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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antiblockier-Brems-
Steuergerät, das in der Lage ist, mit hoher
Leistungsfähigkeit die Räder eines Automobils, insbesondere seiner
Hinterräder, zu bremsen.
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Um die Räder eines Automobils mit einem Maximum an
Leistungsfähigkeit zu bremsen, muß der Bremsdruck so gesteuert
werden, daß er der Veränderung des Reibungs-Koeffizienten
zwischen der Straßen-Oberfläche und den Rädern folgt. Zu
diesem Zweck sollte die Brems-Vorrichtung mit einem
Antiblockier-Gerät ausgerüstet sein, welches zum Erhöhen,
Halten und Reduzieren des Bremsdruckes bestimmt ist, so daß
die Bremsen in sehr kurzen Zeitintervallen wiederholt und
wechselnd gelöst und angelegt werden, während das
Bremspedal getreten wird.
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Ein derartiges Antiblockier-Brems-Steuergerät enthält
Geschwindigkeits-Sensoren zur Ermittlung der
Radgeschwindigkeiten, eine elektronische Steuer-Schaltung für die
Berechnung der Radgeschwindigkeiten, der geschätzten
Fahrzeuggeschwindigkeit (Referenz-Radgeschwindigkeit) und der
Schlupfgeschwindigkeiten die aufgrund der
Radgeschwindigkeits-Signale und zur Erzeugung von Steuer-Signalen, wie
zum Beispiel Drucksignalen zur Druckreduzierung,
Druckhaltung und Druckerhöhung, und eine Fluiddruck-Steuereinheit,
welche den im Druck-Zylinder erzeugten Bremsdruck in
Abhängigkeit von den Steuersignalen steuert und an die
Rad-Zylinder liefert.
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Insbesondere führt die elektronische Steuerschaltung
verschiedene arithmetische Operationen aus, die auf den
Radgeschwindigkeits-Signalen basieren, um die
Schlupfgeschwindigkeiten und die Verzögerung zu liefern und aufgrund der
Schwankung der Schlupfgeschwindigkeiten und der Verzögerung
zu beurteilen, ob jedes Rad in den blockierten Zustand
eintritt oder sich von dem Blockierungs-Zustand erholt, und
liefert auf der Basis dieser Beurteilung Steuersignale, wie
solche zur Druckreduzier-, Druckerhaltung und
Druckerhöhung.
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Eine typische Fluid-Druck-Steuerungseinheit nach dem Stand
der Technik (z. B. FR-A-2626221) enthält Magnet-Ventile
(wahlweise ausgerüstet mit Sperrventilen oder
Strömungssteuerungsventilen), Rückschlagventile, hydraulische Pumpen
mit Motoren, Akkumulatoren und Reservoiretanks. Die Ventile
einer der oben erwähnten Arten sind in den
Bremsdruckleitungen zwischen dem Druckzylinder und den jeweiligen
Radzylindern zur Steuerung der Strömung des Bremsdruckes oder
des Pumpendruckes durch Öffnen und Schließen der Ventile
vorgesehen.
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Als eine Methode der Steuerung der Strömung des
Bremsdrukkes an die Radzylindern ist es bekannt, einen Satz von
Steuer-Einheiten für jedes Fahrzeugrad zur unabhängigen
Steuerung der Räder voneinander (Vier-Kanal-Modus)
vorzusehen, einen Satz von Steuereinheiten für jeweils, das rechte
und linke Vorderrad, und einen für beide Hinterräder (Drei-
Kanal-Modus) vorzusehen, und einen Satz für jedes, das
rechte und linke Vorderrad, so anzupassen, daß der
hydraulische Druck, der an jedem der Hinterräder wirkt, dem
hydraulischen Druck folgt, der an einem der Vorderräder
wirkt (Zwei-Kanal-Modus).
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Als eine Methode der Ausgabe eines Fluiddruck-Steuer-
Signals an den oben beschriebenen hydraulischen Kreis, ist
es bekannt, die beiden Räder an einer Seite als eine
Einheit zu steuern und den Bremsdruck auf allen Rädern zu
reduzieren,
wenn die Räder an der einen Seite, welche mit dem
niedrigeren Bremsdruck gesteuert werden (was bedeutet, daß
der Reibungs-Koeffizient mit der Straßenoberfläche kleiner
ist), eine Neigung zur Blockierung zeigen (diese
Steuer-Methode wird nachfolgend als der Selekt-Low-Modus
bezeichnet). Eine andere bekannte Methode ist, den Bremsdruck auf
allen Rädern zu reduzieren, wenn die Räder an einer Seite,
welche mit dem höheren Fluiddruck gesteuert werden, eine
Neigung zum Blockieren zeigen (Selekt-Hight-Modus). Es ist
auch bekannt, den Bremsdruck an den Rädern entsprechend den
Straßen-Verhältnissen unabhängig voneinander zu steuern
(unabhängiger Modus).
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Der Selekt-Low-Modus ist bei der Erhöhung des Widerstandes
der Räder auf seitliche Beanspruchungen effektiv und
demgemäß bei der Verbesserung der Richtungs-Stabilität und der
Fahrbarkeit des Fahrzeuges, er besitzt aber das Problem,
daß der Bremsweg wegen unzureichender Bremskraft verlängert
wird. Andererseits kann, wenn die Räder in dem Selekt-
Hight-Modus gesteuert werden, das Fahrzeug mit einer
ausreichenden Bremskraft gebremst werden, seine
Richtungsstabilität wird aber nicht ausreichend sein. Bei dem
abhängigen Modus können die Räder individuell gesteuert werden, so
daß sie genau mit dem Wechsel der Straßenverhältnisse in
Übereinstimmung sind. Mit Sicht auf die Vor- und Nachteile
jedes Steuer-Modus, ist es wünschenswert, die Vorderräder
im abhängigen oder im Selekt-Hight-Modus zu steuern, um
eine ausreichende Bremskraft zu sichern, und die
Hinterräder im Selekt-Low-Modus zu steuern, um eine hohe
Richtungsstabiltät zu erhalten.
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Bei dem oben erwähnten Antiblockier-Brems-Steuergerät nach
dem Stand der Technik werden jedoch alle Räder entweder
stets unabhängig voneinander gesteuert oder die Hinterräder
werden stets im Selekt-Low-Modus gesteuert, ungeachtet der
Straßenverhältnisse.
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Es sei nun angenommen, daß die Hinterräder stets im Selekt-
Low-Modus gesteuert werden. Da es praktisch unmöglich ist,
die Fertigungsfehler in der Fluiddruck-Steuereinheit zu
eliminieren, können die Bremsdrücke an den rechten und
linken Rädern in unterschiedlicher Weise voneinander ansteigen
oder abfallen, wodurch eine Differenz der Bremsdrücke der
rechten und linken Räder verursacht wird, ungeachtet des
Umstandes, daß dieselben Steuer-Signale an sie gegeben
werden. Selbst wenn die Druckdifferenz zuerst klein ist, wird
sie sich langsam vergrößern, weil die Hinterräder stets im
Selekt-Low-Modus gesteuert werden. Aus Fig. 7 kann deutlich
erkannt werden, daß der Abstand zwischen den Kurven b und a
und der Abstand zwischen den Kurven b' und a' mit der Zeit
ansteigt (wobei die Kurven b und b' die Radgeschwindigkeit
beziehungsweise den Bremsdruck anzeigen, wenn die Drücke an
beiden Rädern in exakter Übereinstimmung miteinander
ansteigen oder abfallen, wohingegen die Kurven a und a' die
aktuelle Radgeschwindigkeit beziehungsweise Bremsdruck
anzeigen). Das bedeutet, daß die Bremskraft auf eines der
Hinterräder auf der Niedrigdruckseite nicht effektiv
ausgenutzt wird.
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Bei dem unabhängigen Steuer-Modus, bei dem alle Räder
unabhängig voneinander gesteuert werden, wird die Differenz
zwischen der Bremskraft, die an beide Hinterräder angelegt
wird, wenn die Differenz im Reibungs-Koeffizienten der
Straßen-Oberfläche zwischen der rechten und linken Seite
des Fahrzeuges größer wird, und wenn die Summe der Schlupf-
Geschwindigkeit der beiden Hinterräder einen vorbestimmten
Wert überschreitet, unangemessen vergrößert. Dies wird ein
Nacheilen der Bremszeit zwischen beiden Hinterrädern und
eine Differenz im Druckerhöhungs- und
Druckreduzier-Intervall zwischen beiden Hinterrädern verursachen, wie aus den
Kurven c, c', d und d' in Fig. 8 ersichtlich ist, folglich
wird die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gestört (das
Fahrzeug neigt dazu, seine Stabilität in der Fläche A und B
zu verlieren). In einem solchen Fall sollten die
Hinterräder weiter im Selekt-Low-Modus gesteuert werden, um die
Richtungsstabilität zu verbessern.
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Es ist aber nicht wünschenswert, die Hinterrädern stets im
Selekt-Low-Modus zu steuern. Wenn die Summe der
Schlupf-Geschwindigkeiten der beiden Hinterräder unterhalb eines
vorbestimmten Wertes fällt, wird die Differenz zwischen den
Bremskräften, die an beide Hinterräder angelegt werden, so
gering, daß die Richtungstsabilität nicht gestört wird. Die
Steuerung der Hinterräder im Selekt-Low-Modus würde die
Bremskraft an den Hinterrädern in einer derartigen
Situation unnötig reduzieren, folglich steigt der Bremsweg.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
verbessertes Antiblockier-Bremssteuergerät bereitzustellen,
welches die oben erwähnten Unzulänglichkeiten umgeht, und
welches in der Lage ist, die Bremskräfte an den Hinterbremsen
des Automobils in einer verbesserten Art und Weise zu
steuern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, so lange die Summe
der Schlupfgeschwindigkeiten der Hinterräder über einem
vorbestimmten Wert liegt, der Selekt-Low-Modus an die
Hinterräder angelegt. Wenn sie unterhalb eines vorbestimmten
Wertes sinkt, wird die Betriebsart vom Selekt-Low-Modus in
den unabhängigen Modus geschaltet.
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Mit anderen Worten, so lange die Summe größer als der
vorbestimmte Wert ist, werden beide Hinterräder gleichzeitig
auf der Grundlage der Geschwindigkeits-Information von
einem der Hinterräder, welches sich mit der kleineren
Geschwindigkeit dreht, gesteuert und so lange sie kleiner als
der vorbestimmte Wert ist, werden alle Räder unabhängig
voneinander auf der Grundlage der
Geschwindigkeits-Information von dem jeweiligen Rad gesteuert.
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Beim Treten des Bremspedals wird die
Antiblockier-Bremssteuerung gestartet. Wenn die Radgeschwindigkeiten wegen
des Anstiegs des Bremsdruckes sinken, wird die
elektronische Steuer-Schaltung die Schlupfgeschwindigkeit und die
Verzögerung für jedes Rad auf der Grundlage der ermittelten
Radgeschwindigkeiten berechnet, sowie die Summe der
Schlupfgeschwindigkeiten der beiden Hinterräder, und aus
den Ergebnissen der Berechnung beurteilen, ob die Summe der
Schlupfgeschwindigkeiten größer als ein vorbestimmter Wert
ist oder nicht. Wenn es so beurteilt wird, werden die
Radgeschwindigkeiten der beiden Hinterräder miteinander
verglichen und die höhere Geschwindigkeit wird durch die
langsamere Radgeschwindigkeit ersetzt. Die Verzögerung und die
Schlupfgeschwindigkeit für jedes Rad werden auf der
Grundlage der ersetzten Radgeschwindigkeiten wieder berechnet
und beurteilt, ob jedes Rad eine Neigung zur Blockierung
oder Erholung vom Blockierungs-Zustand zeigt. Es wird dann
auf der Grundlage der obigen Beurteilung bestimmt, ob das
Druckerhöhungs-, das Druckerhaltungs- oder das
Druckreduzier-Signal gegeben wird. Mit anderen Worten, die
Hinterräder werden im Selekt-Low-Modus gesteuert.
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Wenn die Summe der Schlupfgeschwindigkeiten kleiner als der
vorbestimmte Wert ist, werden die Räder nicht im Selekt-
Low-Modus gesteuert, sondern unabhängig voneinander. Es
werden nämlich die Eingangs-Signale für jedes Rad zur
unabhängigen Steuerung der Räder verwendet.
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Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung deutlich, die mit
Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, in
welchen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild der elektronischen
Steuer-Schaltung im Antiblockier-Bremssteuergerät darstellt, das die
vorliegenden Erfindung verkörpert;
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Fig. 2 ein Blockschaltbild des Hydraulik-Kreises desselben
darstellt;
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Fig. 3 ein Flußdiagramm des Programms darstellt, das in der
elektronischen Steuerschaltung gespeichert ist;
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Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Teiles eines gewöhnlichen
Antiblockier-Steuerungs-Programms darstellt;
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Fig. 5 ein Flußdiagramm des Haupt-Programms darstellt;
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Fig. 6 ein Flußdiagramm eines anderen Beispiels des
Programms der Fig. 3 darstellt; und
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Fign. 7 und 8 Grafiken darstellen, die zeigen, wie die
Antiblockier-Bremssteuerung nach dem Stand der Technik
arbeitet.
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Wie in Fig. 1 gezeigt wird, werden die durch die
Geschwindigkeits-Sensoren S1 bis S4 detektierten Geschwindigkeits-
Signale einem A/D-Wandler 11 zugeführt und in Impuls-
Signale gewandelt, welche dann in einer
Impulsverarbeitungs-Schaltung 12 verarbeitet und einem Mikrocomputer 13
zugeführt werden.
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Der Mikrocomputer 13 berechnet die Verzögerung, die
geschätzte Fahrzeug-Geschwindigkeit, die
Schlupfgeschwindigkeiten, usw. auf der Grundlage der Impuls-Signale, die für
die Geschwindigkeiten der jeweiligen Räder stehen, und
führt die Steuer-Signale als Ergebnis der obigen Berechnung
einer magnetischen Betätigungs-Schaltung 14 und einer
Motor-Betätigungs-Schaltung 15 zu. Die Steuer-Signale vom
Mikrocomputer 13 werden auch einer ausfallsicheren Relais-
Betätigungs-Schaltung 16 zugeführt sowie einer Warnlampen-
Betätigungs-Schaltung 17. W.L. stellt eine Warnlampe dar.
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Die magnetische Betätigungs-Schaltung 14 führt vier
getrennte Steuer-Signale an vier Magnet-Ventil-Paare 22 und
22' (Doppel-Positions-Wechsel-Ventile), um die jeweiligen
Ventil-Paare unabhängig voneinander ein- oder
auszuschalten, und damit den Bremsdruck am Brems-Zylinder für jedes
Fahrzeugrad zu erhöhen, zu halten oder zu reduzieren.
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Wie in Fig. 2 gezeigt wird, umfaßt der hydraulische Kreis
in diesem Ausführungsbeispiel einen Druck-Zylinder 21, die
Magnet-Ventile 22 und 22' (das erstere ist im Bremsdruck-
Kreis und das letztere in der Rückleitung vorgesehen),
hydraulische Pumpen 23, einen Motor 24, Akkumulatoren 25,
Reservoiretanks 26 und Rückschlag-Ventile 27. Der in dem
Druck-Zylinder 21 erzeugte Bremsdruck wird durch zwei
Leitungen in das rechte und linke Vorderrad und dann in das
linke und rechte Hinterrad über Leitungen befördert, die
sich X-förmig kreuzen. Für jedes Rad sind ein
Magnet-Ventil-Paar 22 und 22' und ein Rückschlag-Ventil 27
vorgesehen. Die hydraulischen Pumpen 23, die Akkumulatoren 25 und
die Reservoiretanks 26 sind jeweils in den entsprechenden
Bremsleitungen an beiden Seiten des hydraulischen Kreises
vorgesehen. Die hydraulischen Pumpen werden von einem
einzigen Doppelwellen-Antriebs-Motor 24 angetrieben. Dieser
Typ des hydraulischen Kreises ist ein sogenannter Umwälz-
Kreis.
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Die Fign. 3 bis 8 zeigen, wie das Antiblockier-Bremssteuer-
Gerät entsprechend der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Wenn das Fahrzeug startet, werden die Signale, die für die
einzelnen Radgeschwindigkeiten stehen, der elektronischen
Steuer-Einheit 10 zugeführt, und der Mikrocomputer 13
berechnet die Radgeschwindigkeiten VFLH, VFRH, VRLH und VRRH
der jeweiligen Räder. Beim Treten des Bremspedals wird die
Antiblockier-Bremssteuerung in Betrieb gesetzt.
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Wie in Fig. 3 gezeigt wird, wird die ECU bei Betätigung der
Bremse die geschätzte Fahrzeug-Geschwindigkeit VREF und die
Summe der Schlupfgeschwindigkeiten der Hinterräder SR =
(2VREF - VRLH - VRRH) berechnen.
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Als nächstes erfolgt die Beurteilung, ob der SR-Wert größer
als ein Schwellwert THR ist oder nicht, welcher ein solcher
Wert darstellt, daß angenommen wird, wenn der SR-Wert
größer als der Schwellwert THR ist, die Stabilität des
Fahrzeuges beeinflußt wird. Mit anderen Worten wird
beurteilt, wenn der SR-Wert kleiner als der Schwellwert THR
ist, daß das Fahrzeug weiter stabil fährt. Folglich können
die Räder unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß
sie den Straßenverhältnissen folgen, und die detektierten
Radgeschwindigkeiten V(11) - V(4) werden so verwendet, wie
sie sind.
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Wenn der SR-Wert größer als der Schwellwert THR wird,
werden die Hinterräder nach dem Selekt-Low-Prinzip gesteuert.
Die Geschwindigkeiten der beiden Hinterräder werden nämlich
miteinander verglichen und wenn die Radgeschwindigkeit VRRH
des rechten Hinterrades beginnt kleiner als die
Radgeschwindigkeit VRLH des linken Hinterrades zu werden, wird
die Radgeschwindigkeit VRRH der Radgeschwindigkeit V(3) des
linken Hinterrades zugewiesen. Wenn sich das rechte
Hinterrad mit einer höhreren Geschwindigkeit dreht, wird die
Radgeschwindigkeit VRLH der Radgeschwindigkeit V(4) des
rechten Hinterrades zugewiesen. Mit anderen Worten, die
Hinterräder werden auf der Grundlage der
Radgeschwindigkeits-Informationen des Rades mit der niedrigeren Geschwindigkeit
gesteuert.
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Entsprechend den Oberflächen-Verhältnissen der Straße wird
eine der drei obengenannten Alternativen ausgewählt und die
V(i)-Werte (i = 1 - 4) werden jeweils bestimmt. Die
Verzögerung Dv, die Schlupfgeschwindigkeiten S und dergleichen
werden auf der Grundlage der so erneurten V(i)-Werte
berechnet, um die V(i)-Werte auszuwerten. Die Ergebnisse der
Auswertung sind durch θ(i) gegeben. Auf der Basis der θ(i)-
Werte wird bestimmt, welches, das Druckerhöhungs, das
Druckhalte- oder das Druckreduzier-Signal ausgegeben wird.
Diese Entscheidung der Steuer-Signale kann in
Übereinstimmung mit dem Flußdiagramm der gewönlichen in Fig. 4
gezeigten Antiblockier-Bremssteuerung gemacht werden.
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Vor dem Einstieg in das Flußdiagramm der Fig. 4, wird eine
Initialisierung des Haupt-Programms ausgeführt (welches
später beschrieben wird), sowie eine Steuer-Phase, welche
eine Kombination der Druckerhöhungs-, Druckhalte und
Druckreduzier-Kommandos darstellt, die in Phase I gesetzt wird.
Die Steuer-Phase schließt drei Phasen ein, d.h. Phase I, in
der fortlaufend das Druckerhöhungs-Kommando gegeben wird,
die Phase II, in der das Druckreduzier- und das Druckhalte-
Kommando abwechselnd gegeben werden, und Phase III, in der
das Druckerhöhungs- und das Druckhalte-Kommando abwechselnd
gegeben werden.
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In der Steuer-Phase, die in Phase I gesetzt ist, wird die
in Fig. 4 gezeigte Routine ausgeführt. Wenn die aus den
V(i)-Werten (i = 1 bis 4) berechnete Verzögerung und die
Schlupfgeschwindigkeiten keine Neigung zur Blockierung
anzeigen, wird das Steuer-Signal für Phase I an die
Magnetspulen der jeweiligen Räder angelegt. Während diese Routine
wiederholt wird, wobei die Steuer-Phase in Phase I bleibt,
d.h. mit einem kontinuierliche ansteigenden Bremsdruck an
den Rädern, werden sich die Verzögerung und die
Schlupfgeschwindigkeiten verändern bis die Räder in einen Blockier-
Zustand verfallen.
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Wenn die Blockierneigung der Räder detektiert wird, wird
die Steuer-Phase von Phase I in die Phase II geschaltet, in
welcher das Druckreduzier- und das Druckhalte-Kommando zum
Reduzieren des Bremsdruckes abwechselnd gegeben werden, und
die Räder können sich vom Blockierzustand erholen. Wenn
festgestellt wird, daß sich die Räder von dem
Blockierzustand erholt haben, wird die Steuer-Phase von Phase II auf
Phase III geschaltet. Sofern die Oberflächenverhältnisse
der Straße im wesentlichen unverändert bleiben, wird die
Steuer-Phase von Phase I in Phase II und dann in Phase III
geschaltet, weil das Fahrzeug auf diese Weise mit der
höchsten Leistungsfähigkeit gebremst werden kann und es
kann abgebremst und schnell gestoppt werden. Wenn jedoch
der Reibungs-Koeffizient zwischen der Straßen-Oberfläche
den Rädern drastisch verändert werden sollte, wird die
Steuer-Phase angepaßt, von Phase III in Phase II und dann
zurück in Phase III geschalten.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Haupt-Programms im
Mikrocomputer 13. Die Unter-Programme, die durch die Flußdiagramme
der Fign. 3 und 4 gezeigt werden, sind bestimmt, das Haupt-
Programm in regelmäßigen Zeitintervallen zu unterbrechen.
Im Haupt-Programm wird nach dem Initialisierungs-Check und
den ausgeführten Initialisierungs-Schritten, die Steuer-
Phase in Phase I gesetzt und es wird eine Unterbrechungs-
Erlaubnis gegeben. Die folgenden nicht dargestellten
Abstimmungsschritte werden beliebig wiederholt, sofern keine
abnormalen Zustände detektiert werden, und somit wird eine
unendliche Schleife gebildet. Die Unter-Programme werden in
gleichmäßigen Zeitintervallen ausgeführt, während das
Hauptprogramm zeitweilig unterbrochen wird.
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Ein in Fig. 6 gezeigtes Programm ist im wesentlichen
dasselbe, wie das in Fig. 3 gezeigte Unter-Programm mit der
Ausnahme, daß die V(i)-Werte (i = 1 bis 4) in einer
früheren Stufe ausgewertet werden. Wenn die Räder nicht im
Selekt-Low-Prinzip gesteuert werden, werden die Ergebnisse
der Bewertung θ(i) (i = 1 bis 4) einschließlich die
Verzögerung und die Schlupf-Geschwindigkeiten durch die
Ergebnisse der Bewertung für die Seite mit der niedrigen
Geschwindigkeit ersetzt.