DE69210840T2

DE69210840T2 - Bremsverteilungssystem mit hintergrundsbremsmöglichkeit für ein fahrzeug mit vielen achsen

Info

Publication number: DE69210840T2
Application number: DE69210840T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Brearley; Sigmar Micke
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Meritor Technology LLC
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2012-12-23
Also published as: JPH07505841A; JP3532918B2; EP0617679B1; US5460434A; AU3168493A; DE69210840D1; WO1993012962A1; EP0617679A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Erzielung einer verbesserten Bremsverteilung bei Fahrzeugbremsanlagen, seien sie elektronisch gesteuert oder mechanisch.
Die die Beziehung zwischen Achsenbremsung bei einem zweiachsigen Fahrzeug bestimmende Kurve ist bekannt, sie berücksichtigt aber keine anderen Bremsquellen, die ein Fahrzeug ohne Betätigung von Friktionsbremsen praktisch zum Stillstand bringen würden. Solche anderen Bremsquellen sind hauptsächlich Friktionsverluste bei rotierenden Teilen und, was noch wichtiger ist, Motorbremsung. Viele Lastkraftwagen besitzen Mittel zur Verbesserung der Motorbremsung oder haben eine Form von Retarder in der Form eines zusätzlichen Dauerbremstyps, der auf die Antriebsräder wirkt. Besonders bei solchen Fahrzeugen verursacht eine kombinierte Bremsung ein ernsthaftes Ungleichgewicht der Bremsverteilung weg vom Idealzustand, bei dem die Haftungsausnutzung zwischen Achsen gleich ist. Bei konventionellen Fahrzeugen wird versucht, eine gute Bremsverteilung der Haupt- (Friktions-) -bremsen zu erhalten, aber die zusätzlichen Bremsquellen sind im allgemeinen eine Option oder ein Nachgedanke und werden keinesfalls in die Gesamtbremsanlage des Fahrzeugs integriert.
Bei einem "Brake-by-Wire" oder einem elektronischen Bremssystem sind elektronische Regelelemente in der kombinierten Bremsanlage vorgesehen, die natürlich mit elektrischen Signalen arbeitet, um eine Bremsverteilung nahe des Idealzustands zu bewirken, um die Sicherheit beim Bremsen zu verbessern. Ein solches System muß daher im gewisses Maß alle Bremsquellen integrieren. Dies kann die volle Integration eines Mischbremssystems oder die geringere Integration eines verketteten Systems sein, bei dem die Hauptbremsregelung andere Fahrzeugbremsquellen (nachfolgend als Hintergrundbremsung bezeichnet) auf geeignete Weise berücksichtigt, um eine idealere Bremsverteilung in Wirklichkeit zu erzielen. Und genau dieser letztere Bremsanlagentyp ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Es wird als unmöglich angesehen, alle Hintergrundbremsquellen zu messen, da die Quellen verteilt und häufig recht klein sind, und es sind als solches keine Sensoren verfügbar, um die Auswirkungen dessen zu messen, was häufig Verluste sind, die relativ starken Störungen während der Fahrzeugbewegung unterliegen. Es ist jedoch möglich, einen Teil der Hintergrundbremsquellen direkt zu messen, wie beispielsweise das Transmissionskraftmoment. Es ist auch möglich, die kombinierte Auswirkung aller Hintergrundbremsquellen bei der Verlangsamung zu messen, die an dem Fahrzeug erzeugt werden, und anhand einer Studie typischer Fahrzeuge diese Auswirkung zwischen Achsen zu verteilen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzielung von Verbesserungen bei der Bremsverteilung bei einem mehrachsigen Fahrzeug gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Erzielung von Verbesserungen bei der Bremsverteilung bei einem mehrachsigen Fahrzeug gemäß den Merkmalen von Anspruch 2 bereitgestellt.
In einem bevorzugten System wird die gesamte Hintergrundbremskraft durch Ermitteln der resultierenden Auswirkung auf die Fahrzeugleistung, nämlich des Verlangsamungseffektes, beurteilt. Diese Beurteilung kann daher anhand der Messung der Verlangsamung des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt erfolgen, wenn das Fahrzeug nicht vorwärtsgetrieben wird und die Hauptbremsen nicht betätigt werden, d.h. durch Messung der gesamten Rollverlangsamung des Fahrzeugs.
Der Verlangsamungseffekt wird mit Hilfe eines am Fahrzeug montierten Verlangsamungsmeßgerät gemessen, das im ebenen Zustand auf Null gestellt wird, damit ein Wert erhalten wird, bei dem Gradientenänderungen berücksichtigt sind.
Von der Hintergrundbremsverteilung, die so zwischen den Achsen erfolgt, wird der größte Teil der Antriebsachse (bei Zugfahrzeugen und Lastkraftwagen gewöhnlich die Hinterachse) zugeordnet, und der äquivalente Bremsdruck wird anhand der Bremsfaktoren und der Fahrzeuggesamtmasse errechnet. Diese äquivalenten Bremsdrücke werden als verteilte Hintergrundbremsniveaus registriert und während der Betätigung der Hauptbremse berücksichtigt. Dadurch wird automatisch einem Hintergrundversatz Rechnung getragen, wenn die vom Fahrzeug bewirkte Verlangsamung und der Fahrerbedarf verglichen werden, so daß bei einem adaptiven Steuersystem wie dem, das in unserem europäischen Patent EP 0205277 beschrieben ist, verhindert wird, daß die Hintergrundbremsung die Bremsdruckkonstante falsch anpaßt.
Das Hintergrundbremsniveau wird vorzugsweise anhand eines gefilterten Verlangsamungssignals gemessen, das aufgrund der Zeitkonstante des Filters, typischerweise in der Größenordnung von 2 Sekunden, leicht verzögert ist und keinen ersthaften Störungen unterliegt, die hauptsächlich von Bewegungen der Fahrzeugaufhängung herrühren. Dieses Signal wird kontinuierlich generiert, und Proben des Signals werden unmittelbar nach dem Drücken des Bremssignals genommen, so daß das Signal die Hintergrundretardierung unmittelbar vor Beginn der Hauptbremsung repräsentiert. Das Signal wird auf eine voreingestellte Höchstgeschwindigkeit normalisiert und zur Verwendung während des Anhaltevorgangs gespeichert. Mit sinkender Geschwindigkeit sinkt auch die durch die Hintergrundquellen bewirkte Verlangsamung und es wird eine typische Abfallkurve in den Bremssystemregler programmiert. Somit kann bei jedem Druckeinstellzyklus eine zurückgehende Hintergrundverlangsamung errechnet und wie folgt eingesetzt werden:
a. Die errechnete Verlangsamung wird in zwei Achsenkomponenten unterteilt, nachdem sie durch Multiplikation mit dem Fahrzeuggesamtgewicht in eine äquivalente Bremskraft umgewandelt wurde. Die Vorderachsenkomponente wird mit Hilfe eines vorgewählten kleinen Prozentanteils der Gesamtbremskraft gebildet, der Rest wird der Hinterachse zugewiesen.
b. Jede Achskraft wird auf einen äquivalenten Bremsdruck aus der folgenden Gleichung bezogen:
PBA = FBA/KBA dabei gilt: FBA = Achsenbremskraft
KBA = Achsenbrems-Konst.-Kraft/bar
c. Von den mit der Hintergrundretardierung äquivalenten Achsendrücken wird angenommen, daß sie vor der Betätigung der Hauptbremse wirken, und somit werden sie beim Errechnen der Bremsdrücke um die Komponenten PBf und PBr reduziert, bevor sie auf die Druckregelschleifen angewendet werden.
Somit wird bei einer bevorzugten Anordnung der vorliegenden Erfindung das Hintergrundbremsniveau auf vorprogrammierte Weise mit sinkender Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert. Außerdem erfolgt die Messung der Hintergrund-Fahrzeugverlangsamung vorzugsweise bei Betätigung der Hauptbremsen unmittelbar nach der ersten Pedalbewegung, und der Meßwert wird zur Verwendung während des Anhaltevorgangs gespeichert.
Der gemessene Wert wird vorteilhafterweise auf eine vorbestimmte Soll-Höchstgeschwindigkeit für das Fahrzeug normalisiert, und dieser gespeicherte Wert wird bei jedem Schritt mit sinkender Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Basis einer Geschwindigkeitsabfallsverhältnis-Tabelle reduziert.
Bei einer bevorzugten Anordnung wird die sinkende Hintergrundverlangsamung in Bremskraft umgewandelt, die zwischen Achsen in einem vorprogrammierten Verhältnis verteilt und in Hintergrundbremsdrücke umgewandelt wird, die von jedem entsprechenden Achsenbremsdruck subtrahiert werden, der zur Deckung des Bremsbedarfs des Fahrers errechnet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine diagrammatische Darstellung eines typischen elektronisch gesteuerten Bremssystems (EBS), auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
Fig. 2 ein gefiltertes Verlangsamungssignal, das einen Teil eines Anhaltevorgangs zeigt, von dem die Hintergrundverlangsamung gemessen werden kann;
Fig. 3 eine Aufzeichnung einer typischen Verlangsamungsvariation mit Geschwindigkeit für einen Anhaltevorgang auf ebener Straße;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das die Ableitung und Speicherung eines normalisierten Hintergrundverlangsamungswertes darstellt;
Fig. 5 das Ablaufdiagramm, das die Errechnung des äquivalenten Hintergrunddrucks sowie dessen Verbindung mit der Hauptdruckerrechnungsroutine zeigt, die kontinuierlich in definierten Intervallen durchgeführt wird;
Fig. 6 ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Zunächst wird der Hintergrund für die Entwicklung der vorliegenden Erfindung betrachtet.
Die grundsätzliche Basis für jede alte und neue Fahrzeugerrechnung in bezug auf Bremsung oder Antrieb war und ist immer noch das "ideal tangential force diagram" (ideale tangentiale Kraftdiagramm), das auf der Veröffentlichung von Tönnies, C., ATZ 1955, Ausgabe 8 von 1955, v. Glassner, veröffentlicht über das Thema im Jahre 1973, basiert. Dieses Diagramm beschreibt seinen Titel, d.h. einen idealen Zustand einer dynamischen Lastübertragung zwischen den Achsen, bewirkt durch ideale und reine Bremskräfte durch die Radbremsen oder durch Antriebskräfte, die auf das Fahrzeug wirken.
Bei der derzeitigen Praxis wird eine kleine Gruppe extremer dynamischer Grenzbedingungen auf der Basis ihrer Mindest- und Höchstlastverteilung gewählt, zusammen mit ihren angenommenen Schwerpunkten, um alle dynamischen Fahrzeugsituationen bei einer gradlinien Bremsung und einem gradlinigen Antrieb zu repräsentieren. Anhand dieser Informationen wird das relevante ideale tangentiale Kraftdiagramm errechnet und gezeichnet.
In diese Gruppe idealer dynamischer tangentialer Kraftkurven wird eine feste, lineare Bremsverteilung eingerechnet, in den meisten Fällen mit reduzierenden oder begrenzenden Ventilfunktionen an verschiedenen Ansprechstellen.
Der Abstand zwischen den festen Bremsverteilungslinien und den relevanten Idealkurven gibt den Verlust an Straßenhaftungsausnutzung der Reifen an, d.h. die Vorder- oder Hinterräder blockieren vor dem Erreichen des Haftungskoeffizienten, mit dem sie rollen. Durch den Ausnutzungsgrad wird der Bremsweg beeinflußt; der Bremsweg erhöht sich linear mit abnehmender Ausnutzung.
Um den Straßenfriktionskoeffizienten der Reifen vollständig auszunutzen und somit bei Bedarf den kürzestmöglichen Bremsweg zu erzielen, muß es das Ziel sein, mit allen Reifen gleichzeitig eine Straßenausnutzung zu erhalten, die so nahe wie möglich an 100% liegt. Dies hat die folgenden Auswirkungen:
1. Es muß eine nicht-lineare, "feste" Bremsverteilung benutzt werden.
2. Die "feste", nicht-lineare Bremsverteilung muß an sich ändernde Fahrzeug- und Straßenverhältnisse anpaßbar sein.
Es wurde bei Fahrzeugtests festgestellt, daß bestimmte Testergebnisse der maximal erzielbaren Fahrzeugverlangsamung nicht mit Datenblattvorhersagen auf der Basis der konventionellen idealen tangentialen Kraftkurve übereinstimmten. Die größten Diskrepanzen treten bei Tests mit Antiblockier-Bremssystemen auf individuellen Achsen auf. Bei solchen Tests können sich nach den derzeitigen Vorschriften Ausnutzungswerte über 125% ergeben.
Jeder Ausnutzungswert über 100% weist jedoch eindeutig auf inhärente Mängel in der benutzten Theorie und Strategie hin.
Bei der idealen tangentialen Bremskraftkurve werden keine anderen Faktoren berücksichtigt, die Fahrzeugretardierungen bewirken. Dies sind außer den Hauptbremsen: Motorbremsung; Retardersysteme; Auspuffbremsung; Herunterschalten; Friktionsbremsverluste; Restmoment aufgrund von schleifenden Bremsen; Verluste durch Reifenhaftung; verschiedene Wirkungsverhältnisse zwischen Vorder- und Hinterachse bei allradgetriebenen Fahrzeugen; unterschiedliche Achsbelastung aufgrund aerodynamischer Kräfte; und verschiedene Schwellendrücke zwischen Vorder- und Hinterbremsen, die zu vorzeitiger Bremsung auf einer Achse führen, oner auch eine Bremse während der Bremsbetätigung usw.
Es wurde zur Lösung dieser Aufgabe im Laufe der Jahre eine Reihe von Versuchen unternommen (v. Glassner, E.C., Dissertation, UNI Stuttgart, 1973, und Hörz, E./Illg., V., The tangential braking force diagram and its use in the reconstruction of traffic accidents (das tangentiale Bremskraftdiagramm und seine Anwendung bei der Rekonstruktion von Verkehrsunfällen), DAT-Seminar, 1984, Frankfurt, aber praktisch alle gingen das Problem durch eine Parallelverschiebung des Koordinatensystems für die feste Bremsverteilung in bezug auf die ideale tangentiale Bremskraftkurve an. Es wurde bei diesen Versuchen davon ausgegangen, daß die sich ändernden Bedingungen eines Fahrzeugs in einer Reihe verschiedener Koordinatensysteme mit verschiedenen Ursprungspunkten beschrieben werden müssen. Es wurde außerdem angenommen, daß andere Retardierungskräfte, wie z.B. durch Motorbremsung bewirkte Kräfte, lineare Konstanten in bezug auf die ideale tangentiale Bremskraftkurve sind und einen Einfluß auf die Idealkurve selbst haben.
Bei allen bisherigen Vorschlagen wird einfach die Position der linearen, festen Bremsverteilungen innerhalb des Koordinatensystems geändert und im Hinblick auf die Wirksamkeit mit der idealen tangentialen Bremskraftkurve verglichen.
Daher wurde nach einer neuen Strategie gesucht und von der vorliegenden Anmelderin auf der Basis einer gradlinigen Bremsung entwickelt, die alle möglichen Fahrzeugbedingungen reflektiert. Die neue Strategie berücksichtigt das existierende tangentiale Bremskraftdiagramm, baut auf ihm auf und benutzt dasselbe Koordinatensystem.
Als Basis müssen zunächst einmal die relevanten Gleichungen für das bekannte Diagramm der "idealen tangentialen Bremskraft" betrachtet werden.
In Gleichung 1 wird die Vorderachsen-Bremskraft gegenüber dem Fahrzeuggewicht wie folgt ausgedrückt:
BF/P = k (P&sub1;/P + h/lE z ) 1.
bzw.
BF/P = k (lRA/lE + h/lE z ) 2.
wobei k denselben numerischen Wert hat wie z. Gleichung 3 gilt für die Hinterachsen-Bremskräfte in bezug auf das Fahrzeuggewicht:
BR/P = k (P&sub2;/P - n/lE z ) 3.
bzw.
BR/P = k (lE - lRA/lE - h/lE z ) 4.
wobei k denselben numerischen Wert hat wie z.
Die Formeln 1, 2, 3 und 4 beschreiben eine ideale tangentiale Bremskraftkurve, die offensichtlich eine Parabel ist. Diese Parabel stellt den idealen Fall einer maximalen und identischen Straßenausnutzung der Reifen an allen Punkten dar, wobei die erzielbare Fahrzeugverlangsamung mit dem zur Verfügung stehenden Straßenhaftungskoeffizienten der Reifen identisch ist.
Was bisher in der gängigen Praxis fehlte, ist die Reflektion der praktischen Störungen in den Formeln, wie z.B. Motorbremsung, Retarderkräfte, Friktionsverluste usw. Alle diese Faktoren bewirken Fahrzeugretardierungen und ihre Berücksichtigung in der theoretischen Basis für zukünftige optimierte Bremssysteme ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung.
Jedes Brems- oder Antriebssystem ist nur so gut, wie es seine theoretische Basis zuläßt. Ein stark optimiertes Bremssystem ist nur dann möglich und durchführbar, wenn die dazu eingesetzte BREMSSTRATEGIE KORREKT ist.
Es muß unbedingt verstanden werden, daß Fahrzeugverlangsamungen durch alle möglichen Einzelkräfte erzeugt werden können, von denen einige von den Bremsen unabhängig sind und möglicherweise parallel oder zusätzlich wirken.
Man betrachte beispielsweise einmal das folgende Szenario:
- Ein hinterradgetriebenes Fahrzeug fährt mit hoher Geschwindigkeit über eine Landstraße.
- Beide Achsen, vorne und hinten, haben unterschiedliche, qualifizierbare Friktionsverluste in ihren Achslagern.
- Die Reifen an der Vorderachse haben einen anderen Luftdruck als die Hinterreifen und erzeugen somit einen anderen Rollwiderstand aufgrund einer anderen Reifenhaftung pro Achse.
- Der Fahrer nimmt seinen Fuß vom Gaspedal und betätigt über ein Handventil einen hydraulischen oder elektromagnetischen Retarder.
- Während er den Fuß vom Gaspedal läßt, sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit möglicherweise aufgrund einer Retardierung durch Getriebe und Motorbremsung.
- Das installierte Retardersystem wirkt über Antriebswelle und Differential auf die Hinterachse und bewirkt eine Fahrzeugverlangsamung.
- In dem Fahrzeug ist möglicherweise kein Retardersystem installiert und der Fahrer beschließt, die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Herunterschalten zu reduzieren.
- Unmittelbar nach dem Herunterschalten betätigt der Fahrer möglicherweise das Bremspedal, um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen, oder
- der Fahrer muß die Bremsen in einem durch eine Verkehrssituation bedingten Notfall betätigen.
Dies ist sicherlich eine komplexe Situation, die jedoch trotzdem eine alltägliche Verkehrssituation darstellt, die wohl allen Fahrern bekannt ist. Der wichtige Punkt hierbei ist, daß alle aufgeführten Bedingungen eine anscheinend unerkannte Tatsache gemeinsam haben:
Alle Zustände verursachen "andere" innere dynamische Kräfte, die die Fahrzeuggeschwindigkeit reduzieren. Die Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch eine Fahrzeugverlangsamung bewirkt. Fahrzeugverlangsamung impliziert dynamische Gewichtsübertragung.
Dynamische Gewichtsübertragung bei Straßenfahrzeugen wird daher nicht nur durch konventionelle Bremskräfte bewirkt, sondern auch durch eine Reihe anderer Hintergrundkräfte. Eine "echte optimale" (true optimal) tangentiale Bremskraftverteilung ist ein neuartiger Definitionsbegriff, der eine bessere Unterscheidung im Vergleich zu dem irreführenden Begriff "ideale tangentiale Bremskraftverteilung" ermöglicht. Eine "echte optimale Verteilung" ist eine dynamische tangentiale Bremskraftverteilung, die alle individuellen Verlangsamungsfaktoren reflektiert, die auf das Fahrzeug einwirken.
Die echte optimale tangentiale Bremskraftverteilung unterscheidet im Verlangsamungssinne zwischen:
Delta Z - Fahrzeugverlangsamung über Vorder- und Hinterachse, verursacht durch alle parallel aktivierten Radbremsen,
Zi.1 - Fahrzeugverlangsamung über die Vorderachse, verursacht durch andere innere Kräfte als die absichtlich betätigten Bremsen,
Zi.2 - Fahrzeugverlangsamung über die Hinterachse, verursacht durch andere innere Kräfte als die absichtlich betätigten Bremsen.
Alle anderen inneren Retardierungskräfte auf das Fahrzeug als die absichtlich betätigten Bremsen, beispielsweise aufgrund von Retardern, Rollwiderstand, Umschaltung, Motor- bzw. Auspuffbremse, schleifende Bremsen usw., können auf die Vorder- und die Hinterachse verteilt werden. Diese Vorder- oder Hinterachskräfte bewirken Fahrzeugverlangsamungen, bei denen es sich um diejenigen handelt, die in den gegebenen Fahrzeugverlangsamungen Zi.1 über die Vorderachse und Zi.2 über die Hinterachse bezeichnet werden.
Diese Forschungsergebnisse können in allgemeiner Form durch die folgenden neuartigen dynamischen Gleichungen 5, 6, 7 und 8 ausgedrückt werden:
Gleichung 5 beschreibt die echte optimale FRONTACHSEN- Bremskraft in Relation zum Fahrzeuggewicht,
Gleichung 7 gilt fur die echte optimale Hinterachsen- Bremskraft in Relation zum Fahrzeuggewicht:
Der Straßenoberflächen-Haftungskoeffizient k der Reifen, mit dem sich das gesamte Fahrzeug mit Vorder- und Hinterachse bewegt, ist jetzt numerisch identisch mit der Summe der Bremskraftverlangsamung plus der Innenkraftverlangsamung des Fahrzeugs.
Bei einem zweiachsigen Straßenfahrzeug, das parallel auf Vorderachse und Hinterachse gemäß der echten optimalen tangentialen Bremskraftverteilung gebremst wird, läßt sich der Gesamtkoeffizient der Straßenhaftung der Reifen wie folgt definieren:
k - Fahrzeuggesamtkoeffizient der Straßenhaftung der Reifen
k = ( zi.1 + zi.2 = Δz ) 9.
und k = z 10.
Diese Definition ist logisch. Wenn beispielsweise ein Herunterschaltevorgang ein hinterradgetriebenes Fahrzeug mit einer definierten Verlangsamung, die Teil von Zi.2 ist, kombiniert mit einem zusätzlichen Vorderachsrollwiderstand von Zi.1 bei einem bestimmten Haftungskoeffizient k verlangsamt, dann beträgt die von den Bremsen geforderte und durch diese bedingte Fahrzeugverlangsamung z, um den Blockierungspunkt bei k zu erreichen. Bei jedem größeren Verlangsamungsbedarf von den Bremsen käme es in diesem Fall zu einer Überbremsung und Blockierung der Hinterachse. Die gesamte Fahrzeugverlangsamung kann nicht größer sein als der gesamte verfügbare Straßenhaftungskoeffizient der Reifen des Fahrzeugs.
Die durch jede einzelne Achse während des Bremsvorgangs des Fahrzeugs bewirkte Fahrzeugverlangsamung kann zwischen Vorder- und Hinterachse unterschiedlich sein. Die einzelne Achse kann daher unterschiedlich zur gesamten Fahrzeugverlangsamung beitragen.
Der individuelle Haftungskoeffizient, der von jeder Achse in dem echten optimalen tangentialen Bremskraftdiagramm ausgenutzt wird, kann daher definiert werden als
k&sub1; - ausgenutzter Haftungskoeffizient auf der Vorderachse
k&sub1; = ( zi.1 - z ) 11.
und
k&sub1; - ausgenutzter Haftungskoeffizient auf der Hinterachse:
k&sub2; = ( zi.2 - z ) 12.
Trotzdem darf dieser Zustand nicht mit dem Zustand "geteiltes k" verwechselt werden, bei dem die eine Seite der Vorder- und der Hinterachse des Fahrzeugs mit einem anderen Haftungskoeffizient gebremst wird als die andere Seite. In dem Fall des "geteilten k" sind die Blockierungspunkte der Räder pro Fahrzeugseite unterschiedlich, aber die Funktionslinie der echten optimalen tangentialen Bremskraftverteilung bleibt unverändert. Der bremsende Teil der echten optimalen tangentialen Kraftkurve im 1. Quadranten des Koordinatensystems mit Bremskraft Vorderachse relativ zum Fahrzeuggewicht BF/P an der Abzisse und Bremskraft Hinterachse relativ zum Fahrzeuggewicht BR/P auf der Ordinate ist jetzt klar.
Das echte optimale tangentiale Kraftdiagramm beschreibt an allen Stellen seiner Kurvenfamilie den Zustand, bei dem der Haftungskoeffizient zwischen Reifen und Straßenoberfläche der maximalen übertragbaren Fahrzeugretardierung oder -beschleunigung entspricht.
Das Fahrzeug in dem Quadranten für die Bremsung bewegt sich und ist dynamisch. Alle beschriebenen "inneren Kräfte" einschließlich der Betätigung der Bremsen, der gesamte Rollwiderstand usw. neigen zur Verlangsamung des Fahrzeugs und somit zur Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Dies ist der Grund dafür, daß eine Reihe von dynamischen Kräften identifiziert werden kann, die für die Fahrzeugverlangsamung gemäß den neuen Formeln verantwortlich sind.
Bei Fahrzeugantrieb (im Gegensatz zur Verlangsamung) bewegt sich das Fahrzeug möglicherweise bereits oder ist stationär, wenn der Fahrer die Räder beschleunigen will, um das Fahrzeug zu bewegen. Keine der im vorherigen Bremsteil beschriebenen Kräfte kann das Fahrzeug über die auf den Rollradius der Reifen wirkenden tangentialen Antriebskräfte hinaus beschleunigen, die an der Kontaktfläche zwischen Reifen und Straßenoberfläche durch Motor, Getriebe und Transmission erzeugt werden. Daher brauchen im Antriebsteil des echten optimalen tangentialen Kraftdiagramms keine dieser Kräfte berücksichtigt zu werden.
Die vorgeschlagenen Formeln 5, 6, 7 und 8, die die echte optimale tangentiale Bremskraftverteilungskurve beschrieben, berücksichtigen alle durch innere Kräfte bewirkte Fahrzeugverlangsamungen, die auf die Vorder- oder die Hinterachse zurückführbar sind.
In Fig. 1 sind unter anderem die Hauptkomponenten eines konventionellen elektronischen Bremssystems (EBS) dargestellt, das hier nicht ausführlich beschrieben wird. Die Fahrerbremsbedarfssignale werden elektrisch durch eine pedalbetätigte Meßwandleranordnung 10 generiert und in einen elektronischen Regler 12 gespeist, in dem die vorderen und hinteren Bremsdrücke ermittelt und über entsprechende Relaisventile 18, 20 zu vorderen und hinteren Bremsbetätigern 14, 16 für die "Hauptbremsen" gespeist werden. Die resultierenden Hauptbremsdrücke sind abhängig von den Betriebsparametern des Fahrzeugs, die unter anderem durch vordere und hintere Lastsensoren 22, 24, einen Fahrzeugverlangsamungsmesser 26 und einen Geschwindigkeitssensor 28 ermittelt werden.
Für die Zwecke des vorliegenden Verfahrens werden die "Hintergrundbremskräfte" aus der Fahrzeugverlangsamung zusammengesetzt, die in der besonderen Ausgestaltung durch den Fahrzeugverlangsamungsmesser 26 gemessen wird, wenn das Fahrzeug nicht vorwärts angetrieben und noch nicht durch die Hauptbremsen 14, 16 gebremst wird. Der bevorzugte Zeitpunkt, an dem diese Messung der Hintergrundverlangsamung erfolgt, ist der Moment, an dem die Hauptbremsung signalisiert wird, aber bevor die Bremsdrücke die Entwicklung von Bremskräften bewirkt haben. Verlangsamungsmessungen erfolgen kontinuierlich und werden gefiltert, um Geräusche zu entfernen, und dieser Prozeß generiert eine Verzögerung, die von der Zeitkonstante des benutzten Filters abhängig ist. Bei einer Zeitkonstante von 1-2 Sekunden beispielsweise eilt der Verlangsamungswert etwas nach, das heißt, wenn eine Probe des gefilterten Signals genommen wird, wenn sich das Bremsbedarfssignal aufzubauen beginnt, dann gibt der erhaltene Wert die Hintergrundbeschleunigung an, die unmittelbar vor dem Drücken des Pedals existierte. Dies ist, wie in Fig. 2 gezeigt, die Probe, die zusammen mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitswert gespeichert und zur Bildung der Hintergrundbremsarbeit benutzt wird, die während des Anhaltevorgangs benutzt wird. Dieser Hintergrundeffekt bleibt jedoch keine konstante Kraft, sondern fällt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Sie ist auch bei einer bestimmten Geschwindigkeit nicht von Anhaltevorgang zu Anhaltevorgang konstant, da sie hauptsächlich vom eingelegten Gang abhängig ist, und aus diesem Grund muß eine Probe beim Start genommen werden.
Fig. 3 zeigt einen typischen Verlangsamungsabfall in bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, die bei einer Reihe von Fahrzeugversuchen erhalten wird. Die Kurve des Abfallverhältnisses wird in den Bremsregler einprogrammiert und dient zur Vorhersage der Verlangsamung bei jeder Geschwindigkeit, die aus Hintergrundbremsung resultiert. Zur Benutzung dieses Verhältnisses wird der gemessene Verlangsamungswert, von dem eine Probe genommen und zusammen mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit gespeichert wird, auf einen maximalen Geschwindigkeitswert normalisiert. Dies erfolgt durch Nachschlagen des Geschwindigkeitsfaktors in einer Tabelle, die eine digitale Kopie von Fig. 3 ist, und Dividieren des gespeicherten Verlangsamungswertes durch diesen Faktor, so daß sich die äquivalente Verlangsamung bei 150 km//h in dem gezeigten Beispiel ergibt. Bei der Durchführung dieser Berechnung und der Speicherung des Ergebnisses als normalisierte Verlangsamung wird ein entsprechender Flag gesetzt, und auf diesen Wert wird nachfolgend, zusammen mit einem sinkenden Verhältnisfaktor mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit, Bezug genommen. Dieser Prozeß der Probenahme und Normalisierung ist in Fig. 4 dargestellt und wird nur einmal zu Beginn jedes Anhaltevorgangs durchgeführt. Der in der Routine gesetzte Flag wird am Ende jedes Anhaltevorgangs zurückgesetzt, wenn das Bremspedal wieder zurückgestellt wird.
Die Errechnung der äquivalenten Hintergrunddrücke und dann der Achsenbremsdrücke ist im Ablaufdiagramm von Fig. 5 dargestellt, und diese Errechnung erfolgt viele Male pro Sekunde, um die Bremsdrücke in Reaktion auf sich möglicherweise ändernde Fahrerbedarfssignale einzustellen. Die äquivalenten Hintergrundbremsdrücke werden durch Nachschlagen eines Abfallfaktors auf der Basis der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit in der gespeicherten Tabelle und durch Multiplizieren dieses Faktors mit der gespeicherten und normalisierten Hintergrundverlangsamungskomponente errechnet, die sinnvoll Hintergrundquellen zugeordnet werden kann. Diese Komponente, die mit sinkender Geschwindigkeit abnimmt, wird in Vorder- und Hinterachskomponenten aufgeteilt, nachdem sie durch Multiplizieren mit dem Fahrzeuggesamtgewicht in eine äquivalente Bremskraft FBK umgewandelt wurde. Es wird ein fester, konstanter Bruchteil dieser Kraft FBK gebildet und subtrahiert, um die Vorderachsenverluste zu repräsentieren, der Rest wird mit Sollbremskonstanten für jede Achse der Hinterachse zugewiesen. Die Kräfte werden durch Dividieren durch Bremskonstante für jede Achse in äquivalente Hintergrundbremsdrücke umgewandelt. Diese Druckergebnisse werden gespeichert und später zur Reduzierung der errechneten Hauptbremsdrücke benutzt. Dieser Prozeß wird übersprungen, wenn der Flag für die "gespeicherte normalisierte Hintergrundverlangsamung" nicht gesetzt ist, so daß die Routine nur während des Bremsens ausgeführt wird. Zum Einstellen der Bremsdrücke wird der Pedalbedarf abgelesen und auf Null gestellt und die Route wird umgangen, wenn kein Bremsbedarf mit Achsendrücken auf Null gehalten wird. Wenn eine Bremsung angefordert wird, dann wird das Produkt aus Bedarf und Achslast (dynamisch) gebildet und weiter mit der Druckkonstante multipliziert, die das Ergebnis als Druck skaliert. Auf diese Weise werden gewichtsabhängige Bremsdrücke für jede Achse ermittelt, die in dem vorherigen Ablauf entwickelten entsprechenden Hintergrunddrücke werden subtrahiert und die sich daraus ergebenden, etwas reduzierten Drücke werden an die Achsendruckregelkreise ausgegeben.
Fig. 6 zeigt zur Veranschaulichung eine erste Ausgestaltung eines Bremssystems, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausnutzt. Diese Ausgestaltung arbeitet gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 5 und beurteilt die gesamte Hintergrundbremskraft durch Messen der Fahrzeugverlangsamung, wenn das Fahrzeug nicht worwärts angetrieben und noch nicht durch die Hauptbremsen gebremst wird.
Dieses System stellt Bremsdrücke in Reaktion auf den Fahrerbedarf mit Hilfe von zwei Druckregelkreisen 30 und 32 jeweils für die Vorder- und die Hinterbremsen ein und regelt sie. Jeder Druckregelkreis 30, 32 erhält ein elektrisches Eingangssignal D von einem Bremspedal- Meßwandler 34, der zur Bereitstellung eines Druckfehlersignals E durch Vergleich mit dem Ausgangssignal P1 eines Druckmeßwandlers 36 dient, wobei dieser Druckfehler E den Eingang zu einem computergestützten Druckregler 38 bildet, der ein Ausgangssignal generiert, das eine Änderung des durch einen elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Konverter 40 entwickelten Druck in einer Richtung bewirkt, die eine Reduzierung der Amplitude des Druckfehlers E zur Folge hat. Der Konverter 40 wird durch eine pneumatische bzw. hydraulische Druckversorgung 42 (je nach Fall) gespeist. Der Druckregler 38 arbeitet mit einem Paar Magnetventilen 44a, 44b zum Erhöhen oder Verringern eines Regelkammerdruckes durch selektive Erregung dieser Ventile. Der Konverter 40 arbeitet in diesem Fall pneumatisch und setzt ein Relaisventil 46 ein, das auf diesen Regelkammerdruck reagiert und in den geschlossenen Zustand zurückgeht, wenn die Bremsdrücke an Bremsbetätigern 48a, 48b für die linke und die rechte Bremse 50a, 50b gleich dem genannten Regeldruck werden. Die oben genannte Anordnung der Druckregelkreise 30, 32 ist bekannt und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung.
Das Eingangsbedarfssignal D wird auch einem Impulsgenerator 52 zugeführt, dessen Ausgang an einen Eingang eines Paares von AND-Gates 54, 56 weitergegeben wird. Der andere Eingang des AND-Gates 54 ist an den Ausgang eines Verlangsamungsmessers 57 angeschlossen, der auf die Gesamtverlangsamung des Fahrzeugs anspricht. Der Ausgang des AND-Gates 54 ist mit einem Speicher 58 verbunden, der auch den Ausgang des Verlangsamungsmessers 57 direkt empfängt. Diese Anordnung ermöglicht die Messung und Speicherung der Verlangsamung, die unmittelbar vor dem Einleiten eines Bremsbedarfs vorherrscht. Der andere Eingang des AND-Gates 56 ist an einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 60 angeschlossen, so daß die vorherrschende Fahrzeuggeschwindigkeit über das AND-Gate 56 zu einem Normalisierungsblock 62 weitergeleitet wird, der auch das Geschwindigkeitssignal direkt und die gespeicherte Verlangsamung von dem Speicher 58 empfängt, um die Durchführung des Normalisierungsschrittes zu ermöglichen, bei dem der gemessene Verlangsamungswert auf einen Höchstgeschwindigkeitswert normalisiert wird. Dies erfolgt mit Hilfe einer digitalen Nachschlagetabelle 64, die eine Abfallkurve 65 speichert, die für die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit normalisiert wird. Die resultierende äquivalente Verlangsamung wird in einem Hintergrundkraftkonverter 66 in einen Signalpegel B umgewandelt, der die gesamte Hintergrundbremsarbeit repräsentiert. In einer Ausgestaltung erfolgt die Verlangsamungsbeurteilung anhand des Durschnitts der Meßwerte, die über eine voreingestellte Zeitperiode vor dem Punkt genommen werden, an dem die Bremsen betätigt werden.
Anhand dieses Signals B wird die Verteilung zwischen Vorder- und Hinterachse proportional zu einem voreingestellten konstanten Bruchteil berücksichtigt, der in der Proportionierungsvorrichtung 68 (F/R) gespeichert ist. Die Proportionierungsvorrichtung 68 erzeugt einen ersten Wert für die Hintergrundkraft, die der Vorderachse zuzuweisen ist, und einen zweiten Wert für die Hintergrundkraft, die der Hinterachse zuzuweisen ist, wobei jeder Wert ein vorbestimmter Bruchteil der gesamten Hintergrundbremskraft B ist. Der erste Wert der vorderen Hintergrundbremskraft wird in den Faktorkonverter 70 für die Vorderbremse gespeist, um einen äquivalenten Vorderbremsdruck zu erzeugen, der von dem Vorderbremsregelbedarf im Subtrahierer 72a zu subtrahieren ist. Der zweite Wert der vorderen Hintergrundbremskraft wird in den Faktorkonverter 76 für die Hinterbremse gespeist, um einen äquivalenten Hinterbremsdruck zu erzeugen, der von dem Hinterbremsregelbedarf im Subtrahierer 78 zu subtrahieren ist.
Das System beinhaltet ferner ein Getriebestufen- Wählelement 80, das auf die Motordrehzahl 82 und die Fahrgeschwindigkeit 84 reagiert, um eine entsprechende Getriebestufe zur Erzeugung eines Signals GS zu wählen, das für die gewählte Getriebestufe repräsentativ ist. Die Getriebestufen-Wählvorrichtung 80 könnte alternativ auch manuell betätigt werden. Das Signal GS wird an ein Multiplikationselement 86 in dem Hintergrundkraftkonverter 66 übertragen, der einen Multiplikationsfaktor zum Verschieben der Kurve erzeugt, die durch die Nachschlagetabelle in Abhängigkeit von der gewählten Getriebestufe zur Verfügung gestellt wird. In einer alternativen Anordnung, die kostspieliger und daher weniger bevorzugt ist, wird das Signal GS unmittelbar in den Nachschlagetabellenblock 64 übertragen, um eine andere Kurve aus einer Mehrzahl von gespeicherten Kurven zu wählen, abhängig von der gewählten Getriebestufe.
Der Betrieb des oben genannten Systems entspricht dem Ablaufdiagramm von Fig. 5.

Claims

1. Verfahren zur Erzielung von Verbesserungen bei der Bremsverteilung bei einem mehrachsigen Fahrzeug mit geregelter, auf Pedaldruck ansprechender Hauptbremsanlage, bei dem eine oder mehrere Hintergrundbremsquellen berücksichtigt werden, wie zum Beispiel Reibungsverluste bei rotierenden Teilen und Motorbremsung, indem durch Messung der resultierenden Verlangsamungseffekte auf das Fahrzeug eine Gesamt-Hintergrundbremskraft ermittelt wird, die die genannte Hintergrundbremsung repräsentiert, und indem diese Kraft in einem vorbestimmten Verhältnis zwischen den Fahrzeugachsen verteilt wird.

2. System zur Erzielung von Verbesserungen bei der Bremsverteilung bei einem mehrachsigen Fahrzeug mit geregelter, auf Pedaldruck ansprechender Fahrbremsanlage, umfassend ein Mittel zur Berücksichtigung einer oder mehrerer Hintergrundbremsquellen, wie zum Beispiel Reibungsverluste bei rotierenden Teilen und Motorbremsung, indem durch Messung der resultierenden Verlangsamungseffekte auf das Fahrzeug eine Gesamt- Hintergrundbremskraft ermittelt wird, die die genannte Hintergrundbremsung repräsentiert, und indem diese Kraft in einem vorbestimmten Verhältnis zwischen den Fahrzeugachsen verteilt wird.

3. System nach Anspruch 2, umfassend ein Mittel zur Beurteilung der Gesamt-Hintergrundbremskraft durch Messen der Fahrzeugbeschleunigung, wenn sich das Fahrzeug nicht unter Zugbedingungen befindet und noch nicht durch die Fahrbremsen gebremst wird.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Messung der Hintergrundverlangsamung an dem Punkt stattfindet, an dem die Fahrbremse signalisiert wird, aber bevor die resultierenden Bremsdrücke die Entwicklung signifikanter Bremskräfte bewirkt haben.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Messung der Hintergrundverlangsamung des Fahrzeugs unmittelbar nach der ersten Pedalbewegung stattfindet, wann immer die Fahrbremsen betätigt werden, und zur Nutzung während des Stoppvorgangs gespeichert werden.

6. System nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Verlangsamungsbeurteilung anhand des Durchschnitts der Meßwerte erfolgt, die über eine voreingestellte Zeitperiode vor dem Punkt genommen werden, an dem die Bremsen betätigt werden.

7. System nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, umfassend ein Mittel zum Reduzieren des Hintergrundbremsniveaus auf eine vorprogrammierte Weise mit fallender Fahrzeuggeschwindigkeit.

8. System nach Anspruch 7, umfassend ein Mittel zur Normalisierung des gemessenen Wertes für eine Hintergrundverlangsamung des Fahrzeugs auf eine bestimmte voreingestellte Höchstgeschwindigkeit für das Fahrzeug, und ein Mittel zum Reduzieren dieses gespeicherten Wertes bei jedem Schritt mit fallender Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Basis einer Geschwindigkeitsabfall-Verhältnistabelle.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gesamt- Hintergrundbremskraft als sinkende Hintergrundverlangsamung gemessen wird, die zwischen Achsen in einem vorprogrammierten Verhältnis verteilt und in Hintergrundbremsdrücke umgewandelt wird, die von jedem entsprechenden Achsenbremsdruck subtrahiert wird, der zur Erfüllung des Fahrerbremsbedarfes errechnet wird.

10. System nach Anspruch 2 zur Anwendung in einem hydraulischen Bremssystem eines Fahrzeugs mit quer eingebautem Motor und Vorderradantrieb, umfassend ein Hydraulikventil (118), das in dem zu den Vorderbremsen führenden Hydraulikkreislauf (116) angeordnet ist und auf eine Reaktion des Motors an seinen Montagepunkten reagiert, wenn sich der Motor im Überlauf-(Verlangsamungs-) Betrieb befindet, um den auf die Vorderbremsen in Abhängigkeit des Motorüberlaufdrehmomentes aufgebrachten Hydraulikdruck zu reduzieren.