen Verknüpfung und zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steu­ ersignalen in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten sowie mit einem Hilfsdruckversorgungssystem, aus dem in der Antriebsschlupfregelphase Bremsdruck in die Radbremsen der schlupfgeregelten Räder einsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Antriebsschlupfregelung Bremsdruck in die Radbremsen (11, 12) der Räder (VL, VR) nur einer Achse einsteuer­ bar ist.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Antriebsschlupfregelung Bremsdruck nur in die Radbremsen (11, 12) an der per­ manent angetriebenen Achse (VA) einsteuerbar ist.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle angetriebenen Räder (VR, VL, HR, HL) mit Sensoren (S 1, S 2, S 3, S 4) zur Ermittlung des Raddrehverhaltens ausgerüstet sind und daß die elektronischen Schaltkreise (40) derart ausgelegt sind, daß die Antriebsschlupfregelung erst in Funktion tritt, wenn mindestens an einem Rad der nicht an die Antriebsschlupfregelung angeschlossenen Achse (HA) ein erhöhter Antriebsschlupf feststellbar ist.

4. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß als diffe­ renzschlupfabhängige Kupplung (6) eine Visco-Kupp­ lung im Antriebsstrang zu der nicht permanent ange­ triebenen Achse (HA) vorgesehen ist.