Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Antiblockiersystem (ABS) für ein
Kraftfahrzeug, mit Mitteln zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit eines Elements, dessen
Drehgeschwindigkeit die Geschwindigkeit eines Rads des Fahrzeugs anzeigt;
Mitteln zum Erzeugen eines Radgeschwindigkeitsignals, das die Drehgeschwindigkeit
anzeigt; einem Hauptsteuerkreis mit einem Mikroprozessor zum Erkennen eines
beginnenden Radblockierzustands aufgrund des Radgeschwindigkeitssignals und
mit Mitteln zum Erzeugen eines Bremslösesignals bei der Feststellung des
bevorstehenden Radblockierzustands; Mitteln zum Lösen einer Bremse als Reaktion
auf das Bremslösesignal und Mitteln zum Verbinden des Mikroprozessors mit den
Bremslösemitteln in der Weise, daß der Mikroprozessor überwacht, ob die
Bremslösemittel die Bremse als Reaktion auf das Bremslösesignal gelöst haben.
Beschreibung des technischen Gebiets
-
Es sind elektronisch gesteuerte ABS-Systeme bekannt, bei denen ein
Mikroprozessor verwendet wird, um das Lösen der Bremsen eines Kraftfahrzeugs in
Reaktion auf eine Feststellung des Mikroprozessors zu lösen, daß die Bremsen
blockiert haben oder sich einem blockierten Zustand nähern. Wenn eine solche
Feststellung erfolgt ist, betätigt üblicherweise ein Signal von der
Steuereinheit ein elektromagnetisches Bremslösemittel, z. B. ein von einem
Elektromagneten gesteuertes Ventil im Bremssystem.
-
Eine Feststellung der Blockierung eines Rads erfordert im allgemeinen eine
Messung der tatsächlichen Radgeschwindigkeit oder der tatsächlichen
Radverzögerung und eine Feststellung, daß die tatsächliche Radgeschwindigkeit bzw.
tatsächliche Radverzögerung geringer bzw. größer als eine vorbestimmte
Radgeschwindigkeit bzw. eine vorbestimmte Radverzögerungsgrenze ist, die einen
bevorstehenden Radblockierzustand anzeigt. Es ist auch möglich, die Feststellung
basierend auf einer Messung der tatsächlichen Verzögerungskraft und einem
Vergleich
mit einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit erhaltenen
Verzögerungskraftkurve durchzufüren
-
Solche Systeme unterliegen alle den üblichen Problemen von Fehlentscheidungen
aufgrund von Fehlfuntionen der Steuereinheit und von Fehlfunktionen des
elektromagnetischen Bremslösemittels. Falsches Funktionieren des ABS kann
natürlich zu katastrophalen Folgen fühsen, entweder zum Nichtlösen der Bremse, wenn
die Räder blockiert sind, oder zu einem unbeabsichtigten lösen der Bremse,
wenn eine Bremsung erforderlich ist.
-
Folglich wurde vorgeschaagen, ausfallsichere Kreise für die Hauptsteuereinheit
zu verwenden und eine Rückkopplung von dem Bremslösemittel zur Steuereinheit
vorzusehen, um der Steuereinheit eine Überwachung des Bremslösemittels zu
ermöglichen. Solche Vorschläge haben sich als inadäquat erwiesen, da sie die
lebensbedrohende Möglichkeit von wenigstens einer Fehlfunktion enthalten.
-
Ein typisches "ausfallsicheres" ABS ist in der US-4 700304 gezeigt, bei der
ein analoger ausfallsicherer Kreis vorgesehen ist, der eine Sicherung in Reihe
mit dem Ansteuerungskreis eines elektromognetischen Bremslösemittels enthält.
Wenn die Sicherung anspricht, wird ein Arbeiten des Bremslösemittels
verhindert.
-
Die zentrale ABS-Steuereinheit ist ein Mikroprozesor, der an den
ausfallsicheren Kreis periodische Pulse aussendet, die verhindern, daß das ausfallsichere
Mittel die Sicherung auslöst. Gemäß der US-4 700 304 kann der ausfallsichere
Kreis nicht unabhängig vom Mikroprozessor wirken, da er vollständig von der
korrekten Ausgabe der periodischen Pulse durch den Mikroprozessor abhängt.
Wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer kein Puls empfangen wird, spricht
die Sicherung automatisch an, aber solange die Pulse empfangen werden, bleibt
das ausfallsichere Mittel ausgeschaltet.
-
Ein analoges System des in der US-4 700 304 gezeigten Typs weist zusätzlich zu
seiner Anfälligkeit für interne Fehler des Mikroprozessors, wie z. B. falsches
Lesen des Bremslöse-Rückkopplungssignals, den Nachteil einer inakzeptabel
hohen Reaktionszeit auf. Folglich wurde vorgeschlagen, den konventionellen,
analogen ausfallsicheren Kreis durch einen Mikroprozessor zu ersetzen.
-
Ein Beispiel für ein System, welches getrennte Mikroprozessoren zum Erkennen
von Fehlfunktionen verwendet, ist in der US-4 709 341 und in der
EP-A-0 142 776 offenbart, bei denen identische Mikroprozessoren vorgesehen
sind, die, zusätzlich zu ihrer Wirkung als ABS-Steuereinheit für entsprechende
Räder des Kraftfahrzeugs, einander überwachen. Bei diesem bekannten System
werden drei Mikroprozessoren verwendet, von denen zwei geeignet sind, eine
Antischlupf-Bremssteuerfunktion für das entsprechende linke bzw. rechte
vordere Bremssystem auszufüzhren, wäärend der andere Mikroprozessor eine
Antischlupf-Bremssteuerfunktion für das hintere Bremssystem ausführt. Jeder der
Mikroprozessoren ist mit Kontrollanschlüssen versehen, die mit den
Ausgangsanschlüssen eines anderen der Mikroprozessoren verbunden sind. Daher sind die
Mikroprozessoren so angeordnet, daß sie eine wechselseitige Fehlerüberwachung
durchführen. Aufgrund der Kosten ist ein solches System nur dort geeignet, wo
getrennte Steuereinheiten benötigt werden, und es weist zusätzlich den
Nachteil auf, daß es systematischen Fehlern, z. B. aufgrund von
Hochfrequenzinterferenzen und Schwanuungen in der Energieversorgung, unterworfen ist, die alle
identischen Mikroprozessoren des bekannten Systems aufgrund ihres identischen
Aufbaus und ihrer identischen Funktion in exakt der gleichen Weise
beeinflussen.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Antiblockierbremssystem des oben
beschriebenen Typs zu schaffen, welches eine genauere und zuverlässigere
Gesamtkontrolle gewährleistet, ohne daß eine komplizierte und umfangreiche
zusätzliche elektronische Ausstattung benötigt wird.
-
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch das
Merkmal, wonach der Mikroprozessor als Hauptmikroprozessor arbeitet;
-
einen ausfallsicheren Mikroprozessor;
-
Mittel, die den ausfallsicheren Mikroprozessor und den Hauptmikroprozessor
elektrisch so miteinander verbinden, daß der ausfallsichere Mikroprozessor den
Hauptmikroprozessor überwacht;
-
wobei der ausfallsichere Mikroprozessor Mittel enthält, die das Lösen der
Bremse durch die Bremslösemittel verhindern, wenn entweder erkannt wird, daß
die Bremslösemittel nicht korrekt arbeiten oder wenn erkannt wird, daß der
Hauptmikroprozessor nicht korrekt arbeitet; und wobei der ausfallsichere
Mikroprozessor die Bremslösemittel unabhängig vom Hauptmikroprozessor
abschalten kann.
-
Der ausfallsichere Mikoprozessor, der von einem anderen Typ als der
Hauptmikroprozessor ist, ist auf das Lesen von periodischen Pulsen vom
Hauptmikroprozessor programmiert, wobei die Pulse das korrekte Arbeiten des
Hauptmikroprozessors anzeigen, und darauf programmiert, das Arbeiten des
Bremslösemittels zu verhindern, wenn die Pulse nicht erkannt werden.
-
Zusätzlich wird der ausfallsichere Mikroprozessor selbst beim Erkennen der
Pulse, die das korrekte Arbeiten des Hauptmikroprozessors anzeigen, das
Bremslösemittel auch dann abschalten, wenn unabhängig vom Hauptmikoprozesor
erkannt wird, daß das Bremslösemittel nicht korrekt arbeitet. Es sind getrennte
Rückkopplungsleitungen vorgesehen, um sowohl der Hauptsteuereinheit als auch
dem ausfallsicheren Mikroprozessor ein Überwachen des Bremslösemittels zu
erlauben.
-
Der ausfallsichere Mikroprozessor ist vorteilhafterweise ein
Ein-Bit-Mikroprozessor, der auf die Überwachung von mehreren verschiedenen Bremslösemitteln
programmiert ist, ohne daß mehrere analoge, ausfallsichere Kreisen notwendig
sind.
-
Eine Steuerung des Bremslösemittels ist vorzugsweise über einen Schalter im
Ansteuerungskreis des Bremslösemittels ausgeführt, der auf die Pulsausgabe des
Ein-Bit-Mikroprozessors reagiert und dessen Ausfall den Schalter automatisch
öffnet.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Ein-Bit-Mikroprozessors enthält
einen Zeitgeber zum unabhängigen Überwachen der Freigabedauer des Magnetventils
des Bremslösemittels, wobei der Mikroprozessor in der Lage ist, das
Bremslösemittel abzuschalten, wenn die Freigabezeitdauer einen vorbestimmten Wert
überschreitet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung.
-
Die Figuren 2 und 3 stellen die Arbeit des ausfallsicheren Mikroprozessors der
bevorzugten Ausführung dar.
-
Fig. 1 stellt die Hauptbauteile eines beispielhaften, ausfallsicheren
ABS-Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 1 ist die
Steuereinheit 1 ein Steuerkreis oder Steuermikroprozessor zum Feststellen
eines bevorstehenden Radblockierzustands in Abhängigkeit von einem
Eingangssignal vom Radgeschwindigkeitssensor 2 über die Leitung 3.
-
Der Radgeschwindigkeitssensor 2 reagiert auf den Durchgang von Magnetelementen
4, die sich z. B. mit dem Differentialgetriebe einer (nicht dargestellten)
Kraftfahrzeugachse drehen und somit ein Signal bereitstellen, das die
Geschwindigkeit des mit der Achse verbundenen Rads oder der mit der Achse
verbundenen Räder darstellt. Ein besonders vorteilhafter Sensor dieses Typs ist
in dem Patent Nr. 4724935 von Roper gezeigt, das hierin durch Bezugnahme
eingeschlossen ist, obwohl jede Sensoranordnung in Verbindung mit der
bevorzugten Ausführung dieser Erfindung verwendet werden kann, die ein die
Radgeschwindigkeit oder Änderungen der Radgeschwindigkeit angebendes Signal
bereitstellt.
-
Die Steuereinheit 1 kann z. B. ein Mikroprozessor des in dem oben genannten,
hierin durch Bezugnahme eingeschlossenen Patent von Roper gezeigten Typs sein,
welcher durch Wählen einer geeigneten Referenzverzögerungskurve entsprechend
einem Eingangssignal vom Radgeschwindigkeitsesnsor arbeitet. Die gewählte
Referenzkurve zeigt, wenn sie von einer tatsächlichen Radgeschwindigkeitskurve
gekreuzt wird, einen bevorstehenden Radblockierzustand an, und die
Steuereinheit stellt in der Folge ein Signal bereit, welches eine Verminderung des
Bremsdrucks und ein Lösen der Bremsen bewirkt.
-
Die Hauptsteuereinheit 1 der bevorzugten Ausführung braucht allerdings nicht
auf die spezielle, oben beschribene Steuereinheit beschränkt sein. Die
Eigenheiten der Feststellung eines bevorstehenden Radblockierzustandes bilden
keinen Teil dieser Erfindung. Das bevorzugte ausfallsichere System kann bei
vielen verschiedenen ABS-Hauptsteuereinheiten angewendet werden.
-
Bei der Feststellung eines bevorstehenden Radblockierzustandes stellt die
Hauptsteuereinheit 1 über die Leitung 9 dem Ansteuerungskreis 7 des
Bremslösemittels ein Signal bereit, welches bewirkt, daß der Ansteuerungskreis 7
den Elektromagneten 8 betätigt und ein Ventil 8' zum Modulieren der Bremsen B
des (nicht dargestellten) Fahrzeugs öffnet.
-
Um zu gewährleisten, daß Kurzschlüsse zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem
Elektromagneten die Steuereinheit nicht beeinflussen, wird der Elektromagnet
auf seiner Hochspannungsseite geschaltet. Z. B. wiril eine Seite des
Elektromagneten auf 12 Volt gesetzt, wenn er durch die Steuereinheit eingeschaltet
wird. Wenn dieser Anschluß mit dem Rahmen kurzgeschlossen wird, tritt keine
Fehlfunktion auf. Wenn der Hochspannungsanschluß des Elektromagneten mit dem
Rahmen kurzgeschlossen wird, ist das Steuersystem eigensicher und schaltet den
Elektromagneten nicht ein, wodurch eine Beschädigung der Steuereinheit
verhindert wird.
-
Wenn der ABS-Hauptmikroprozessor 1 korrekt arbeitet, stellt er dem
ausfallsicheren Mikroprozessor 5 über die Statusleitung 13 ein periodisches Signal
bereit. Das periodische Signal kann die Form eines automatisch in jedem Zyklus
einer Hauptsteuerschleife erzeugten Pulses haben oder es kann z. B. in
Abhängigkeit von einer internen Mikroprozessor-Diagnoseroutine erzeugt werden.
-
Der ausfallsichere Mikroprozessor 5 ist z. B. ein Ein-Bit-Mikroprozessor von
einem anderen Typ als der Hauptmikroprozessor. Dies verringert die Gefahr von
systematischen Fehlern sowohl im Hauptmikroprozessor als auch im
ausfallsicheren Mikroprozessor.
-
Der ausfallsichere Mikroprozessor 5 gibt entlang der leitung 15 über einen
wechselspannungsgekoppelten Integrator 17 ein Signal aus, welches dem
Bremsansteuerungs-Freigabeschalter 6 einschaltet, wenn vom ausfallsicheren
Mikroprozessor keine Fehlfunktion erkannt wird. Die Wechselspannungs-Kopplung kann
Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; sowie einen Widerstand R&sub1; enthalten und dient dazu, ein
gepulstes Ausgangssignal auf der Leitung 15 zu integrieren, dessen Niveau dann
vom Schalter 6 erfaßt werden kann.
-
Das Nichtempfangen eines periodischen Signals entlang der Statusleitung 13
innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer wird vom ausfallsicheren Mikroprozessor
5 als eine Fehlfunktion des Hauptmikroprozessors 1 interpretiert, und der
ausfallsichere Mikroprozessor beendet folglich die Freigabe des
Bremsansteuerungs-Freigabeschalters 6, wodurch das Bremslösemittel abgeschaltet wird.
-
Zusätzlich zu den Leitungen 13 bzw. 15, die dazu dienen, den guten Zustand der
Hauptsteuereinheit anzeigende Signale bzw. ein unabhängig erzeugtes,
ausfallsicheres Signal zum Steuern des Ansteuerungs-Freigabeschalterkreises 6 zu
übertragen, sind Leitungen 11, 12 und 10 vorgesehen, um eine Rückkopplung zum
Hauptmikroprozessor und zum Ansteuerungs-Freigabeschalterkreis bezüglich des
Betriebes des Ansteuerungs-Freigabeschalterkreises 6 und des
Bremslöse-Ansteuerungskreises 7 bereitzustellen.
-
Die Rückkopplungsleitungen 11 bzw. 12 sind mit der Hauptsteuereinheit 1 und
dem Bremslöse-Ansteuerungskreis 7 bzw. dem Hauptmikroprozessor 1 und dem
Ansteuerungs-Freigabeschalterkreis 6 verbunden. Die Rückkopplungsleitung 10 ist
mit einem logischen Eingang des ausfallsicheren Milroprozeesors 5 und dem
Bremslöse-Antriebskreis 7 verbunden. Zusäzlich sind sowohl die
Hauptsteuereinheit 1 als auch der Rückkopplungs-Mikroprozessor 5 in der Lage, zusätzliche
Ansteuerungskreise für Bremslösemagnetventile zu überwachen, z. B. für jede
Achse eines Lastwagens.
-
Mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 führt der Ein-Bit-Mikroprozeesor zwei
Hauptüberwachungsfunktionen aus. Die erste, mit dem Bezugszeichen 1000 bezeichnet,
ist die oben beschriebene Überwachungsfunktion der Hauptsteuereinheit. Wie
durch den Funktionsschritt 1001 bezeichnet, schaltet, wenn das Kipeen der
Statusleitung 13 über den Hauptmikroprozessor ausfällt, der ausfallsichere
Mikroprozessor den Ansteuerungs-Freigabeschalterkreis ab.
-
Die zweite Funktion des ausfallsicheren Mikroprozessors 5, allgemein mit dem
Bezugszeichen 1002 bezeichnet, besteht darin, das
Freigabezeitdauer-Ausgangssignal des Bremslöse-Ansteuerungskreises zu überwachen.
-
Der ausfallsichere Mikroprozessor überwacht die Freigabezeitdauer des
Ausgangssignals des Bremslöse-Ansteuerungskreises während einer vorbestimmten
Zeitdauer, z. B. 200 ms, wie in den Schritten 1004 und 1005 des
Freigabezeitdauer-Algorithmus dargestellt, der in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn der mit dem
Ausgang des Bremslöse-Ansteuerungskreises verbundene Elektromagnet nach dem
vorbestimmten Zeitintervall immer noch eingeschaltet ist, schaltet der
ausfallsichere Mikroprozessor den Ansteuerungs-Freigabeschalterkreis ab, um das
Bremslösemittel auszuschalten.
-
Der Ein-Bit-Mikroprozessor der bevorzugten Ausführung verwendet einen 200 ms-
Zeitgeber, da bei geeigneten Bedingungen und bei geringen
Fahrzeuggeschwindigkeiten der Hauptmikroprozessor-Algorithmus keine längere Freigabezeitdauer
braucht und daher eine Freigabezeitdauer des Elektromeen von mehr als 200
ms eine Fehlfunktion anzeigen würde, die zu einer unnötig langen und
möglicherweise gefährlichen Bremslösung führt.
-
Allerdings können unter gewissen Umständen und speziell bei höheren
Geschwindigkeiten längere Freigabezeiten nötig sein. Diese werden in sehr einfacher
Weise bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der 200 ms-Ausfallsicherheit
dadurch erhalten, daß der Bremslöse-Elektromagnet während kurzer Zeitdauern
gepulst oder ausgeschaltet wrrd, um den 200 ms-Intervall-Zeitgeber
zurückzusetzen. Bei glatten Straßenzuständen bei hohen Geschwindigkeiten kann der
Hauptmikroprozessor so programmiert sein, daß er eine Bremslösung von bis zu 3
Sekunden erfordert, wobei in diesem Fall der Elektromagnet z. B. alle 60 ms
kurzzeitig ausgeschaltet werden kann, um den 200 ms-Intervall-Zeitgeber
zurückzusetzen. Ein solches kurzzeitiges Ausschalten betrifft nicht die
Bremslöseleistung des Elektromagneten.
-
Daher reagiert die ausfallsichere Steuereinheit der bevorzugten Ausführung
sowohl auf ein Versagen des Hauptmikroprozessors als auch auf Fehlfunktionen des
Elektromagneten, die unabhängig voneinander erfaßt werden, um die
Bremslösefunktion des Antiblockierbremssystems immer dann auszuschalten, wenn eine
Fehlfunktion vorliegt, die die Bremsleistung beeinflussen könnte.