DE3717531A1 - Blockierschutzeinrichtung - Google Patents
BlockierschutzeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Blockierschutzeinrichtung für
eine Fahrzeug-Bremsanlage.
Eine Blockierschutzeinrichtung ist allgemein derart ausgelegt,
daß sie, sobald das Blockieren eines Rades festgestellt
wird, den Bremsdruck vorübergehend verringert,
um das Blockieren des Rades zu beseitigen, und anschliessend
den Bremsdruck allmählich wieder steigert. Bei derartigen
Blockierschutzeinrichtungen ist es erforderlich,
das Schlupfverhältnis der Räder geeignet zu regeln.
Das Schlupfverhältnis ist definiert durch die folgende
Gleichung:
S = V-Vw/V (1)
wobei V die Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus und Vw
die Umfangsgeschwindigkeit des Rades bezeichnet.
Zwischen dem Reibungskoeffizienten μ, der die Reibung
zwischen dem Rad und der mit diesem Rad in Berührung
stehenden Fahrbahnoberfläche in Laufrichtung des Rades
angibt, besteht die in Fig. 6 veranschaulichte Beziehung.
In Fig. 6 repräsentiert die Kurve a die Beziehung zwischen
dem Schlupfverhältnis S und dem Reibungskoeffizienten
μ bei hohem Reibungskoeffizienten, wie er beispielsweise
auf einer trockenen Beton-Fahrbahnoberfläche auftritt und
die Kurve b repräsentiert die Beziehung zwischen dem
Schlupfverhältnis S und dem Reibungskoeffizienten μ bei
niedrigem Reibungskoeffizienten, wie er beispielsweise
auf schneebedeckter Fahrbahn auftritt. Die Kurve c in
Fig. 6 repräsentiert die Beziehung zwischen dem Schlupfverhältnis
S und dem quer zur Laufrichtung des Rades
wirkenden Seitenführungs-Reibungskoeffizienten μ L.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, erreicht der in Laufrichtung
des Rades wirkende Reibungskoeffizient μ sein Maximum in
der Nähe eines Schlupfverhältnisses S = 0,2. Wenn das
Schlupfverhältnis S bei einem Blockieren der Räder zunimmt,
beispielsweise wenn sich die Räder bei rascher
Betätigung der Bremse nicht mehr mitdrehen, so nimmt
der Reibungskoeffizient μ ab. Der Seitenführungs-Reibungskoeffizient
μ L nimmt mit der Zunahme des Schlupfverhältnisses
S sehr schnell ab.
Damit das Fahrzeug innerhalb einer möglichst kurzen Strecke
zum Stillstand gebracht wird, ist es wünschenswert, die
Bremskraft derart zu regeln, daß der Reibungskoeffizient
μ während des Bremsvorgangs ständig in der Nähe des Maximalwertes
(0,2 in dem Beispiel gemäß Fig. 6) bleibt. Wenn
der Reibungskoeffizient μ in Laufrichtung des Rades seinen
Maximalwert hat, ist der Seitenführungs-Reibungskoeffizient
μ L ebenfalls noch relativ hoch, so daß auch ein seitliches
Ausbrechen des Fahrzeugs verhindert wird. Eine derartige
Regelung der Bremskraft hat daher den Vorteil, daß das
Fahrzeug sicher zum Stehen gebracht werden kann.
Vor dem Hintergrund der obigen Überlegungen sind Mechanismen
vorgeschlagen worden, durch die Bremskraft automatisch
so geregelt werden soll, daß das Schlupfverhältnis einen
optimalen Wert annimmt. Zu diesem Zweck wird eine sogenannte
simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt,
indem die allmähliche Verzögerung des Fahrzeugs während
des Bremsvorgangs zunächst durch Experiment oder durch
Simulation bestimmt wird, und die Umfangsgeschwindigkeit
der Räder wird so geregelt, daß sich ein geeignetes
Schlupfverhältnis in Bezug auf den Verlauf der simulierten
Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt.
Bei einer Blockierschutzeinrichtung, die lediglich eine
Soll-Umfangsgeschwindigkeit der Räder entsprechend der
simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit festlegt und die
Bremskraft derart regelt, daß die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit
der Räder an diesen Sollwert angenähert
wird, ergeben sich jedoch die folgenden Probleme.
Wenn bei der Bestimmung der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
von einer großen Verzögerung des Fahrzeugs ausgegangen
wurde, während der tatsächliche Reibungskoeffizient
μ der Fahrbahn niedrig ist, so wird die Umfangsgeschwindigkeit
der Räder abrupt verringert, und es
kommt zum Blockieren der Räder. Hierdurch wird der Bremsweg
verlängert und es besteht die Gefahr eines seitlichen
Ausbrechens der Räder. Wenn dagegen bei der Einstellung
der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit von einer geringen
Verzögerung des Fahrzeugs ausgegangen wurde, während
der tatsächliche Reibungskoeffizient der Fahrbahn hoch
ist, so wird die Zeit, in der der Bremsdruck verringert
oder aufgehoben ist, unnötig verlängert, so daß sich
ebenfalls eine Verlängerung des Bremsweges ergibt.
Im Hinblick auf diese Probleme haben die Erfinder in
der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-69 285 eine Steuereinrichtung
für eine blockiergeschützte Fahrzeug-Bremsanlage
vorgeschlagen.
Diese Steuereinrichtung mißt die Umfangsgeschwindigkeiten
der Räder bei der Erzeugung eines Signals zur Verringerung
des Bremsdruckes und bei der Erzeugung eines Signals zur
erneuten Erhöhung des Bremsdruckes. Anhand dieser Meßwerte
wird das Anstiegs/Abnahme-Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades bestimmt, und der Reibungskoeffizient
der Fahrbahn wird anhand dieses Verhältnisses abgeschätzt.
Ein Ventil zur Steuerung des Bremsdruckes wird auf der
Grundlage des abgeschätzten Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
geöffnet oder geschlossen, und die Bremskraft wird im
Verlauf der Regelung an die Änderung des Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
angepaßt.
Die simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vr wird anhand der
folgenden Gleichung berechnet:
Vr = V0 + r0 × t (2)
wobei V0 den Anfangswert der Fahrzeuggeschwindigkeit V,
0 den durch Differenzieren der abgetasteten Umfangsgeschwindigkeit
des Rades ermittelten Anfangswert für
die Beschleunigung/Verzögerung des Rades ( ist im allgemeinen
negativ) und t die seit der Betätigung der Bremse
vergangene Zeit bezeichnet.
Die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs der Räder wird gemäß
der folgenden Gleichung anhand der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr und des Schlupfverhältnisses (im allgemeinen
zwischen 0,1 und 0,3) bestimmt.
Vs = Vr × (1-S) (3)
und die Regelung wird derart durchgeführt, daß die Umfangsgeschwindigkeit
jedes Rades an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs der Räder angeglichen wird.
Bei der oben beschriebenen Steuereinrichtung haben sich
jedoch die folgenden Nachteile ergeben:
Da der Reibungskoeffizient μ der Fahrbahn für alle Räder
einheitlich festgelegt wird, ist es schwierig, den Bremsweg
in solchen Fällen zu optimieren, in denen die Oberflächenbereiche
der Fahrbahn, mit denen die verschiedenen Räder
in Berührung stehen, unterschiedliche Reibungskoeffizienten
aufweisen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß
bei einem Bremsvorgang auf einer Fahrbahn mit hohem Reibungskoeffizienten
die Blockierschutzeinrichtung durch
auf das Rad-Achsen-System wirkende Torsionsmomente beeinflußt
wird, so daß die Bremskraft übermäßig reduziert
wird und sich eine unerwünschte Verlängerung des Bremsweges
ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebene
Blockierschutzeinrichtung derart zu verbessern,
daß unter allen Fahrbahnbedingungen ein minimaler Bremsweg
erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1
angegeben.
Erfindungsgemäß wird für jedes Rad des Fahrzeugs eine
Soll-Umfangsgeschwindigkeit festgelegt, die annähernd
der tatsächlichen Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit
entspricht. Die Bezugsgröße bildet dabei einen Wert für
die Fahrzeugverzögerung, der auf der Grundlage des Mittelwertes
der Fahrbahn-Reibungskoeffizienten der einzelnen
Räder gewonnen wird. Hierdurch wird eine optimale Regelung
des Bremsdruckes auch dann ermöglicht, wenn sich
die Fahrbahn-Reibungskoeffizienten der verschiedenen
Räder oder Radpaare voneinander unterscheiden.
Gemäß einer in Anspruch 2 angegebenen vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung wird ein Ventil, das die Verringerung
des Bremsdruckes im Rahmen der Blockierschutzregelung
bewirkt, für ein bestimmtes Zeitintervall außer Kraft
gesetzt, wenn am Beginn des Blockierschutz-Regelvorgangs
ein hoher Reibungskoeffizient der Fahrbahn ermittelt wurde.
Hierdurch wird verhindert, daß der Bremsdruck unnötig verringert
wird, wenn an einem Rad durch Torsionsschwingungen
des Rad-Achs-Systems ein Blockieren des Rades vorgetäuscht wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen 3 und 4.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen, die auch Darstellungen
zum Stand der Technik enthalten, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Bremsdruckregelsystems
und einer zugehörigen
elektrischen Steuerschaltung gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Graphik zur Veranschaulichung
der Beziehung zwischen dem Beschleunigungs/
Verzögerungs-Verhältnis
eines Rades und dem Reibungskoeffizienten
der Fahrbahnoberfläche;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Bremsdruckregelsystems
und einer zugehörigen
elektrischen Steuerschaltung gemäß
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf verschiedener
Geschwindigkeiten im Zusammenhang
mit dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3;
Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 zur
Veranschaulichung des zeitlichen
Verlaufs entsprechender Geschwindigkeiten
bei einem herkömmlichen
Blockierschutzsystem;
Fig. 6 eine Graphik zur Veranschaulichung
der Beziehung zwischen dem Schlupfverhältnis
und dem Reibungskoeffizienten;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Steuersystems
einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 8 ein Flußdiagramm mit Erläuterung der
Arbeitsweise des Steuersystems;
Fig. 9 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung
der Änderungen von Geschwindigkeiten
in dem Blockierschutzregelsystem
gemäß Fig. 7 und 8; und
Fig. 10(a)-(d) Zeitdiagramme zur Veranschaulichung
der Blockierschutzregelvorgänge in
verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen zunächst anhand
von Fig. 5 die Nachteile eines herkömmlichen Blockierschutzregelsystems
erläutert werden.
In dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm ist auf der Abszisse
die Zeit t und auf der Ordinate die Geschwindigkeit V
aufgetragen. Bei den durch die verschiedenen Kurven dargestellten
Geschwindigkeiten handelt es sich um die Fahrzeuggeschwindigkeit
V, die Umfangsgeschwindigkeit VWL
eines Rades auf der Fahrzeugseite mit niedrigem Fahrbahn-
Reibungskoeffizienten μ, die Umfangsgeschwindigkeit VwH
eines Rades auf der Seite mit hohem Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
μ, eine anhand der Daten auf der Seite mit niedrigem
Reibungskoeffizienten simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit
VrL, eine anhand der Daten auf der Seite mit hohem Reibungskoeffizienten
simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit VrH, eine
in Bezug auf die Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten
berechnete Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsL der Räder und
eine in Bezug auf die Fahrzeugseite mit hohem Reibungskoeffizienten
berechnete Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsH
der Räder.
Wenn zu dem Zeitpunkt A das Bremspedal betätigt wird und
der Bremsdruck d. h., der Druck der Bremsflüssigkeit,
den Maximalwert erreicht, so beginnt die Verzögerung
der Räder, und die Blockierschutzeinrichtung erzeugt eine
simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vr, die näherungsweise
die Translationsgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus repräsentiert,
sowie eine Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs der
Räder. Diese beiden Geschwindigkeiten, die in der Zeichnung
nicht dargestellt sind, bilden die Grundlage für den ersten
Zyklus der Blockierschutzregelung. Da in diesem ersten
Zyklus simulierte Werte oder Schätzwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr und die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs angenommen werden müssen, obgleich der tatsächliche
Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahn noch nicht abgetastet
wurde, werden die Geschwindigkeitswerte aus Sicherheitsgründen
unter Annahme eines hohen Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
μ eingestellt.
Anschließend wird der Bremsdruck derart reduziert, daß
zwischen der berechneten Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs
und jedem der gemessenen Werte für die Ist-Umfangsgeschwindigkeit
Vw die Beziehung Vs ≦λτ Vw gilt, so daß mit Abschluß
des ersten Regelzyklus die gewünschte Ist-Umfangsgeschwindigkeit
Vw wiederhergestellt wird.
Anschließend wird zum Zeitpunkt B für jedes einzelne Rad
ein Anstieg/Abnahme-Verhältnis α für die Beschleunigung/
Verzögerung des Rades in dem ersten Zyklus berechnet,
um den Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahnoberfläche
abzuschätzen. Das Verhältnis α ist wie folgt definiert:
α = w m/wd (4)
Wenn das Verhältnis α klein ist, so wird angenommen, daß
der Reibungskoeffizient μ niedrig ist, und in einer
Steuerschaltung für die Fahrzeugseite mit niedrigem Reibungskoeffizienten
wird eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit
VrL mit mäßiger Änderungsrate (eine simulierte
Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend einer mäßigen Verzögerungscharakteristik)
und eine Soll-Umfangsgeschwindigkeit
VsL mit mäßiger Änderungsrate eingestellt.
Auf der Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten wird
dann die Steuerung derart durchgeführt, daß der Bremsdruck
verringert wird, wenn VwL ≦ωτ VsL ist, während der Bremsdruck
erhöht wird, wenn VwL ≦λτ VsL ist, so daß die tatsächliche
Rad-Umfangsgeschwindigkeit VwL an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
VsL angenähert wird.
Auf der Fahrzeugseite mit hohem Reibungskoeffizienten wird
dagegen eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit VrH mit
großer Änderungsrate (eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit
entsprechend einer scharfen Abbremsung des Fahrzeugs)
und eine Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsH mit großer Änderungsrate
eingestellt, und die Steuerung wird derart durchgeführt,
daß die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit VwH
der Räder an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsH angenähert
wird.
In jedem Fall wird somit der Bremsdruck nach der folgenden
Vorschrift geregelt:
Erhöhen des Bremsdruckes, wenn Vw ≦λτ Vs
Verringern des Bremsdruckes, wenn Vw ≦ωτ Vs.
Erhöhen des Bremsdruckes, wenn Vw ≦λτ Vs
Verringern des Bremsdruckes, wenn Vw ≦ωτ Vs.
Da die tatsächliche Geschwindigkeit V des Fahrzeugaufbaus
entsprechend der Gesamtsumme der Bremskräfte auf der Fahrzeugseite
mit hohem Reibungskoeffizienten und der Seite
mit niedrigem Reibungskoeffizienten abnimmt, besteht die
Tendenz, daß die Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsH auf der
Seite mit hohem Reibungskoeffizienten einen Wert annimmt,
der wesentlich kleiner als die Fahrzeuggeschwindigkeit
V ist, während auf der Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten
die Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsL wesentlich
größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit V ist. Folglich
wird zum Zeitpunkt C die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
VsL für die Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten
größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit V. Wenn der Bremsdruck
auf der Grundlage dieser auf einen höheren Bezugswert
eingestellten Soll-Umfangsgeschwindigkeit VsL geregelt
wird, so neigen die Räder auf der Seite mit hohem
Reibungskoeffizienten unvermeidlich zum Blockieren.
Da andererseits die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit
Vw der Räder die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht übersteigen
kann, hat die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit
der Räder auf der Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten
trotz der Regelung auf den Sollwert VsL den durch
die gestrichelte Linie Vw′L in Fig. 5 dargestellten Verlauf,
so daß die Räder praktisch ungebremst sind. Es
ergibt sich daher das Problem, daß es nicht möglich ist,
eine geeignete Regelung des Bremsdruckes sowohl für die
Seite mit hohem Reibungskoeffizienten als auch für die
Seite mit niedrigem Reibungskoeffizienten zu erreichen.
Diese Nachteile werden durch die nachfolgend beschriebene
erfindungsgemäße Blockierschutzeinrichtung überwunden.
In Fig. 1 ist in einem Blockdiagramm ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Blockierschutzeinrichtung
dargestellt. Die Leitungen des Bremsdrucksystems
sind durch durchgezogene Linien dargestellt, während
elektrische Leitungen durch gestrichelte Linien dargestellt
sind.
Fahrzeugräder 1 werden gebremst, indem Bremszangen 2 mit
Hilfe eines den Bremsflüssigkeitsdruck steuernden Stellgliedes
3 betätigt werden. Die Umfangsgeschwindigkeit Vw
jedes der Räder 1 wird durch einen Sensor 4 gemessen.
Jeder der Umfangsgeschwindigkeits-Sensoren 4 tastet magnetische
oder optische Impulse ab, die in Übereinstimmung
mit der Drehung des Rades erzeugt werden, und liefert
ein Geschwindigkeitsmeßsignal an eine zugeordnete Steuerschaltung
5. Jede der Steuerschaltungen 5 für die einzelnen
Räder ist mit einer Berechnungsschaltung 6 zur Berechnung
der Verzögerung des Fahrzeugaufbaus und ferner
mit dem Stellglied 3 zur Steuerung des Bremsdruckes verbunden
und liefert Steuersignale an das Stellglied.
Die Geschwindigkeit der Räder 1 ändert sich infolge der
Differenz zwischen dem durch die Bremszangen 2 ausgeübten
Bremsdrehmoment und dem durch die Fahrbahnoberfläche ausgeübten
Drehmoment, und der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit
des Rades wird durch den Umfangsgeschwindigkeits-
Sensor 4 abgetastet und in Form eines Umfangsgeschwindigkeits-
Impulssignals an die Steuerschaltung 5 übermittelt.
Jede der Steuerschaltungen 5 zählt die Impulssignale des
zugehörigen Sensors 4 um aus diesen Impulssignalen die
Rad-Umfangsgeschwindigkeit Vw für das betreffende Rad 1
zu bilden, berechnet die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs
entsprechend einer zuvor gespeicherten Rechenvorschrift
und erzeugt Steuersignale zur Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit
Vw an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs. Diese
Steuersignale werden von dem Stellglied 3 aufgenommen,
das hierdurch derart gesteuert wird, daß der Bremsdruck
für die jeweils zugehörige Bremszange verändert und auf
diese Weise die Blockierschutzregelung durchgeführt wird.
Bei jedem einzelnen Zyklus des durch die Regelung des
Bremsdruckes bewirkten Blockierschutzregelvorgangs
(Erhöhung und Verringerung des Bremsdruckes) berechnet
die Steuerschaltung 5 für jedes einzelne der Räder 1
das Anstieg/Abnahme-Verhältnis α für die Umfangs-Beschleunigung
und Verzögerung des Rades, und der Reibungskoeffizient
μ der Fahrbahnoberfläche,der eine konstante
Beziehung zu dem Anstieg/Abnahme-Verhältnis α aufweist,
wird jeweils in der Steuereinheit 5 bestimmt.
Die Steuereinheit 5 liefert einen Schätzwert für den
Fahrbahn-Reibungskoeffizienten μ an die Fahrzeugverzögerungs-
Berechnungsschaltung 6, die diese Signale verarbeitet
und als ein Fahrzeugverzögerungssignal an jede der Steuerschaltungen
5 übermittelt. Anschließend wird das Fahrzeugverzögerungssignal
in jeder der Rad-Steuerschaltungen 5
integriert, so daß ein der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr entsprechendes Signal erzeugt wird. Ferner
berechnet jede der Steuerschaltungen 5 auf der Grundlage
der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vr und des Schlupfverhältnisses
S anhand der Gleichung (3) die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs des Rades und erzeugt ein entsprechendes
Ausgangssignal. Anschließend steuert jede der Steuerschaltungen
5 das Stellglied derart an, daß die oben beschriebenen
Blockierschutzregelvorgänge wiederholt werden, so
daß die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades
an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs angeglichen wird.
In dem ersten Blockierschutz-Regelzyklus unmittelbar nach
Betätigen des Bremspedals kann der Reibungskoeffizient μ
noch nicht berechnet werden, da die hierzu benötigten
Geschwindigkeitsdaten noch nicht vorliegen. Die simulierte
Fahrzeuggeschwindigkeit und die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
werden daher auf Anfangswerte Vr0, Vs0 eingestellt,
die einem hohen Fahrbahn-Reibungskoeffizienten μ entsprechen.
Nachfolgend sollen die in den Steuerschaltungen 5 und der
Fahrzeugverzögerungs-Berechnungsschaltung 6 durchgeführten
Signalverarbeitungsvorgänge erläutert werden.
Das Anstieg/Abnahme-Verhältnis α für die Beschleunigung/
Verzögerung ist eine Variable, die definiert ist als das
Vehältnis zwischen der Umfangsbeschleunigung Vwd bei der
Verzögerung des Rades und der Umfangsbeschleunigung wu
bei der Beschleunigung des Rades (α = wu/wd). Wie in
Fig. 2 gezeigt ist, besteht eine feste Beziehung zwischen
diesem Verhältnis α und dem Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
μ. In den einzelnen Steuerschaltungen 5 werden Fahrbahn-
Reibungskoeffizienten μ 1 bis μ 4 anhand der gemessenen
Werte α 1 bis α 4 entsprechend der in Fig. 2 dargestellten
Beziehung abgeschätzt, und aus den einzelnen Reibungskoeffizienten
μ 1 bis μ 4 wird anhand der folgenden Formel
eine mittlerer Reibungskoeffizient μ für die Fahrbahnoberfläche
bestimmt:
μ = (μ 1 + μ 2 + μ 3 + m 4)/4 (5)
Der auf diese Weise berechnete mittlere Reibungskoeffizient
μ kann bei der Berechnung der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
als ein Wert berechnet werden, der annähernd
mit der Fahrzeugverzögerung in Einheiten der
Fallbeschleunigung übereinstimmt.
Die so berechnete Fahrzeugverzögerung wird wieder an
die Steuereinheiten 5 für die einzelnen Räder übermittelt,
die auf der Grundlage dieser Fahrzeugverzögerung die simulierte
Fahrzeuggeschwindigkeit Vr berechnen.
Wenn als Ausgangspunkt für die Berechnung ein Zeitpunkt
t 0 gewählt wird, bei dem der durch ein Differenzierglied
in der Steuerschaltung berechnete differenzierte Wert w
der Umfangsgeschwindigkeit mit der oben definierten Fahrzeugverzögerung
übereinstimmt, und wenn die Rad-Umfangsgeschwindigkeit
zu diesem Zeitpunkt mit Vw0 bezeichnet wird,
so läßt sich die simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vr
zu einem Zeitpunkt t anhand der folgenden Gleichung berechnen:
Vr = Vw0- (t-t 0) (2′)
Die Soll-Umfangsgeschwindigkeit wird bestimmt durch die
Gleichung:
Vs = Vr(1-S) (3′)
An das Stellglied 3 wird ein Steuersignal geliefert, durch
das der Bremsdruck derart geregelt wird, daß die Umfangsgeschwindigekeit
Vw der Rades an die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs angeglichen wird.
Für den Schlupffaktor S in Gleichung (3′) kann ein konstanter
Wert, beispielsweise ein Wert zwischen 0,1 und 0,3
eingesetzt werden. Vorzugsweise wird jedoch dieser Wert in
Abhängigkeit von dem abgetasteten Reibungskoeffizienten μ
derart variiert, daß der Wert S bei großem Reibungskoeffizienten
μ größer ist als bei kleinem Reibungskoeffizienten,
da ein Blockieren der Räder auf einer Fahrbahn mit niedrigem
Reibungskoeffizienten leichter auftritt. Experimente
haben ergeben, daß eine günstige Brems- und Blockierschutzwirkung
erreicht wird, wenn S für niedrige Reibungskoeffizienten
μ auf einen Wert zwischen 0,1 und 0,15 und für hohe
Reibungskoeffizienten μ auf einen Wert zwischen 0,15 und
0,25 eingestellt wird.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Die Blockierschutzeinrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel weist anstelle der Fahrzeugverzögerungs-
Berechnungsschaltung 6 des vorigen Ausführungsbeispiels
eine Berechnungsschaltung 7 zur Berechnung der
simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden von den einzelnen
Steuerschaltungen 5 A Signale an die Berechnungsschaltung
7 übermittelt, die die Rad-Umfangsgeschwindigkeit Vw zu
dem jeweiligen Zeitpunkt und den jeweiligen Fahrbahn-Reibungskoeffizienten
(μ 1 bis μ 4) bei Vollendung des Regelzyklus
angeben. Die Berechnungsschaltung 7 berechnet in
der gleichen Weise wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel
gemäß der Gleichung (5) anhand der Reibungskoeffizienten
μ 1 bis μ 4 den mittleren Reibungskoeffizienten
μ. Ferner führt die Berechnungsschaltung die Berechnungen
zur Bestimmung der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
durch, wobei der mittlere Reibungskoeffizient μ als Maß
für die Änderungsrate der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
dient:
Vr = Vw0-r(t-t 0) (2″)
Von den für jedes einzelne Rad bestimmten simulierten
Fahrzeuggeschwindigkeiten Vr wählt die Berechnungsschaltung
den Wert mit dem größten Absolutbetrag aus und übermittelt
diesen an die einzelnen Steuerschaltungen 5 A.
Jede der Steuerschaltungen 5 A führt dann auf der Grundlage
des unabhängig bestimmten Schlupfverhältnisses S entsprechend
dem geschätzten Reibungskoeffizienten μ und auf der
Grundlage der gemäß Gleichung (2″) erhaltenen simulierten
Fahrzeuggeschwindigkeit die Berechnungen gemäß Gleichung
(3′) durch und bestimmt so die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs für das betreffende Rad. Durch jede einzelne Steuerschaltung
wird auf diese Weise die Blockierschutzregelung
durchgeführt, indem der Bremsdruck derart erhöht und verringert
wird, daß der gemessene Wert für die Umfangsgeschwindigkeit
Vw des Rades sich der Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs annähert.
Fig. 4 veranschaulicht die Regelvorgänge, die in der
oben beschriebenen Blockierschutzeinrichtung ablaufen,
wenn die Fahrbahn auf der rechten und linken Steite des
Fahrzeugs unterschiedliche Reibungskoeffizienten aufweist.
Anstelle der in der herkömmlichen Blockierschutzeinrichtung
verwendeten simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr′L und VrH wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine
an die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V angenäherte
simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vr eingestellt, und
diese simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit dient als Bezugswert
bei der Regelung der Umfangsgeschwindigkeiten VwL
und VwH. Auf diese Weise wird eine zufriedenstellende
Blockierschutzwirkung erreicht.
Die oben geschriebenen Auführungsbeispiele der Erfindung
können in vielfältiger Weise variiert werden.
- (a) Die erfindungsgemäße Blockierschutzeinrichtung kann nicht nur durch elektronische Schaltungen mit den oben beschriebenen Funktionen verwirklicht werden, sondern auch durch einen Mikrocomputer, der die gleichen Datenverarbeitungsprozesse in digitaler Form durchführt.
- (b) Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird zur Steuerung der einzelnen Räder ein sogenanntes Viersensor- Vierkanalsystem verwendet, bei dem jedem Rad ein Geschwindigkeitssensor zu geordnet ist. Stattdessen kann jedoch in einem sogenannten X-förmigen Bremsleitungssystem auch ein Viersensor-Zweikanalsystem oder ein Zweisensor- Zweikanalsystem verwendet werden, durch das zwei Paare diagonal gegenüberliegender Räder gesteuert werden. Bei einem Zweisensor-Zweikanalsystem wird ein Mittelwert für den Reibungskoeffizienten verwendet, der aus den Abtastwerten von zwei Geschwindigkeitssensoren gewonnen wird. Ferner ist ein Viersensor-Dreikanalsystem (beispielsweise mit unabhängigen Bremsdrucksystemen nur für die linken und rechten Antriebsräder) möglich, bei dem in ähnlicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Mittelwert für den Reibungskoeffizienten der Fahrbahn gebildet und verwendet wird.
- (c) Das Verfahren zur Abschätzung des Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahnoberfläche ist nicht darauf beschränkt, daß das Anstiegs/Abnahme-Verhältnis α der Rad-Umfangsgeschwindigkeit verwendet wird, sondern kann auch so ausgestaltet sein, daß der für die Steuerung zugrundegelegte Reibungskoeffizient bestimmt wird, indem man diesen Reibungskoeffizienten als niedrig annimmt, wenn die Zeitintervalle, in denen der Bremsdruck verringert wird, lang sind, während man den Reibungskoeffizienten als hoch annimmt, wenn diese Zeitintervalle kurz sind.
Nachfolgend sollen unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 10
weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.
In Fig. 7 ist das Bremssystem 10 eines Fahrzeugs schematisch
in einem Blockdiagramm dargestellt. Durch die auf
das Bremspedal ausgeübte Betätigungskraft wird in einem
Hauptzylinder 11 ein Bremsdruck erzeugt, der dazu führt,
daß von einem Radzylinder 12 eine Bremskraft fb auf das
Rad 13 ausgeübt wird. Die Differenz zwischen der Reibungskraft
fr der Fahrbahnoberfläche 14 und der Bremskraft fb
bildet die auf das Rad 13 wirkende Verzögerungskraft, durch
die die Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades geändert wird.
Das Schlupfverhältnis S wird bestimmt anhand der Beziehung
zwischen der so definierten Rad-Umfangsgeschwindigkeit
Vw und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, und anschließend
wird der diesem Schlupfverhältnis S entsprechende Reibungskoeffizient
μ bestimmt. Die Reibungskraft fr zwischen der
Fahrbahnoberfläche und dem Rad ist durch den Reibungskoeffizienten
μ gegeben.
Anschließend soll die in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen
16 bezeichnete Blockierschutzeinrichtung zur Regelung
des Bremsdruckes erläutert werden.
Ein Radgeschwindigkeitssensor 17 zur Abtastung der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades ist an dem Rad 13 angeordnet
und mißt die Drehzahl des Rades 13 durch Zählen der
elektromagnetischen oder optischen Impulse, die entsprechend
der Drehung des Rades erzeugt werden. Aus der gemessenen
Drehzahl berechnet der Radgeschwindigkeitssensor
die Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades. Das Ausgangssignal
des Radgeschwindigkeitssensors 17 gelangt an eine Berechnungseinheit
18 und wird durch diese Berechnungseinheit
verarbeitet. Die Berechnungseinheit 18 erzeugt ein Steuersignal
zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils 19,
das seinerseits den Bremsdruck in dem Bremsleitungssystem
steuert. Das Bremsleitungssystem verbindet eine Bremsflüssigkeit-
Druckquelle 20, die durch eine Pumpe, einen Druckspeicher,
ein Druckregelventil und dergleichen gebildet wird, über das
Ventil 19 mit dem Radzylinder 12. Die Blockierschutzregelung
erfolgt durch Anpassung des auf den Radzylinder 12
wirkenden Bremsdruckes P, so daß die Bremskraft derart
geändert wird, daß die Rad-Umfangsgeschwindigkeit Vw
mit dem Sollwert Vs in Übereinstimmung gebracht wird.
Nachfolgend soll die Berechnungseinheit 18 im einzelnen
erläutert werden. Ein Rechner 21 dient zur Berechnung
und Vorgabe der Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs des Rades
auf der Grundlage der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr und des optimalen Schlupfverhältnisses S. An einem
Differenz-Abtastpunkt 21 A wird die Differenz zwischen
dem Berechnungsergebnis (Vw) und der Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs bestimmt. Je nach dem Ergebnis dieses Vergleichs
erzeugt ein Relais 22 ein Entscheidungssignal, nämlich
entweder ein Reduziersignal m zur Verringerung der Bremskraft,
wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Rades kleiner
als die Soll-Umfangsgeschwindigkeit ist (Vw ≦ωτ Vs), oder
ein die Reduktion des Bremsdruckes aufhebendes Signal
m zur Erhöhung der Bremskraft, falls Vw ≦λτVs. Das elektromagnetische
Ventil 19 wird durch das Entscheidungssignal
m oder m ein- und ausgeschaltet.
Das Abtastsignal Vw des Radgeschwindigkeitssensors 17
gelangt ferner an ein Differenzierglied 23, das ein der
Umfangsbeschleunigung oder -verzögerung w entsprechendes
Signal erzeugt und an einen Rechner 24 zur Berechnung des
Wertes α übermittelt.
Wenn das Relais 22 das Reduziersignal m erzeugt, so speichert
der Rechner 24 die Beschleunigung oder Verzögerung w als
eine Abnahmerate (Verzögerung) wd der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades. Wenn dagegen das Relais 22 das invertierte
Reduziersignal m erzeugt, liest der Rechner 24 die zu diesem
Zeitpunkt vorliegende Beschleunigung oder Verzögerung w
als Zunahmerate (Beschleunigung) wu der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades. Der Wert α wird von dem Rechner 24
anhand der folgenden Gleichung berechnet:
α = wu/wd (4′)
Der Rechner 24 nimmt Taktsignale von einem Zeitgeber 25
auf, und das Ausgangssignal des Rechners 24 gelangt an
einen Wandler 26. In dem Wandler 26 wird der zu dem berechneten
Wert α gehörende Reibungskoeffizient μ abgeschätzt.
Die Beziehung zwischen den Werten α und μ wird
abgeschätzt unter Verwendung von zuvor durch Experiment,
Simulation und dergleichen bestimmten Daten. Das Ausgangssignal
des Wandlers 26 wird zurückgekoppelt an den zur
Berechnung der Soll-Umfangsgeschwindigkeit dienenden
Rechner 21, der daraufhin die simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr und die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs an
den eingegebenen Wert μ anpaßt.
Das Ausgangssignal des Zeitgebers 25 wird ferner an eine
Entscheidungseinheit 27 übermittelt, die ein Signal t
speichert, das den Zeitpunkt angibt, zu dem das Reduziersignal
m erzeugt wurde. Das Signal t wird an eine Verarbeitungseinheit
28 übermittelt. Wenn von der Entscheidungseinheit
27 das die Zeit t angebende Signal ausgegeben wird,
so beurteilt die Verarbeitungseinheit 28, ob die weitere
Datenverarbeitung auf der Grundlage des durch den Wandler
26 bestimmten Wertes μ durchgeführt werden soll oder nicht,
und je nach dem Ergebnis dieser Beurteilung liefert die
Verarbeitungseinheit 28 ein Korrektursignal an den Differenz-
Abtastpunkt 21 b, so daß der Absolutwert der von dem
Rechner 21 ausgegebenen Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs
für ein Zeitintervall Δ T um einen Betrag Δ V verringert
wird.
Die in der Berechnungseinheit durchgeführten Verarbeitungsvorgänge
sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 8
und 9 näher erläutert werden.
Die Datenverarbeitung beginnt bei dem Schritt S 0 in Fig. 8,
wenn die Bremse betätigt wird.
In Schritt S 1 werden Anfangswerte R0 und SR0 für die
simulierte Fahrzeugverzögerung und das Schlupfverhältnis
eingestellt. Aus Sicherheitsgründen sind diese Werte
optimal an eine Fahrbahnoberfläche mit hohem Reibungskoeffizienten
angepaßt (z. B. r0 = -1G, Sr0 = 0,25).
In Schritt S 2 wird die Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades
gemessen und nach der Zeit differenziert, um die Verzögerung
w zu ermitteln.
In Schritt S 3 wird entschieden, ob die Verzögerung w
größer als die voreingestellte Verzögerung r0 ist
( w ≦λτ r0 ) oder nicht. Wenn die tatsächliche Verzögerung
größer als der vorgegebene Wert ist, so wird ein Blockieren
des Rades angenommen, und es wird beginnend mit Schritt S 4
die Blockierschutzregelung eingeleitet. Wenn das Ergebnis
der Überprüfung in Schritt S 3 negativ ist, werden die
Schritte S 2, S 3 wiederholt.
In Schritt S 4 wird der Anfangswert V0 für die simulierte
Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt, und als weiterer
Anfangswert wird die Zeit T0 eingestellt, bei der die
Abfrage in Schritt S 3 zu einem positiven Ergebnis geführt
hat.
In Schritt S 5 wird auf der Grundlage der in Schritt S 1
voreingestellten simulierten Fahrzeugverzögerung r0 und
des Schlupfverhältnisses Sr0 und auf der Grundlage des
in Schritt S 4 eingestellten Anfangswertes V0 für die simulierte
Fahrzeuggeschwindigkeit die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs des Rades zur Zeit t nach folgender Formel berechnet:
Vs = {V0 + r0(t-T0)}(1-Sr0) (3″)
Der erste Faktor in der obigen Gleichung entspricht der
simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vr:
Vr = V0 + r0 (t-T0)
In Schritt S 6 wird die Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades
erneut gemessen.
In Schritt S 7 wird entschieden, ob die gemessene Umfangsgeschwindigkeit
Vw kleiner ist als der Sollwert Vs
(Vw ≦ωτ Vs) oder nicht, und im Fall eines positiven Ergebnisses
dieser Überprüfung wird mit Schritt S 8 fortgefahren.
Wenn das Ergebnis der Überprüfung negativ ist, erfolgt ein
Rücksprung zu Schritt S 5, so daß die Schritte S 5 bis S 7
wiederholt werden.
In Schritt S 8 wird das Relais 22 betätigt, so daß das
elektromagnetische Ventil 19 geöffnet und hierdurch der
Bremsdruck P(T 1) verringert wird, da das positive Abfrageergebnis
in Schritt S 7 eine übermäßige Verzögerung des
Rades bedeutet.
In Schritt S 9 wird die Verzögerung des Rades zum Zeitpunkt
T 1 berechnet und als Abnahmerate wd der Rad-Umfangsgeschwindigkeit
gespeichert.
In Schritt S 10 wird anhand der Formel (3″) erneut die Soll-
Umfangsgeschwindigkeit Vs des Rades berechnet.
In Schritt S 11 wird erneut die Umfangsgeschwindigkeit Vw
des Rades gemessen.
In Schritt S 12 wird überprüft, ob die gemessene Umfangsgeschwindigkeit
Vw größer ist als die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
(Vw ≦λτ Vs) oder nicht, und im Fall eines positiven
Ergebnisses wird mit Schritt S 13 fortgefahren. Bei einem
negativen Ergebnis der Abfrage erfolgt ein Rücksprung zu
Schritt S 10.
In Schritt S 13 wird das elektronische Ventil 19 wieder geschlossen,
so daß der Bremsdruck P(T 2) wieder erhöht wird.
In Schritt S 14 wird die Beschleunigung des Rades zum Zeitpunkt
T 2 berechnet und als Anstiegsrate wu der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades gespeichert.
In Schritt S 15 wird der Wert α anhand der Gleichung (4′)
berechnet.
In Schritt S 16 wird anhand des Wertes a der Reibungskoeffizient
μ bestimmt.
In Schritt S 17 wird geprüft, ob der in Schritt S 16 bestimmte
Reibungskoeffizient μ größer ist als ein Einstellwert.
(In diesem Ausführungsbeispiel ist als Schwellenwert
der Wert μ = 0,3 eingestellt, und oberhalb dieses Schwellenwertes
liegende Reibungskoeffizienten werden als hohe
Reibungskoeffizienten betrachtet, während unterhalb dieses
Schwellenwertes liegende Reibungskoeffizienten als
niedrige Reibungskoeffizienten betrachtet werden.) Wenn
die Überprüfung in Schritt S 17 positiv ist (hoher Reibungskoeffizient),
so wird mit Schritt S 18 fortgefahren, während
im Fall eines negativen Ergebnisses der Überprüfung
in Schritt S 17 ein Sprung zu Schritt S 21 erfolgt.
In Schritt S 18 wird von der Verarbeitungseinheit 28 ein
Korrekturwert Δ Vs für die Soll-Umfangsgeschwindigekeit
an den Differenz-Abtastpunkt 21 b übermittelt, so daß
die zu dem Relais 22 übertragenen Werte für die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs gleichmäßig um den Betrag Δ V
verringert werden (Abwärts-Parallelverschiebung von der
gestrichelten Linie Vs in Fig. 9 zu der strichpunktierten
Linie Vs′). Der Zeitpunkt, zu dem die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs um Δ V verringert wurde, d. h., der Zeitpunkt
T 2, zu dem der Reibungskoeffizient μ gemessen wurde, wird
gespeichert. In Schritt S 19 wird das Zeitintervall Tv
berechnet, das zwischen dem Zeitpunkt T 2 und dem jeweiligen
aktuellen Zeitpunkt t vergangen ist.
In Schritt S 20 wird überprüft, ob Tv größer ist als eingestellte
Zeitdifferenz, d. h., ob gilt: Tv ≦λτ Δ T oder
nicht. Wenn das Ergebnis dieser Überprüfung positiv ist,
so wird mit Schritt 21 fortgefahren (T 5), während anderenfalls
ein Rücksprung zu Schritt S 19 erfolgt.
In Schritt S 21 wird das gewünschte Schlupfverhältnis Sr
in Übereinstimmung mit r modifiziert. Anschließend erfolgt
ein Rücksprung zu Schritt S 2, so daß die oben beschriebenen
Regelvorgänge wiederholt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für die Berechnung
von Vs die gleiche Verzögerung r benutzt, die auch bei
der Berechnung des Anfangswertes für Vs zugrundegelegt
wurde. Folglich stimmt die Neigung der Kurve Vs mit der
Neigung dieser Kurve am Beginn der Regelung überein.
Nachdem die Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs in Schritt
S 21 modifiziert wurde, wird das elektromagnetische Ventil
19 wieder geöffnet, so daß der Bremsdruck P (T 6) abnimmt,
wenn die tatsächliche Rad-Umfangsgeschwindigkeit Vw die
Soll-Umfangsgeschwindigkeit Vs erreicht.
Wenn die Regelvorgänge bei einer Fahrbahn mit hohem Reibungskoeffizienten
durchgeführt werden, so können durch
die Schwankungen des Bremsdrehmoments und dergleichen
Torsionsschwingungen in dem Achssystem des Fahrzeugs erregt
werden, und diese Schwingungen haben möglicherweise
einen unerwünschten Einfluß auf die Umfangsgeschwindigkeit
des Rades. Diese Torsionsschwingungen wirken sich besonders
stark auf die Umfangsgeschwindigkeit des Rades aus, wenn
die Absolutbeträge der auf das Rad einwirkenden
Drehmomente gering sind (in einem Zustand, in dem
das Schlupfverhältnis nahezu gleich 0 ist). Aufgrund dieser
Torsionsschwingungen kommt es nach dem Zeitpunkt T 2 zu
feinen Oszillationen der tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeit
Vw des Rades, wie anhand der durchgezogenen Linie
Vw in Fig. 9 zu erkennen ist. Die Umfangsgeschwindigkeit
Vw sinkt jedoch nicht unter die modifizierte Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs′ (strichpunktierte Linie) ab, so daß
der Bremsdruck auch nach dem Zeitpunkt T 3 weiterhin kontinuierlich
ansteigt, wie durch die gestrichelte Linie in
Fig. 9 veranschaulicht wird. Auf diese Weise werden die
Räder einwandfrei gebremst. Wenn die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
nicht modifiziert würde, so würde das elektromagnetische
Ventil 19 zum Zeitpunkt T 3 geöffnet (durchgezogene
Linie in Fig. 9), und der Bremsdruck würde in dem Zeitintervall
von T 3 bis T 4 abnehmen, wie durch die durchgezogene
Linie in Fig. 9 veranschaulicht wird, da die
tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades unter
den nicht modifizierten Sollwert Vs absinkt. Die tatsächliche
Umfangsgeschwindigkeit Vw des Rades würde daher
erneut ansteigen, und erst nachdem die Umfangsgeschwindigkeit
Vw zum Zeitpunkt T 4 wieder die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
Vs übersteigt, würde das elektromagnetische Ventil
19 wieder geschlossen und der Bremsdruck erhöht, bis das
Ventil 19 zum Zeitpunkt T 6 wieder geöffnet würde.
Für den Korrekturwert Δ V (km/h) für die Soll-Umfangsgeschwindigkeit
und für die Dauer Δ T (sec) der Modifikation
wurden experimentell die nachfolgend angegebenen
optimalen Werte ermittelt.
Bei einem hohen Reibungskoeffizienten μ von 0,3 oder mehr
(beispielsweise auf trockenem Asphalt) sollte gelten:
Δ V = 5-10 (km/h)
Δ T = 0,1-0,2 (sec)
Δ T = 0,1-0,2 (sec)
Bei einer Fahrbahn mit niedrigem Reibungskoeffizienten
von weniger als 0,3 (beispielsweise bei vereister Fahrbahn)
sind beide Werte Δ V und Δ T auf 0 eingestellt, d. h.,
es erfolgt keine Absenkung der Soll-Umfangsgeschwindigkeit.
In Fig. 10(a) bis (d) werden weitere Beispiele von
Regelvorgängen in verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen
Blockierschutzeinrichtung gegenübergestellt.
Fig. 10(a) ist ein Zeitdiagramm eines Regelvorgangs
entsprechend Fig. 9, bei dem die Korrektur Δ V während
des Zeitintervalls Δ T erfolgt.
Das Zeitintervall Δ T, in dem die Korrektur Δ Vr für
die Soll-Umfangsgeschwindigkeit vorgenommen wird, beginnt
hier erst zu dem Zeitpunkt, zu dem die Rad-Umfangsgeschwindigkeit
Vw ihren Scheitelwert erreicht hat und
kleiner als die simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vr
geworden ist. Gegenüber dem in Fig. 10(a) gezeigten
Ausführungsbeispiel setzt also die Korrektur hier erst
mit einer Verzögerung Δ T′ ein.
Während der Regelung der Rad-Umfangsgeschwindigkeit
während des Zeitintervalls Δ T in Fig. 10(b) wird der
Korrekturwert Δ V entsprechend einer unabhängigen, von
der Änderungsrate der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit
Vr verschiedenen Funktion verändert, beispielsweise entsprechend
der experimentell bestimmten Änderung der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades.
Nachdem während des Zeitintervalls Δ T′ eine ähnliche
Korrektur wie in Fig. 10(a) vorgenommen wurde, wird
der Korrekturwert anschließend modifiziert, indem die
anhand von Fig. 10(b) beschriebene Korrektur in kurzen
Zeitintervallen wiederholt wird.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere Abwandlungen der
beschriebenen Ausführungsbeispiele denkbar.
- (a) Die oben beschriebenen Regelvorgänge gemäß Fig. 8 können auch mit einem Mikrocomputer anstelle der Berechnungseinheit 18 ausgeführt werden.
- (b) Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Betriebsbedingungen des elektromagnetischen Ventils durch Beeinflussung der berechneten Werte für die Soll-Umfangsgeschwindigkeit verändert werden, ist es auch möglich, die Betriebsbedingungen des elektromagnetischen Ventils direkt zu verändern, indem beispielsweise das Treibersignal für das elektromagnetische Ventil während eines vorgegebenen Zeitintervalls abgeschaltet wird, wenn ein Straßenzustand mit hohem Reibungskoeffizienten festgestellt wird.
- (c) Die Erfindung, die oben am Beispiel eines Einachsen- Systems erläutert wurde, ist auch in Viersensor-Vierkanalsystemen anwendbar, bei denen die Bremsen für die vier Räder eines Fahrzeugs unabhängig voneinander geregelt werden. Ebenso ist die Erfindung bei einem Zweisensor- Zweikanalsystem anwendbar, bei dem jedes Paar linker und rechter Räder durch ein identisches System geregelt wird, oder bei einem Viersensor-Dreikanalsystem, bei dem nur die rechten und linken Antriebsräder unabhängig voneinander geregelt werden.
- (d) Die oben geschriebenen Korrekturvorgänge brauchen nicht während der gesamten Dauer der Blockierschutzregelung ausgeführt zu werden. Es ist auch möglich, diese Korrekturen nur bei einem oder mehreren Regelzyklen in der Anfangsphase des Bremsvorgangs durchzuführen, in der das Achssystem starken Torsionsmomenten ausgesetzt ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Mittelwert für die Reibungskoeffizienten
der Fahrbahn anhand der an jedem einzelnen
Rad gemessenen Geschwindigkeitsdaten berechnet. Die
Verzögerung des Fahrzeugs wird auf der Grundlage des
Mittelwertes der Reibungskoeffizienten als Bezugswert
festgelegt, und die Soll-Umfangsgeschwindigkeiten für
jedes einzelne Rad werden auf der Grundlage der Verzögerung
des Fahrzeugs bestimmt. Hierdurch wird erreicht, daß die
Sollwerte für die Umfangsgeschwindigkeiten der einzelnen
Räder auf einen Wert eingestellt werden, der annähernd
mit der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt.
Die Regelung wird derart ausgeführt, daß die
tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Räder auf diese
Sollwerte eingeregelt werden. Dies hat den Vorteil, daß bei
unterschiedlichen Fahrbahn-Reibungskoeffizienten an den
verschiedenen Rädern der Bremsweg verkürzt und ein Blockieren
der Räder verhindert wird, so daß das Fahrzeug einwandfrei
lenkbar bleibt.
Da die erfindungsgemäße Blockierschutzeinrichtung Mittel
zur Abschätzung des Reibungskoeffizienten der Fahrbahn
und eine Einrichtung aufweist, die eine Verringerung des
Bremsdruckes während eines bestimmten Zeitintervalls
verhindern, sofern der abgeschätzte Reibungskoeffizient
oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, wird bei Bremsvorgängen
auf gut haftender Fahrbahn verhindert, daß
die Blockierschutzeinrichtung durch Torsionsschwingungen
im Achs- und Radsystem des Fahrzeugs ungünstig beeinflußt
wird und den Bremsweg unnötig verlängert.
Claims (4)
1. Blockierschutzeinrichtung für eine Fahrzeug-Bremsanlage,
mit Sensoren (4) zur Messung der Umfangsgeschwindigkeiten
(Vw) mehrerer Räder (2) des Fahrzeugs, einem Stellglied (3)
zur Steuerung des Bremsdruckes für jedes der Räder (2), und
einer Steuereinrichtung (5, 6; 5 A, 7; 18) zur Berechnung von
Reibungskoeffizienten (μ) zwischen den einzelnen Rädern und
der Fahrbahnoberfläche anhand der von den Sensoren (4)
gemessenen Werte, zur Berechnung von Soll-Umfangsgeschwindigkeiten
(V s ) der Räder auf der Grundlage der Reibungskoeffizienten
(μ) und zur Ansteuerung des Stellgliedes
(3) derart, daß die Umfangsgeschwindigkeit (Vw) jedes
Rades auf den Sollwert (Vs) eingeregelt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
(5, 6; 5 A, 7; 18) die Soll-Umfangsgeschwindigkeit (Vs) für
die verschiedenen Räder individuell auf der Grundlage
einer anhand eines Mittelwertes (μ) der Reibungskoeffizienten
(μ) der einzelnen Räder berechneten Fahrzeugverzögerung
(r) und eines Schlupfverhältnisses (S) für
jedes der Räder festlegt.
2. Blockierschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied ein
elektromagnetsiches Ventil (19) zur Steuerung des Bremsdruckes
aufweist, daß die Steuereinrichtung (18) eine
Abschätzeinrichtung (24, 26) zur Abschätzung des Reibungskoeffizienten
(μ), einen Rechner (21) zur Berechnung der
Soll-Umfangsgeschwindigkeit (Vs) anhand des Reibungskoeffizienten
(μ) und ein Steuerglied (21 a, 22) aufweist, das
die berechnete Soll-Umfangsgeschwindigkeit (Vs) mit der
gemessenen Umfangsgeschwindigkeit (Vw) des Rades vergleicht
und ein Signal zur Verringerung des Bremsdruckes
erzeugt, wenn die gemessene Umfangsgeschwindigkeit
kleiner wird als die Soll-Umfangsgeschwindigkeit, und
daß eine Sperreinrichtung (27, 28, 21 b) vorgesehen ist,
die die Verringerung des Bremsdruckes während eines vorgegebenen
Zeitintervalls (Δ T) verhindet, wenn der durch
die Abschätzeinrichtung (24, 26) ermittelte Reibungskoeffizient
(μ) größer ist als ein vorgegebener Wert.
3. Blockierschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (27,
28, 21 b) den durch den Rechner (21) berechneten Wert für
die Soll-Umfangsgeschwindigkeit (Vs) gleichmäßig um einen
bestimmten Betrag (Δ V) herabsetzt.
4. Blockierschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung
das Ausgangssignal (m) des Steuergliedes (21 a, 22) blockiert.
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