DE3729967C2

DE3729967C2 -

Info

Publication number: DE3729967C2
Application number: DE3729967A
Authority: DE
Inventors: Hans 8068 Pfaffenhofen De Spies; Dieter Dr. 8858 Neuburg De Ludwig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1992-03-26
Also published as: DE3729967A1

Description

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

Für Radhaftungsreglungen sind zwei unterschiedliche Systeme bekannt, nämlich die sogenannten Antiblockiersysteme (ABS) und die Vortriebsregelungen (ASR). Beide Syteme sind in Kraftfahrzeugen verwirklicht.

Bei den Antiblockiersystemen werden die Raddrehzahlen gemessen und in einem Mikroprozessor ausgewertet. Der wiederum gibt Stellsignale an die einzelnen Radbremsen. Weil hier ein rascher Wechsel des Bremsmomentes erfolgt, werden die Bremsen hoch beansprucht. Zudem benötigt man zum Bestimmen der Radgeschwindigkeit extra angeordnete Drehzahlfühler.

Als Vortriebshilfen sind der Fachwelt ganz oder teilweise sperrende Differentiale geläufig. Sofern eine Blockierschutzvorrichtung bereits vorhanden ist, werden deren Teile benutzt, um ein Durchdrehen der angetriebenen Räder zu vermeiden. Hierzu wird die Bremse des durchdrehenden Rades angelegt und gegebenenfalls das Antriebsmoment des Motors verringert. Auch hier wird die konventionelle Bremse belastet.

Sowohl ABS als auch ASR geben üblicherweise pulsbreitenmodulierte Signale an die Stellglieder. Um eine schnelle Anpassung zu erreichen, sind hohe Frequenzen zum Betätigen der Radbremszylinder erforderlich. Das führt zu einem erheblichen Verschleiß aller an der Regelung beteiligten Teile.

Im einzelnen zeigt der Stand der Technik:

In der Zeitschrift "technica" (Nr. 21 von 1965, Seite 1905) ist eine Geschwindigkeitsregelung und eine Zielbremsautomatik für Triebzüge beschrieben. Eine Elektronik führt dabei eine Geschwindigkeitsregelung und die Zielbremsung durch. Diese Anlage enthält auch ein Antiblockiersystem. Die Schaltlogik greift in die pneumatische Bremse ein und reduziert das Bremsmoment, wenn ein Drehzahleinbruch festgestellt wird. Über einen Differenzierverstärker wird die Größe der Verzögerung und Beschleunigung des Rades ermittelt. Gleichzeitig wird ein Befehl zum Herunterschalten der elektrischen Bremsstufe gegeben.

Um beim Anfahren ein Durchdrehen der Räder zu verhindern, wird bei einer plötzlichen Drehzahländerung der Triebachse ein Signal zum Ansprechen des Bremszylinders abgegeben. Dieser wird mit einem festeingestellten, kleineren Bremsdruck beaufschlagt. Geichzeitig wird das elektrische Antriebsmoment verringert. Sollte nur mit dem Fahrmotor gebremst werden, erfolgt keine Beeinflussung der pneumatischen Bremse.

Die Anordnung bewirkt somit die ausreichende Radhaftung durch Zurückschalten des Fahrmotors und Anlegen der Bremse. Auf einer sehr glatten Fahrbahn führt das zu einem häufigen Bremseneingriff. Das wiederum bringt einen hohen Bremsenverschleiß mit sich.

Der DE 31 19 976 A1 entnimmt man die Lehre, einen Personenwagen über einen Verbrennungsmotor und einen damit verbundenen elektrischen Motor anzutreiben. Mit diesen Radmotoren kann auch gebremst werden. Die Steuerung geschieht über einen elektronischen Baustein, der analog oder digital arbeitet. Da Antrieb und Bremsen über den Radmotor erfolgt, kann auf eine übliche Bremse an diesen Rädern verzichtet werden.

Die DE 30 10 489 A1 beschreibt eine geregelte Radbremse, bei der das am Bremsbacken angreifende Bremsmoment erfaßt, in einem Druck umgewandelt und zum Druck im Hauptbremszylinder addiert wird. Diese Anlage verwendet jedoch keine elektronische Auswertung und kann daher nicht feinfühlig reagieren.

Bekannt ist auch, die Fahrzeugverzögerung mit Hilfe eines Sensors zu messen und mit den Signalen der Radgeschwindigkeit zu vergleichen (DE-OS 23 43 783).

Schließlich entnimmt man der DE-OS 21 12 669 die Stabilität bei Kurvenfahrt zu verbessern. Hierzu wird der Winkel am Lenkrad gemessen. Dieser Meßwert führt zu einer Veränderung der Ansprechschwelle in der ABS-Logik.

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 Anordnung nur einen relativ geringen Verschleiß der daran beteiligten Einrichtungen mit sich bringt.

Diese Aufgabe ist gemäß 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 Vortriebsregelung miteinander in einem einzigen System realisiert. Der Motorgenerator dient sowohl zum zusätzlichen Abbremsen als auch zum zusätzlichen Antrieb des Einzelrades. Im Falle eines Elektroautos kann der Antrieb selbstverständlich allein von dem elektrischen Motorgenerator übernommen werden. Damit wird mit der Anordnung 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.

Die gesamte Anordnung 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 herkömmliche 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 Vortriebsregelung 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 Räder 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.

Claims

1. Anordnung zum Regeln der Radhaftung eines Kraftfahrzeuges,

- mit einem bei drohendem Radblockieren eingreifendem Antiblockiersystem,
- mit einer das Durchdrehen des Rades verhindernden Vortriebsregelung,
- mit einer Regelschaltung, welche von am Rad angebrachten Sensoren Drehzahlsignale empfängt und das Bremsmoment über ein Steuerventil beeinflußt und das Antriebsmoment über einen elektrisch angetriebenen Motorgenerator dem Rad zuführt,
- wobei zur Abbremsung sowohl eine Radbremse als auch der Motorgenerator verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Regelschaltung (24) die Radbremse (11, 12, 13) auf einen mittleren Bremsdruck einstellt,
- die Regelschaltung (24) den Brems- oder Antriebsvorgang durch Abremsen oder Antreiben des Motorgenerators (21) ausregelt,
- wozu ein Rotor (14) des Motorgenerators (21) mit dem Rad (1) und sein Stator (15) mit dem Kraftfahrzeug verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Rad (1) ein Drehmomentsensor (17) vorgesehen ist, der mit der Regelschaltung (24) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Motorgenerator (21) als Drehgeschwindigkeitsgeber mit der Regelschaltung verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelschaltung (24) zur Lieferung von weiteren für die Regelung auszunutzenden Signalen ein Beschleunigungssensor (28) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelschaltung (24) ein Lenkwinkelgeber (26) zur Lieferung eines den Lenkradeinschlag poportionalen Signals verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelschaltung (24) ein Sensor (27) zur Vorgabe einer Geschwindigkeit verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine Prozessorschaltung (24), insbesondere ein Mikroprozessor ist.