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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
elektronisch geregeltes Flüssigkeitsdruckbremssystem für
Schwerlastfahrzeuge.
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Heutige Schwerlastfahrzeuge sind mit
pneumatischen Bremssystemen ausgerüstet, bei denen die Bremsen
durch vom Fahrzeugbetreiber durch Betätigung eines mit
Fußhebel betätigten Bremsventils erzeugte pneumatische
Steuersignale betätigt werden. Zur Vereinfachung des
Systems und Beschleunigung des Anlegens und Auslösens der
Bremse ist vorgeschlagen worden, diese Fahrzeuge mit
elektronischen Steuerungen auszurüsten. Anstatt
Bremssteuersignale pneumatisch durch Leitungen zu übertragen,
erzeugen diese elektropneumatischen Bremssysteme
elektrische Signale, die die Bremsen des Fahrzeuges durch
Betätigung von Modulationsventilen, die die Kommunikation
zwischen einer Flüssigkeitsdruckquelle und den Bremsen
des Fahrzeuges steuern, betätigen. Ein solches
elektropneumatisches System des Standes der Technik ist in
US-Patent 4,749,238 offenbart. Dieses System offenbart
ein elektropneumatisches System, bei dem
Bremssteuersignale elektrisch erzeugt werden und das bewirkte Anziehen
der Bremse durch einen Modulator gesteuert wird, der
durch die Größe des elektrischen Signales gesteuert wird.
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In EP-A-0 467 112 ist eine Steuerung offenbart,
die auf ein Schrittinkrement zwischen den Ist- und
Steuersignalen reagiert, um Bremsen zu bewirken.
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Um die Steuerung zu beschleunigen und den
Modulator zu zwingen, dem vom Fahrzeugbetreiber verlangten
Bremsdruck besser zu folgen, sieht die vorliegende
Erfindung eine Hauptsteuerung vor, die das vom
Fahrzeugbetreiber erzeugte Bremsanforderungssignal skaliert und ein
Bremsanforderungssignal zu Radsteuerungen an jedem Rad
des Fahrzeuges überträgt. Die Radsteuerungen empfangen
das Bremsanforderungssignal von der Haupt- oder
Zentralsteuerung und empfangen auch durch Druckfühler, die auf
den vom Modulator erzeugten Istbremsdruck reagieren,
erzeugte Rückkopplungssignale. Die Radsteuerungen
erzeugen elektrische Signale, die den Modulator ansteuern.
Damit wird eine Druckregelschleife hergestellt. Zu den
Radsteuerungen gehört eine Steuerung mit offener
Schleife, die das von der Hauptsteuerung empfangene
Signal in ein den Modulator betreibendes Signal umsetzt.
Unter Verwendung dieses Verhältnisses nähert sich der
Druck im Modulator nach und nach dem Solldruck, aber der
Druckeinschwingvorgang ist zu lang. Dementsprechend wird,
um den Verlauf zu verbessern, besonders wenn der vom
Fahrzeugbetreiber verlangte Bremsdruck schnell erhöht
oder vermindert wird, der Modulator aggressiver
angesteuert, indem in den Betätigungssignalgänderungen ein
Schrittinkrement auf vorbestimmte Weise wie noch zu
beschreiben vorgesehen wird. Abschliessend wird der
Istdruck von einer Proportional-Integral-Differential-
(PID-)Steuerung, nachdem die Schrittänderung auf Null
getrieben ist, auf den Sollwert getrieben. Durch die PID-
Steuerung werden die Bremsen um das Fahrzeug herum
ausgeglichen, da sich jeder der Modulatoren im Vergleich
mit den anderen Modulatoren unterschiedlich verhalten
kann.
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Diese und andere Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich, anhand der beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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Figur 1 ein Übersichts-Systemschema eines
elektropneumatischen Bremssystems nach der Lehre der
vorliegenden Erfindung ist; und
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Figuren 2A, 2B und 2C ein schematisches
Logikschaltbild sind, das die Art und Weise darstellt, auf die
die Radsteuerungen die im vorliegenden System benutzten
Modulatoren ansteuern.
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Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen enthält
ein im allgemeinen durch die Ziffer 10 angedeutetes
elektropneumatisches Bremssystem eine allgemein durch die
Ziffer 12 angedeutete Zentral- oder Hauptsteuerung. Die
Hauptsteuerung 12 empfängt zwecks Redundanz vorzugsweise
Strom von jeder von zwei 24-Volt-Quellen, die bei 14 und
16 angedeutet sind. Ein allgemein durch die Ziffer 18
angedeuteter Bremsfußhebelsignalgeber ist in der
Betreiberkabine des Fahrzeuges angebracht. Zwecks
Redundanz erzeugt der Signalgeber 18 vorzugsweise gleichzeitig
zwei unabhängige Signale, die sich jeweils entsprechend
der Entfernung verändern, über die der Fahrer den
Bremsfußhebel herabgedrückt hat. Diese unabhängigen Signale
werden durch unabhängige Drähte 20, 22 zur Zentral- oder
Hauptsteuerung 12 übertragen.
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Die Zentral- oder Hauptsteuerung 12 ist über eine
Datenübertragungsleitung 24a mit einer linken
Vorderradsteuerung 26a verbunden, die einen linken Vorderrad-
Bremsdruckmodulator 28a steuert. Gleichermassen verbinden
Datenübertragungsleitungen 24b, 24c und 24d die
Zentral- oder Hauptsteuerung 12 mit einer linken
Hinterradsteuerung 26b, einer rechten Hinterradsteuerung 26c bzw.
einer rechten Vorderradsteuerung 26d. Die linke
Hinterradsteuerung 26b steuert einen linken Hinterradmodulator
28b; rechte Hinterradsteuerung 26c steuert rechten
Hinterradmodulator 28c und rechte Vorderradsteuerung 26d
steuert rechten Vorderradmodulator 28d. Ein Druckfühler
30a überträgt ein den vom Modulator 28a zur linken
Vorderradbremse übertragenen Istbremsdruck darstellendes
signal zur linken Vorderradsteuerung 26a. Gleichermassen
überträgt der Druckfühler 30b ein den linken
Hinterradbremsdruck darstellendes Signal zur linken
Hinterradsteuerung 26b; Druckfühler 30c überträgt ein den rechten
Hinterradistbremsdruck darstellendes Signal zur Steuerung
26c und Druckfühler 30d überträgt ein den rechten
Vorderradistbremsdruck darstellendes Signal zur rechten
Vorderradsteuerung 26d.
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Die Haupt- oder Zentralsteuerung 12 verarbeitet
die vom Bremspedalsignalgeber 18 erzeugten Signale durch
Skalieren der Signale, Auswählen eines der Signale
entsprechend einem vorbestimmten Protokoll, das bestimmt,
ob eines oder beide der Signale ein Fehlfunktionssignal
ist, und überträgt sequentiell ein den Sollbremsdruck
darstellendes Signal zu jeder der Steuerungen 26a-d über
die Da enübertragungsleitungen 24a-d. Alle 15
Millisekunden wird sequentiell zu jeder der Steuerungen 26a bis 26d
ein Signal übertragen. Die den über die
Datenübertragungsleitungen 24a-d übertragenen Sollbremsdruck
darstellenden Signale können entsprechend der vom
Fahrzeug getragenen Last zwischen Vorne und Hinten
proportioniert werden, wenn das Fahrzeug mit einem
Lastfühler 32 ausgerüstet ist. Das vom Lastfühler 32
erzeugte Signal wird zur Zentral- oder Hauptsteuerung 12
übertragen. Die Zentral- oder Hauptsteuerung 12 kann auch
die über Leitungen 24a-d übertragenen
Sollbremsdrucksignale durch ein in die -Zentral- oder Hauptsteuerung 12
einprogrammiertes Antiblockiersteuerprogramm
modifizieren. Die Zentral- oder Hauptsteuerung 12 führt auch die
erforderlichen Diagnosefunktionen durch und zeigt im Fall
einer Fehlfunktion einer oder mehrerer der Steuerungen
26a-d, Modulatoren 28a-d oder Druckfühler 30a-d ein
Warnlicht 34 in der Betreiberkabine an. Die den
Steuerungen 26a-d übertragenen Bremsdrucksteuersignale werden
sofort übertragen, ehe die Daten in der Berechnung eines
Steuersignals zur Betätigung des entsprechenden
Modulators 28a-d zu benutzen sind.
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Nunmehr bezugnehmend auf Figuren 2-A, 2B und 2C
wird eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens, bei
dem die Steuerungen 26a-d die die entsprechenden
Modulatoren 28a-d ansteuernden Steuersignale erzeugen,
beschrieben. Das Programm wird wie angedeutet bei 34
begonnen und schreitet zu der Funktion Arbeitsvariablen
einstellen wie bei 36 angedeutet fort. Bei der Benennung
der Variablen beziehen sich die Begriffe OLD bzw. PREV
auf den Wert der während des letzten Programmzyklus
berechneten Variablen. Diese Werte werden zur Verwendung
während des nachfolgenden Berechnungszyklus im Speicher
gespeichert. Wie oben besprochen werden die Werte auf
Grundlage von den Radsteuerungen alle 15 Millisekunden
übertragenen neuen Daten neu berechnet.
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Der Begriff OLD CURRENT und CURRENT betrifft die
Größe des dem Modulator von den Radsteuerungen
übertragenen Steuersignals. Der Begriff PERROR ist die Differenz
zwischen dem Solldruck, der durch den Fahrzeugbetreiber
durch Betätigung des Bremsfußhebelsignalgebers 18
festgelegt wird und der über die Datenübertragungsleitungen
24a-d zu den Steuerungen 26a-d übertragen wird, und den
von den Druckfühlern 30a-d abgefühlten Istdrücken an den
Bremsbetätigungsgliedern. Der Begriff DERV ERROR ist als
die Differenz zwischen im vorherigen Zyklus berechneten
PERROR und dem im letzten Programmzyklus berechneten Wert
von PERROR definiert. Der Begriff DERV PRESSURE ist als
die Differenz zwischen dem von den entsprechenden der
Druckfühler 30a-d abgefühlten Istdruck und dem vomselben
Druckfühler im letzten Programmzyklus abgefühlten
Istdruck definiert. Die Variable DERV PRESSURE wird gleich
dem Wert des Istdruckes, der in den Berechnungen für den
vorhergehenden Zyklus benutzt wurde, eingestellt. Der
Begriff DERV COMMÄND ist als die Differenz zwischen dem
Solldruck und dem vorherigen Führungsdruck definiert. Der
vorherige Führungsdruck ist der Solldruck vom letzten
Programmzyklus. Natürlich werden die Berechnungen zur
Einstellung des Drucks an der jedes Rad des Fahrzeuges
steuernden Bremse getrennt durch jede der Steuerungen
26a-d unter Verwendung des von den entsprechenden
Druckfühlern 30a-d abgefühlten Istdruckes und Verwendung des
über die entsprechenden Datenübertragungsleitungen 24a-d
übertragenden Solldrucks durchgeführt.
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Der Wert von PERROR, das heißt die Differenz
zwischen dem vom Fahrzeugbetreiber festgelegten Solldruck
und dem vom entsprechenden Druckfühler 30a-d abgefühlten
Istbremsdruck wird dann wie bei 38 angedeutet geprüft, um
zu bestimmen, ob PERROR positiv oder negativ ist. Wenn
der Fehler zwischen Soll- und Istdruck positiv ist, wird
PREDICTED CURRENT, der vorläufige Wert des zur
Einstellung des entsprechenden Modulators 28a-d zu
benutzenden Steuersignals, gleich einer Konstanten A1 plus einem
Konstanten K-mal dem Solldruck gesetzt, wie bei 40
angedeutet. Wenn der Wert des Fehlers zwischen dem Soll- und
Istdruck negativ ist, wird der Wert von PREDICTED CURRENT
gleich einer Konstanten A2 plus einem Konstanten K-mal
dem Wert des Solldruckes gesetzt, wie bei 42 angedeutet.
Dies ist der zum Ansteuern der offnen Schleife des
Modulators benutzte Steuerstrom ohne Berücksichtigung des
Istdruckes in der entsprechenden Bremskammer. Es ist zu
bemerken, daß die Steigung der Änderung von PREDICTED
CURRENT dieselbe ist, egal ob der Fehler positiv oder
negativ ist, aber der der Differenz zwischen den
Konstanten A1-A2 gleiche Versatz wird so gewählt, daß er eine
Annäherung der Hysteresekurve des Modulators darstellt.
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Der unter Verwendung der in Kästen 40 und 42 der
Figur 2 angegebenen Gleichung eingestellte Druck ergibt
nach und nach einen Druck im Modulator in der Nähe des
vom Fahrzeugbetreiber bei der Betätigung des
Bremsfußhebelsignalgebers 18 festgelegten Solldrucks, aber der
Druckeinschwingvorgang wird lange dauern. Dementsprechend
ist es wünschenswert, die Modulatoren 28a-d aggressiver
anzusteuern, um den Einschwingvorgang zu verbessern. Dies
wird durch Hinzufügen eines Stufenstroms zu dem in Kästen
40 und 42 der Figur 2A berechneten PREDICTED CURRENT
unter gewissen Zuständen, die noch zu erläutern sind,
erreicht. Dementsprechend prüft das Programm den Wert von
im Speicher gespeicherten STEP CURRENT, sowie er im
vorhergehenden Zyklus bei 44 berechnet wurde, um zu
bestimmen, ob STEP CURRENT nicht gleich Null ist. Wenn
STEP CURRENT nicht gleich Null ist, schreitet das
Programm zu 46 der Figur 28 fort, wo ein neuer Wert von
STEP CURRENT berechnet wird. Wenn STEP CURRENT gleich
Null ist, schreitet das Programm zu 48 in Figur 2B fort,
wo der
PID-(proportional-integral-differential-)Steuerstrom berechnet wird. Dieser Strom wird zur Veränderung
des PREDICTED CURRENT nach der Berechnung bei 40-42 der
Figur 2A benutzt und treibt den Istdruck ebenmäßig auf
den vom Fahrzeugbetreiber eingestellten Solldruck, damit
die von allen vier Steuerungen gesteuerten Bremsen im
wesentlichen zur gleichen Zeit auf im wesentlichen
denselben Wert getrieben werden. Der PI-Strom, der die
Änderung von PREDICTED CURRENT ist, die den Beitrag der
PID-Steuerung darstellt, wird durch Hinzufügen einer
Konstanten C1 mal PERROR (der Differenz zwischen Ist- und
Solldruck) plus einer Konstanten C2 mal DERV COMMAND (dem
gegenwärtigen Solldruck abzüglich des Solldruckes im
letzten Berechnungszyklus) plus einer Konstanten C3 mal
einem Signal ("INTEG PERROR"), das das Integral von
PERROR darstellt, berechnet. Danach schreitet das
Programm zum Entscheidungsblock 50 fort.
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Wenn im vorhergehenden Berechnungszyklus ein STEP
CURRENT benutzt worden ist, wird wie bei 46 angedeutet
ein neuer Wert von STEP CURRENT berechnet, aber dieser
neue Wert kann weiter verändert oder neu berechnet
werden, ehe er an den entsprechenden Modulator angelegt
wird, wie noch zu beschreiben ist. Der neue Wert wird als
gleich dem gegenwärtigen Wert von STEP CURRENT plus einer
Konstanten B mal dem Signal DERV ERROR, der die Differenz
des Fehlers zwischen dem Soll- und Istdruck berechnet im
vorhergehenden Zyklus und aktuellen Zyklus ist,
berechnet. Das Integral des Signals PERROR wird gleich Null
gesetzt und der PI-Strom wird ebenfalls gleich Null
gesetzt. Dann wird wie bei 52 und 54 der Wert von STEP
CURRENT geprüft, um zu bestimmen, ob STEP CURRENT im
Stromberechnungszyklus von negativ zu positiv oder
positiv zu negativ umgewechselt hat. Wenn eine solche
Umkehr eingetreten ist, wird wie bei 56 angedeutet der
Wert von STEP CURRENT gleich Null gesetzt. Eine Umkehr
von STEP CURRENT zeigt an, daß der Sollbremsdruck während
zwei aufeinanderfolgender Zyklen in der Nähe des
Sollwertes liegt und so wird kein Stufenstrom angelegt.
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Bei 50 wird eine Entscheidung getroffen, ob der
bestehende Wert von STEP CURRENT anzulegen ist oder nicht
oder ein neuer Wert von STEP CURRENT zu berechnen ist.
Wie bei 50 angedeutet wird ein neuer Wert von STEP
CURRENT berechnet, wenn die Änderung des Solldruckes
zwischen der letzten Berechnung und dem aktuellen
Berechnungszyklus 2,5 psi überschreitet oder wenn der Fehler
zwischen Ist- und Solldruck größer als Null ist (was
anzeigt, daß sich der Fehler erhöht) und gleichzeitig die
(durch das Signal PERROR angezeigte) Größe des Fehlers
3 psi überschreitet.
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Wenn bei 50 entschieden wird, daß ein neuer Wert
von STEP CURRENT zu berechnen ist, wird die Größe von
STEP CURRENT wie bei 53 angedeutet berechnet. STEP
CURRENT wird gleich einer Konstanten D&sub1; mal DERV COMMAND
plus einer Konstanten D2 mal PREV ERROR eingestellt.
Demnach wird die Größe des Stufenstromes als Funktion der
Änderung des Solldruckes zwischen dem aktuellen
Berechnungszyklus und dem vorhergehenden
Berechnungszyklus und der Größe des Fehlers zwischen Ist- und
Solldruck bestimmt. Wenn die Änderung des Solidruckes groß
ist, sollte das System eine große Stufe im Strom anlegen.
Wie bei 55 angedeutet wird, wenn die Summe von bei 40
oder 42 berechneten PREDICTED CURRENT plus dem bei 53
berechneten STEP CURRENT 1 Ampere uberschreitet, STEP
CURRENT auf eins minus dem bei 40 oder 42 berechneten
PREDICTED CURRENT wie bei 57 in Figur 2C angedeutet
eingestellt. Wenn der PREDICTED CURRENT plus STEP CURRENT
wie bei 58 bestimmt weniger als Null ist, wird STEP
CURRENT wie bei 60 angedeutet auf den Negativwert von
PREDICTED CURRENT eingestellt.
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Wenn der Solldruck ansteigt und der Istdruck
oberhalb des neuen Solldruckes liegt, ist es nicht
wünschenswert, den Stufenstrom hinzuzufügen.
Gleichermassen ist der Schritt unnötig, wenn der Solldruck
abnimmt und der Istdruck unterhalb des Solldruckes liegt.
Dementsprechend wird der Fehler zwischen Soll- und
Istdruck und die Änderung des Solldruckes zwischen dem
letzten Berechnungszyklus und dem aktuellen
Berechnungszyklus bei 62 geprüft, so daß, wenn eine der beiden
obigen Bedingungen erfüllt werden, das Programm auf 64
springt, wo STEP CURRENT gleich Null gesetzt wird, INIT
STEP CURRENT gleich STEP CURRENT gesetzt wird, der Wert
von INTEG PERROR gleich Null gesetzt wird und der durch
die PID-Steuerung erzeugte Strom (der PI-Strom) ebenfalls
gleich Null gesetzt wird.
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Danach springt das Programm zu 66. Wenn die in 50
aufgestellten Bedingungen nicht erfüllt werden, springt
das Programm direkt zu 66. Hier wird das den Modulator
ansteuernde Steuersignal gleich dem bei 40 oder 42
bestimmten PREDICTED CURRENT plus STEP CURRENT plus dem
die PID-Steuerung darstellenden PI-Strom eingestellt.
Diese Strom wird dann zum entsprechenden Modulator
übertragen.