SE520891C2 - Förfarande för att åtminstone ungefär bestämma det utnyttjade friktionsvärdet mellan hjulen på ett fordon och vägbanan vid minst en bromsning - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 520 891 2 värdet mellan hjulen och vägbanan kan bestämmas åtminstone ungefär även vid en icke ABS-reglerad brornsning.

Syftet uppfylls enligt uppfinningen med särdragen enligt patentkravets 1 känneteck- nande del. Föredragna utföringsformer av uppfinningen anges i de osj älvständiga patent- kraven.

Vid fordon som är utrustade med ABS (låsningsfria bromsar) medger uppfinningen att det tillgängliga friktionsvärdet mellan hjulen och vägbanan bestäms åtminstone unge- fär även under en ABS-reglerad bromsning. Vidare medger uppfinningen att den under den ABS-reglerade bromsningen gjorda uppskattningen av det tillgängliga friktionsvärdet bearbetas under den pågående bromsningen och/eller vid efterföljande ABS-reglerade bromsningar för att optimera ABS-regleringen.

Uppfinningen kan genomföras med valfritt slag av manöverenergi, till exempel elek- trisk energi eller tryck. Vid användning av tryck utnyttjas i regel flytande eller gasformiga tryckmedier som energibärare, till exempel tryckluft. Om manöverenergin är tryck och trycket betecknas med p får den ovan angivna allmänna ekvationen (I) formen B=A-p (ll) där p är det effektiva trycket, som är det tillförda (uppmätta) trycket reducerat med hjul- bromsens reaktionstryck. Reaktionstrycket bestäms av reaktionsmotståndet, som orsakas av friktion och återföringskrafter i bromsens delar. Detsamma gäller för den tidigare nämn- da reaktionsenergin.

Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare med ledning av ett på ritningen visat utföringsexempel. Därvid visar den enda figuren i schematisk form ett bromssystem och två fordonshjul 16, 20.

De båda hjulen 16, 20 tillhör olika axelgrupper H, V, som i det följ ande benämns bak- axel H och framaxel V. Längre fram i beskrivningen används bokstäverna H och V även som index för att ange att olika parametrar avser bakaxeln H respektive framaxeln V.

Det visade bromssystemet har en grundutrustning och en tilläggsutrustning till den- na. Bromsystemet förutsätter att manöverenergin är tryck och att tryckluft eller en hydraulvätska utgör energibärare. På ritningen används heldragna förbindningslinjer mellan bromssystemets delar för att beteckna tryckledningar och prickstreckade förbind- ningslinjer för att beteckna elektriska signalledningar.

Bromssystemets grundutrustning består av ett trj/ckförsörjningssystem, en hjulbroms 15 respektive 21 för vartdera hjulet 16 respektive 20 med tillhörande bromscylindrar 14 och 1, en styranordning 7, 11 och en anordning 2, 10, 18 för att bestämma friktionsvärdet.

Av tryckförsöijningssystemet visas endast de till vardera hjulbromsen 15, 2 1 hörande tryckmagasinen 6 respektive 5. Till tryckförsörjningssystemet hör även en eller flera tryck- generatorer och tryckmediumsbehandlings- och skyddsanordningar av gängse slag, som inte visas. Tryckmagasinen 6 och 5 är förbundna med var sin bromscylinder 14 respektive 1 genom tryckledningar. Överföringsanordningar, som inte försetts med särskilda beteckning- ar, är anordnade mellan varje hjulbroms 15, 21 och den tillhörande bromscylindern 14 respektive 1. 10 15 20 25 30 35 40 520 891 3 Grimdutrustningens styranordning bildas av en av fordonets förare manövrerad bromsventil 7 och en laststyrd bromskraftsregulator 11, somi det följande betecknas med ALB. Bromsventilen 7 har två kretsar och är anordnad med de båda kretsarna 8 respektive 4 i var sin av tryckledningarna mellan ett tryckmagasin 6 respektive 5 och den tillhörande bromscylindern 14 respektive 1. Bromsventilen 7 har ett manöverorgan, som visas som en pedal på ritningen. ALB-regulatorn 11 är anordnad i tryckmediumsledningen mellan ut- gången för bromsventilens 7 ena krets 8 och bakaxelns H bromscylinder. När fordonets förare påverkar manöverorganet med en kraft öppnar vardera kretsen 8, 4 i bromsventilen 7 en förbindelse mellan sin utgång och det tillhörande tryckmagasinet 6 respektive 5 tills ett av manöverkraften bestämt utgående tryck har uppnåtts. Om fordonets förare därefter bibehåller den inställda manöverkraften bibehåller också bromsventilens 7 kretsar 8, 4 det uppnådda utgående trycket. Om föraren sänker den på manöverorganet utövade kraften reducerar också kretsarna 8 och 4 det utgående trycket i motsvarande grad.

Det utgående trycket i bromsventilens 7 till framaxelns V bromscylinder 1 hörande krets 4 byggs upp även i denna bromscylinder 1. Det utgående trycket i bromsventilens 7 till bakaxelns H bromscylinder 14 hörande krets 8 reduceras av ALB 11 som funktion av bakaxelns H belastning, dvs. bakaxellasten, så att trycket som byggs upp i bromscylindern 14 regleras som funktion av bakaxellasten. ALB 11 åstadkommer på så sätt en exakt eller åtminstone ungefär stabilitetsoptimerande tryckfördelning mellan bromscylindrarna 14 och 1, och därmed mellan de motsvarande hjulbromsarna 15 och 21. Om friktionen mellan ett visst hjul och vägbanan på vanligt sätt betecknas med u åstadkommer ALB 11 således ett åtminstone ungefär lika stort friktionsutnyttjande mellan hjulet 20 på framaxeln V och hjulet 16 på bakaxeln H, så att pH = uV (III) kan anses gälla.

Alla hittills berörda komponenteri bromssystemet är av känd uppbyggnad och funk- tion, och kan åstadkommas med i handeln normalt förekommande komponenter.

Anordningen 2, 10, 13 med vilken friktionsvärdet bestäms bildas av tryckgivare 13, 2, som avkänner trycket i var sin av bromscylindrarna 14, 1, och en signalbehandlingskrets 10.

Signalbehandlingskretsen 10 har icke angivna ingångar och minst en utgång 9, och är elektriskt uppbyggd på gängse sätt, till exempel med mikroprocessorer och/eller program- mering, så att den kan utföra de i det följande beskrivna operationerna.

Tryckgivarna 13, 2 är elektriskt anslutna till ingångar på signalbehandlingskretsen 10. De omvandlar de rådande trycken till elektriska trycksignaler och tillför dessa till signalbehandlingskretsen 10.

Ett antal konstanter för fordonet eller typen av fordon är lagrade i signalbehandlings- kretsen 10. Dessa konstanter är hjulbromsarnas 15, 21 reaktionstryck, hjulbromsfaktorn AH för bakaxeln H och AV för framaxeln V, hjulavståndet l och koefficienter Kl, K2 och h.

Koefficienterna Kl och K2 specificerar den för fordonets art typiska fördelningen av fordonets totalvikt G mellan bakaxeln H och framaxeln V, dvs. lastens fördelning på axlar- 10 15 20 25 30 35 520 891 4 na eller axelgrupperna.

Mätningar på fordon i trafik har visat att sambandet mellan bakaxellasten GH och framaxellasten GV kan uttryckas med ekvationen GV=K1-GH+K2 (IV) där koefficienterna kan bestämmas av följande ekvationer: Kl = (GVM - GVO) / (GHM - GHO) (V) K2 = (GVO - GHM - GHO - GVM) / (GHM - GHO) (VI) I dessa ekvationer och i det följande betecknar koefficienterna M och 0 ett fullastat respekti- ve ett olastat fordon.

Koefficienterna Kl och K2 kan dock även bestämmas på valfritt annat lämpligt sätt.

Koeflicienten h betecknar den för fordonets typ typiska tyngdpunktshöjden. Mätning- ar på fordon i trafik har visat att den i praktiken uppträdande tyngdpunktshöjden kan uttryckas med ekvationen h=(hM+h0)/2 (VII) Trycksignalerna från tryckgivarna 13 och 2 tillförs till signalbehandlingskretsen 10 som variabla värden.

Det vid en bromsning utnyttjade friktionsvärdet u mellan ett hjul på fordonet och vägbanan definieras som förhållandet mellan den i hjulets stödyta mot vägbanan verkande bromskraften och den på hjulet verkande kraften vinkelrätt mot vägbanan. Vid horisontell vägbana är denna kraft detsamma som hjullasten, som i föreliggande fall även är detsam- ma som axellasten, till exempel bakaxellasten GH. Vid bestämningen av hjullasten måste den vid en bromsning uppträdande dynamiska lastförskjutningen beaktas. Därför blir bakaxel- eller bakhjulslasten vid en bromsning under färd framåt i föreliggande fall GH = GHS - (b/g) - (GV + GH) - (s/l) (VIII) där GHS är den statiska bakaxel- eller bakhjulslasten (när fordonet icke bromsas eller accelereras), s den verkliga tyngdpunktshöjden och b fordonets retardation.

Av den givna definitionen på friktionsvärdet u och ekvationerna (II), (III), (VIII) följ er att uH = uV = AH - pH / [GHS - (b/g) - (GV + GH) - (s/l)l (IX) Ä andra sidan kan friktionsvårdet u på grund av ekvationen (III) även uttryckas som för- hållandet mellan den på fordonet verkande totala bromskraften BGes = BV + BH och fordo- nets totalvikt G = GV + GH, dvs. u=(AV-pV+AH-pH)/(GV+GH) (X) Av ekvationerna (III), (IV) och (X) kan följande ekvation härledas genom omflyttning och insättning av h från ekvation (VII) för s: p=pv=pH=(pv-Av-pH~AH-K1)/ 10 15 20 25 30 35 40 520 891 5 [K2+(1+K1)-(pV-AV+pH-AH)-(h/1)l (XI) Denna ekvation gäller även vid lutande vägbana genom att de på grund av lutningen till- kommande vinkelfunktionerna tar ut varandra Ekvationen (XI) är inprogrammerad i signalbehandlingskretsen 10 som beräknings- algorítm for de ovannämnda konstanterna och de variabla värdena.

Vid en bromsning reducerar signalbehandlingskretsen 10 först trycksignalerna från tryckgivarna 13 och 2 med värden som motsvarar hjulbromsarnas 15, 21 reaktionstryck, och beräknar sedan med hjälp av de erhållna effektiva trycksignalerna det sökta friktion- svärdet u med hjälp av ekvationen (XI).

Beroende på hur exakt ekvationerna (III), (IV) och (VII) återger de verkliga förhållandena för det betraktade fordonet blir det av signalbehandlingskretsen 10 beräkna- de friktionsvärdet u antingen det mellan hjulen 16, 20 och vägbanan utnyttjade verkliga friktionsvärdet u eller en approximation av detta.

Signalbehandlingskretsen 10 avger det beräknade friktionsvärdet på sin utgång 9.

Det avgivna friktionsvärdet kan visas på en icke visad indikator eller användas på annat lämpligt sätt.

I det följ ande beskrivs bromssystemet med den tidigare nämnda tilläggsutrustníngen.

Bromssystemet har nu även en styranordningi form av ett ABS-system. ABS-systemet har en hjulsensor 17, 19 och en ABS-modulator 12, 3 för varje hjul samt en reglerelektroniken- het 18. ABS-modulatorn 3 för hjulet 20 på framaxeln V är anordnad i tryckledningen mel- lan utgången för den tillhörande kretsen 4 i bromsventilen 7 och den tillhörande bromscy- lindern 1. ABS-modulatorn 12 för hjulet 16 på bakaxeln H är anordnad i tryckledningen mellan ALB 11 och den tillhörande bromscylindern 14. Hjulsensorerna 17, 19 är elektriskt anslutna till ingångar på reglerelektronikenheten 18, och ABS-modulatorernas 12 , 3 elek- triska styrdelar är anslutna till utgångar på reglerelektronikenheten 18. Dessa utgångar på reglerelektronikenheten 18 är även anslutna till hittills icke berörda ingångar på signalbehandlingskretsen 10. i Signalbehandlingskretsen 10 och reglerelektronikenheten 18 visas som separata en- heter, men är i regel konstruktivt och funktionsmässigt sammanförda till en kombinerad och integrerad enhet.

Hjulsensorerna 17, 19 tillför reglerelektronikenheten 18 rotationsvinkelsignaler. Med hjälp av dessa signaler kontrollerar reglerelektronikenheten om något av hjulen eller båda hjulen 16, 20 visar låsningstendens. Om reglerelektronikenheten 18 inte konstaterar någon låsningstendens avger den inga styrsignaler till ABS-modulatorerna 12, 3. Dessa står då öppna och tillåter det av bromsventilen 7 respektive av ALB 11 bestämda trycket att byg- gas upp i bromscylindrarna 14 och 1. Om reglerelektronikenheten 18 däremot konstaterar en låsningstendens avger den styrsignaler till den berörda ABS-modulatorn eller till ABS- modulatorema 12, 3, som då begränsar eller sänker trycket i den eller de berörda bromscylindrarna 14, 1 på sådant sätt att låsningstendensen elimineras. Därvid väljer reglerelektronikenheten 18 de till ABS-modulatorn eller ABS-modulatorerna 12, 3 avgivna styrsignalernas storlek och/eller tidsförlopp enligt inprogrammerade regleralgoritmer, som 10 15 20 25 30 35 40 520 891~ 6 skall säkerställa att ABS-systemet utnyttjar den tillgängliga friktionen effektivt och med låg förbrukning av tryckmedium. Även ABS-systemet och dess komponenter motsvarar så långt de hittills beskrivits till sin uppbyggnad och funktion och samverkan gängse utföranden, till exempel enligt den tidigare nämnda EP-A- 0 453 811.

Om ABS-systemet aktiveras under en bromsning, så att bromsningen blir ABS-regle- rad, blir det av signalbehandlingskretsen 10 enligt ekvation (XI) beräknade utnyttjade friktionsvärdet u även det tillgängliga friktionsvärdet.

De av reglerelektronikenheten 18 tillämpade regleralgoritmerna kan nu avpassas till det tillgängliga friktionsvärdet u genom en lämplig anpassning av reglerparametrarna, så att ABS-regleringen optimeras. I detta syfte har utgångarna på reglerelektronikenheten 18 som tidigare nälnnts förbundits med ingångar på signalbehandlingskretsen 10. I samma syfte måste en utgång, till exempel utgången 9, från signalbehandlingskretsen 10 vara förbunden med minst en ingång på reglerelektronikenheten 18, som samtidigt måste vara utformad så att den kan bearbeta signalerna på lämpligt sätt för att anpassa sin regleralgo- ritm. Genom den ovannämnda förbindelsen informeras signalbehandlingskretsen 10 om att reglerelektronikenheten 18 avger styrsignaler, dvs. att en ABS-reglering pågår, och avger då det tillgängliga friktionsvärdet u som sitt beräkningsresultat på en utgång till reglere- lektronikenheten 18.

De reglerparametrar i reglerelektronikenheten 18 som kan anpassas med ledning av det tillgängliga friktionsvärdet u kan till exempel vara referenshastigheten, tryckgradi- enterna eller hjulaccelerationsgränserna som används för att fastställa att en låsningsten- dens föreligger.

Nu antas att hjulen 16, 20 med de tillhörande hjulbromsarna 15, 21 och bromscylin- drama 14, 1 sitter på respektive axel V eller H på fordonets ena sida, till exempel dess högra sida, och att axlarna V, H är försedda med hjulbromsar och bromscylindrar även på fordonets andra sida, dvs. den vänstra sidan. Med index L för den vänstra sidan och R för den högra sidan och under förutsättning att hjulen, bromscylindrarna, hjulbromsarna och överföringsdelarna är lika på höger och vänster sida blir ekvationen (XI) i detta fall u:[AV-(pVL+pVR)-AH-(pHL+pHR)-K1]/ [K2 + (1 + Kl) - (AV - (pVL + pVR) + AH - (pHL + pHR)) - (h/1)] (XII) Det enligt (XII) beräknade friktionsvärdet u är medelvärdet av de mellan hjulen på fordo- nets högra sida och vägbanan och mellan hjulen på fordonets vänstra sida och vägbanan utnyttjade friktionsvärdena, dvs. 11 = (uL + 1111)/ 2 (XIII) I detta fall kan det på hjulen på fordonets ena sida fallande friktionsvärdet bestämmas genom att det enligt ekvation (XIII) beräknade friktionsvärdet u delas enligt förhållandet mellan summan av de på denna sida av fordonet verkande trycken och summan av de på den andra sidan av fordonet verkande trycken och att ekvationen (XIII) ordnas om och tillämpas. De tillhörande bearbetningsalgoritmerna som skall lagras i signalbehandlings- 10 15 20 25 30 520 891 kretsen 10 blir då pL = 21.1/ [1 + (pVL + pVR) / (pVR + pHR)] pR = 211/ [1 + (pVL + pHL) / (pVR + pHR)] (XIV) (XV) Alternativt kan det enligt (XII) beräknade friktionsvärdet u delas upp på fordonets sidor enligt förhållandet mellan summorna för de på fordonets sidor verkande bromskrafterna.

I detta fall ersätts trycken p i ekvationerna (XIV) och (XV) med de motsvarande broms- krafterna A-p.

När bromssystemet är kompletterat med en ABS-funktion är det väsentligt att be- stämma det på hjulen på en sida av fordonet fallande friktionsvärdet.

När de på fordonets båda sidor tillgängliga friktionsvärdena u skiljer sig åt kan det hända att ABS-systemet utlöses endast på den ena fordonssidan. Det med hjälp av ekvatio- nema (XIV) och (XV) erhållna resultatet för det tillgängliga friktionsvärdet p på denna fordonssida gör det även i detta fall möjligt att optimera ABS-regleringen enligt ovan.

Det skall särskilt påpekas att ekvationerna (XI), (XII), (XIV) och (XV) inte förutsätter någon kännedom om den momentana fordonsvikten G och de momentana axel- eller hjullas- tema GV och GH. De beskrivna förfarandena för att bestämma det sökta friktionsvärdet u och dettas uppdelning på fordonssidorna kan alltså genomföras utan användning av lastsensorer. De är därför särskilt lämpliga att använda vid fordon som i likhet med utföringsexempel inte har sådana lastsensorer. Andra fordon av detta slag är exempelvis sådana som har ett elektriskt styrt bromssystem (EBS), i vilket den stabilitetsoptimerande fördelningen av manöverenergin sker elektriskt/elektroniskt utan lastsensorer. De beskriv- na förfarandena är dock lämpliga att använda även vid EBS-system som i likhet med syste- met enligt de tidigare nämnda EP-A- 0 548 488 och US-A- 5 338 106 har en eller flera lastsensorer genom att de medger ett fristående utförande utan anpassning av EBS-elektro- niken och utan gränssnitt till denna.

Det i det föregående beskrivna utföringsexemplet är inte avsett att begränsa den i patentkraven angivna uppfinningen. Vidare kan uppfinningen tillämpas i alla bromssystem där de i patentkraven angivna särdragen kan genomföras. Inte minst kan uppfinningen även tillämpas i elektriskt styrda bromssystem, till exempel enligt de ovannämnda EP-A- 0 548 488 och US-A- 5 338 106. I dessa är det vanligt att ersätta ALB 11 i de anförda utföringsexemplen med en elektronisk, stabilitetsoptimerande eller approximativt stabilitetsoptimerande manöverenergifördelning.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 40 520 891 8 Patentkrav

1. Förfarande för att åtminstone ungefär bestämma det utnyttjade friktionsvärdet (u) mellan hjulen (16, 20) och vägbanan vid minst en bromsning vid ett fordon med två axel- grupper (H, V), som vardera har minst ett hjul (16 resp. 20), och med ett bromssystem som för det minst ett hj uleti varje axelgrupp har en med manöverenergi manövrerad hjulbroms (15 resp. 21) och som har en åtminstone approximativt stabilitetsoptimerande manöver- energifördelning, varvid med manöverenergi avses till exempel ett tryck eller motsvarande för elektrisk energi eller andra medier som åstadkommer en bromskraft när de tillförs till en hjulbroms, kännetecknal av att - a) vid studier i förväg bestäms fór fordon i användning - - aa) ett för slaget av fordon typiskt samband mellan lasten på den bakre axelgruppen (GH) och lasten på den främre axelgruppen (GV), - - ab) en för slaget av fordon typisk tyngdpunktshöjd (h), - b) vid den minst en bromsningen - - ba) mäts de momentana manöverenergierna (pV, pH), - - bb) beräknas det sökta friktionsvärdet (u) ur de momentana effektiva manöverener- gierna (pV, pH), hjulbromsfaktorerna (AV, AH), det under aa) angivna sambandet och det under ab) angivna värdet, - varvid hjulbromsfaktorerna på känt sätt är storheter som ger ett förhållande mellan den till en hjulbroms tillförda effektiva manöverenergin och den resulterande bromskraften mellan det tillhörande hjulet och vägbanan, och den effektiva manöverenergin är den manö- verenergi som återstår efter avdrag av reaktionssenergin.

2. Förfarande enligt kravet 1, varvid axelgrupperna (H, V) har minst ett hjul på var- dera fordonssidan och bromssystemet har en med manöverenergi manövrerad hjulbroms även för vart och ett av de ytterligare hjulen och lasten på varje axelgrupp fördelas likfor- migt på fordonssidorna, och varvid det enligt kravet 1 beräknade friktionsvärdet (u) är medelvärdet av de av hjulen på båda sidorna av fordonet utnyttjade friktionsvärdena, kännetecknal av att det på hjulen på den ena fordonssidan fallande friktionsvärdet (uL resp. uR) beräknas genom uppdelning av det beräknade friktionsvärdet (u) enligt förhållan- det mellan summan av de på den ifrågavarande sidan av fordonet verksamma manövere- nergierna (pVL + pHL resp. pVR + pHR) och summan av de på fordonets andra sida verk- samma manöverenergierna (pVR + pHR resp. pVL + pHL).

3. Förfarande enligt kravet 1, varvid axelgrupperna (H, V) har minst ett hjul på var- dera fordonssidan och bromssystemet har en med manöverenergi manövrerad hjulbroms även för vart och ett av de ytterligare hjulen och lasten på vaije axelgrupp fördelas likfor- migt på fordonssidorna, och varvid det enligt kravet 1 beräknade friktionsvärdet (u) är medelvärdet av de av hjulen på båda sidorna av fordonet utnyttjade friktionsvärdena, kännetecknat av att det på hjulen på den ena fordonssidan fallande friktionsvärdet (uL resp. uR) beräknas genom uppdelning av det beräknade friktionsvärdet (u) enligt förhållan- det mellan summan av de på den ifrågavarande sidan av fordonet uppträdande bromskraf- terna och summan av de på fordonets andra sida uppträdande bromskrafterna.