DE3729967A1

DE3729967A1 - Radhaftungsregelung

Info

Publication number: DE3729967A1
Application number: DE19873729967
Authority: DE
Inventors: Hans Spies; Dieter Dr Ludwig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1989-03-23
Also published as: DE3729967C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radhaftungsregelung, d.h. eine Vorrichtung zur Regelung der Haftung von Rädern eines Fahrzeuges auf einem Untergrund gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für bekannte Radhaftungsregelungen sind zwei unterschiedliche Systeme bekannt, nämlich sogenannte Antiblockiersysteme und sogenannte Traktionshilfen. Beide Systeme sind heute bereits in Kraftfahrzeugen verwirklicht.

Bei Antiblockiersystemen werden die verwendeten Bremsaktuatoren pulsbreitenmoduliert betätigt, und zwar in Abhängigkeit einer Meßgröße, die von einem getrennten Drehgeschwindigkeitsgeber am jeweiligen Rad abgeleitet wird. Als Traktionshilfen sind z.B. schlupfhemmende Flüssigkeitskupplungen bzw. teil- und vollständig sperrende Differentiale bekannt.

Antibockiersystem und Traktionshilfen sind hierbei zwei getrennte Systeme mit jeweils getrennten Aktuatoren. Die Pulsbreitenmodulation beim Antiblockiersystem führt beispielsweise auf sehr glatter Fahrbahnoberfläche zu einem sehr hohen Verschleiß der Bremsbeläge und auch der Aktuatoren und führt zu relativ langen Phasen, in denen das Rad in der Gleitreibungsphase befindet. Außerdem wird bei diesen Antiblockiersystemen die tatsächlich auftretende Verzögerung nicht in den Regelvorgang einbezogen. Bei den Traktionshilfen besteht das Problem, daß hier nur mit einer oder mehreren Drehmomentschwellen oder Differenzdrehzahlschwellen gearbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radhaftungsregelung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit denen eine zuverlässige Radhaftung auch in extremen Fahrsituationen aufrechterhalten werden kann und außerdem die gesamte Vorrichtung nur einen relativ geringen Verschleiß der daran beteiligten Einrichtungen mit sich bringt.

Diese Aufgabe ist gemaß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen wird mit der Erfindung ein völlig anderer Weg beschritten. Durch die Verwendung eines elektrischen Motorgenerators für jedes Rad in Verbindung mit einer herkömmlichen Bremse werden die Funktionen eines Antiblockiersystems und einer Traktionshilfe miteinander in einem einzigen System realisiert. Der Motorgenerator dient sowohl zum zusätzlichen Abbremsen als auch zum zusätzlichen Antrieb des Einzelrade . Im Falle eines Elektroautos kann der Antrieb selbstverständlich allein von dem elektrischen Motorgenerator übernommen werden.

Die gesamte Vorrichtung ist prozessorgesteuert, wobei die Steuerung und Regelung des Bremsvorganges und der Traktionshilfe bis zum Rad direkt elektrisch oder elektrodynamisch erfolgt, d.h. alle Vorgänge können mit vernachlässigbaren Verzögerungen und dynamisch einstellbaren Regelkennlinien ablaufen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die herkommliche Bremse nicht mehr pulsbreitenmoduliert betätigt wird, vielmehr wird die herkömmliche Bremse auf eine vom Prozessor vorgegebene mittlere Bremskraft eingestellt, wobei dann die für eine optimale Bremsung erforderliche zusätzliche oder verminderte Bremskraft direkt elektrodynamisch verschleißfrei aufgeschaltet wird, entweder durch Erzeugen von Wirbelströmen oder indem dem elektrischen Motor eine Last aufgeschaltet wird.

Der den Bremsvorgang verzögernde elektrische Motorgenerator fungiert hierbei als Funktion der bekannten aufgeschalteten Last direkt als Drehzahlgeber, wobei die Verzögerung über einen Beschleunigungsaufnehmer im Fahrzeug mitberücksichtigt werden kann. Außerdem können für kritische Fahrsituationen Drehzahlmittelwerte und Lenkradeinschlag- bzw. Kurvenradien in den Brems- oder Traktionsvorgang mit einbezogen werden.

Die Traktionshilfe wird durch entsprechende Negativregelung des durchdrehenden Rades erreicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch die für die Erfindung wesentlichen Teile eines Rades mit einer Vorrichtung zur Radhaftungsregelung;

Fig. 2 ein Blockschaltdiagramm der Radhaftungsregelung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist lediglich ein Teil eines Felgensteges 1 eines Rades dargestellt, der mit einem angetriebenen Teil 2 verbunden ist. Die Radmittelachse ist mit A bezeichnet. Mit dem angetriebenen Teil ist eine Bremsscheibe 11 verbunden, die über angedeutete Bremszylinder 12 mit Hilfe von Bremsbacken 13 in Kontakt zu bringen ist.

Ebenfalls mit dem angetriebenen Teil 2 ist ein Rotor 14 eines elektrischen Motorgenerators 21 verbunden, dessen Stator 15 mit feststehenden Teilen eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges verbunden ist.

Am angetriebenen Teil 2 ist ferner ein Drehmomentsensor vorgesehen, der als Meßsignal eine dem Drehmoment von beiden Systemen, nämlich dem herkömmlichen Bremssystem und dem elektrischen Motorgenerator gelieferten Drehmoment abgibt. In Fig. 2 ist das Gesamtsystem zur Radhaftungsregelung eines vierrädrigen Fahrzeuges angegeben, wobei jedem Rad ein Motorgenerator 21 und ein elektrisch betätigbares Ventil 22 zugeordnet ist, mit dem das herkömmliche Bremssystem 11, 12, 13 aktiviert wird. Der Motorgenerator 21 dient sowohl zum Abbremsen als auch zum Antrieb des Einzelrades. Bei der Anwendung zum Antrieb erfolgt dieser entweder ausschließlich durch den Motorgenerator 21 oder über ein herkömmliches Ausgleichsgetriebe. Bei dieser letzteren Anordnung entsteht durch den Motorgenerator an den nicht angetriebenen Rädern ein zusätzliches Drehmoment, während bei den über ein Differential angetriebenen Rädern das Drehmoment durch entsprechende Beschaltung des elektrischen Motorgenerators sowohl verstärkt als auch abgeschwächt werden kann. Die Abschwächung erfolgt dabei durch Anschalten einer elektrischen Last oder - etwa bei Elektrofahrzeugen - durch Rückspeisung der gewonnenen Energie in die Fahrzeugbatterie.

Die Entscheidung über die zu treffende Regelungsmaßnahme wird in einem elektronischen Prozessorsystem 24, z.B. einem Mikroprozessor gewonnen, der mit dem herkömmlichen Bremssystem und dessen Steuerventil 22 und dem Motorgenerator 21 über eine Leistungselektronik 23 verbunden ist.

Dem Prozessorsystem 24 werden folgende Signale zugeführt:
Die Drehgeschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignale der einzelnen Rader über die Motorgeneratoren 21;
Bremsdrehmomentsignale aus den Drehmomentsensoren 17 der vier Einzelräder;
ein Beschleunigungs- oder Verzögerungssignal für die auf das Fahrzeug in seiner Längsachse wirkenden Beschleunigung oder
Verzögerung, wobei dieses Signal durch einen im Fahrzeug eingebauten Beschleunigungssensor 28 geliefert wird;
ein dem Lenkradeinschlag zugeordnetes Signal, welches von einem Lenkwinkelgeber 26 geliefert wird;
ein Geschwindigkeitsvorgabesignal, das von einem Sensor 27 geliefert wird, der z.B. die Gas- bzw. Bremspedalstellung überwacht; dieses Signal kann auch ein Tachosignal sein.

Aus allen vorhandenen Größen errechnet das Prozessorsystem 24 anhand vorgegebener Kennlinien das auf das jeweilige Rad aufzubringende Drehmoment, bei dem eine optimale Radhaftung in allen Fahrbereichen und bei allen Fahrbahnzuständen gewährleistet ist und zugleich die durch die Lenkung vorgegebene Trajektorie gefahren wird.

Durch die Kombination eines normalen Bremssystemes, das elektrisch angesteuert wird, und eines elektrischen Motorgenerators mit den oben beschriebenen Sensoreingängen, der je nach Erfordernis das Rad zusätzlich antreibt oder zusätzlich bremst, kann erreicht werden, daß bei jeder Fahrbahn und Kurvensituation eine optimale Haftung des Einzelrades auf der Fahrbahn gegeben ist. Insbesondere ist bei dem System gemäß der Erfindung keine pulsdauermodulierte Betätigung der Bremszylinder mit hoher Frequenz notwendig. Alle anderen bisherigen Systeme sind dazu nicht in der Lage, weil sie durch das intermittierende Betätigen der konventionellen Bremsen im Grenzbereich jeweils die Haftreibung überschreiten. Damit wird mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung auch dann noch eine sichere Abbremsung des Fahrzeuges erreicht, wenn durch Fahrbahnbeschaffenheit, z.B. Eis, oder z.B. durch Platzen eines Reifens ein Rad für diesen Vorgang völlig ausfällt oder ungeeignet ist. Die gleiche optimale Funktionsweise ist nicht nur beim Bremsen, sondern auch beim Beschleunigen des Fahrzeuges zu erreichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Regelung der Haftung von Rädern eines Fahrzeugs auf einem Untergrund (Radhaftungsregelung) mit einem das Blockieren der Räder beim Abbremsen des Fahrzeuges verhindernden System und einer das Durchdrehen der Räder beim Antrieb des Fahrzeuges verhindernden Traktionshilfe, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Rad (1) eine herkömmliche Bremse (11, 12, 13) und ein elektrischer Motorgenerator (21) vorgesehen sind, dessen Rotor (14) mit dem Rad (1) und dessen Stator (15) mit dem Fahrzeug verbunden ist, und daß eine Regelschaltung zum elektrischen Ansteuern (über Steuerventil 22) der herkömmlichen Bremse (11, 12, 13) und zum Abbremsen bzw. Antrieb des Rotors (14) des elektrischen Motorgenerators (21) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine Prozessorschaltung (24), insbesondere ein Mikroprozessor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß fur jedes Rad (1) ein Drehmomentsensor (17) vorgesehen ist, der mit der Regelschaltung (24) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Motorgenerator (21) als Drehgeschwindigkeitsgeber mit der Regelschaltung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerung der herkömmlichen Bremse (11, 12, 13) ein elektrisch ansteuerbares Steuerventil (22) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelschaltung zur Lieferung von weiteren für die Regelung auszunutzenden Signalen ein Beschleunigungssensor (28) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der prozessorschaltung ein Lenkwinkelgeber (26) zur Lieferung eines dem Lenkradeinschlag proportionalen Signales verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelschaltung ein Sensor (27) zur Vorgabe einer Geschwindigkeit verbunden ist.