DE3624007A1 - Bremsdruckregelsystem fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Bei den bekannten Methoden der Bremsdruckregelung zur Verbesserung des Bremswegs und der Fahrzeugstabilität und -beherrschbarkeit während des Bremsvorgangs wird im allgemeinen nur das Verhalten der einzelnen Räder in Betracht gezogen, ohne die Bewegungen des Fahrzeugs und die Lenkein­ flüsse des Fahrers direkt zu messen und auf die Bremsdruckregelung zu­ rückzuführen. Dadurch ist nicht immer ein der Situation optimal angepaßtes Regelverhalten gegeben.

Je nach der Anzahl der unterschiedlich und unabhängig voneinander modulier­ baren Bremsdrücke an den einzelnen Rädern kann dabei bei Kraftfahrzeugen mit vier Rädern unterschieden werden zwischen Ein-, Zwei-, Drei- und Vier­ kanal-Lösungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des Anspruch 1 wird ein zwar einfaches, aber ein gutes Regelverhalten aufweisendes Bremsdruckregel­ system geschaffen, das durch die Ausgestaltung und Weiterbildungen der Unteransprüche in verschiedener Hinsicht verbessert wird.

Die Fahrzeugverzögerung (direkt gemessen oder durch Differentiation aus der Fahrzeuggeschwindigkeit) ist ein geeignetes Maß, um den Bremsweg zu opti­ mieren, indem der Bremsdruck bzw. die Bremsdrücke so geregelt werden, daß sich ein Maximum der Verzögerung einstellt. Dieser Maximierung werden Maß­ nahmen zur Sicherstellung von Fahrzeugstabilität und -beherrschbarkeit überlagert werden.

Die im Anspruch 3 erwähnte Gierbeschleunigung bzw. -geschwindigkeit ist dabei als Maß für die Fahrzeugstabilität anzusehen. Sofern der Fahrer nicht lenkt, deutet eine Abweichung dieser Größen von Null auf instabiles Fahr­ zeugverhalten hin, d. h. das Fahrzeug beginnt sich zu drehen.

Bei einer Berücksichtigung des Lenkwinkels bzw. der Lenkwinkelgeschwindig­ keit gemäß Anspruch 2 können Gierbeschleunigung und -geschwindigkeit zur Beurteilung der Fahrzeugbeherrschbarkeit herangezogen werden, da sich im Idealfall ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit und -geometrie abhängiger Zu­ sammenhang zwischen diesen Größen ableiten läßt. Größere Abweichungen da­ von deuten auf unzureichende Beherrschbarkeit hin, d. h. das Fahrzeug rea­ giert nicht in der vom Fahrer gewünschten Weise auf Lenkbewegungen.

Wenn ein Mangel an Stabilität oder Beherrschbarkeit festgestellt wird, dann können diese Größen auf verschiedene, von der Systemkonfiguration abhängi­ gen Arten verbessert werden, im allgemeinen durch eine geeignete Brems­ druckabsenkung an einem, mehreren oder allen Rädern. Dadurch stellen sich die davon betroffenen Räder auf niedrigere Schlupfwerte ein und die über­ tragbare Seitenführungskraft wird erhöht.

Wenn die Gierbeschleunigung bzw. -geschwindigkeit nicht gemessen wird, kann auch ohne diese Rückkopplung eine Verbesserung der Beherrschbarkeit er­ reicht werden, indem bei größeren Lenkwinkeln und Lenkwinkelgeschwindig­ keiten auf die im vorigen Abschnitt beschriebene Art und Weise gesteuert Bremsdruck abgebaut wird.

Durch Messungen einer oder mehrerer Querbeschleunigungen oder Quergeschwin­ digkeiten (z. B. vorne und hinten im Fahrzeug) werden ähnliche Verbesserun­ gen ermöglicht wie durch Messung der Gierbeschleunigung bzw. -geschwindig­ keit.

Die Radgeschwindigkeiten und -beschleunigungen können benützt werden, um be­ reits bekannte oder neue Methoden der Radregelung ("ABS") mit Methoden der vorliegenden Fahrzeugregelung zu kombinieren oder sie können als Hilfsmeß­ organe zur Unterstützung der Fahrzeugregelung herangezogen werden. Dazu genügt z. T. bereits das ohnehin vorhandene Tachometersignal, mit dem z. B. festgestellt werden kann, ob die Räder an der sensierten Achse blockieren.

In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau des Bremsdruckregelsystems,

Fig. 2 Diagramme zu Erläuterung,

Fig. 3 Diagramme zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 Diagramme zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 Diagramme zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels.

Als einfachste Realisierung wird anhand der Fig. 1 eine Einkanal-Konfigu­ ration mit Meßaufnehmern für den Lenkwinkel 1, die Fahrzeugbeschleuni­ gung in Längsrichtung 2 und die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs 3 be­ schrieben. In einem Schaltgerät 4 auf Microprozessorbasis werden durch eine Verknüpfung Stellsignale für einen Druckmodulator 5 berechnet. Der Druckmo­ dulator, z. B. ein modulierbarer Bremskraftverstärker, kann den Druck in beiden Bremskreisen synchron ändern. Entsprechend der serienmäßigen Aus­ stattung des Fahrzeugs können Vorrichtungen vorhanden sein, die ein geeig­ netes Bremsdruckverhältnis zwischen Vorder- und Hinterachse einstellen. Das können z. B. ein oder zwei lastabhängige Bremsdruckminderer 6 sein. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß sich die komplette Anlage, außer dem Meßwertaufnehmer für den Lenkwinkel, in einem Block zusammenfassen läßt, welcher einen bereits vorhandenen Bremskraftverstärker ersetzen kann, ohne daß weitere Änderungen an der Bremsanlage des Fahrzeugs notwendig sind.

Da die Messungen z. B. durch Nickbewegungen des Fahrzeugs und unebene Fahr­ bahnen gestört sind, müssen sie zunächst durch geeignete Filteralgorithmen aufbereitet werden.

Gemäß einem ersten Reglerkonzept versucht der Regler bei kleinem Lenkwinkel, kleiner Lenkwinkelgeschwindigkeit und im Mittel kleiner Gierbeschleunigung die Längsverzögerung zu optimieren. Dazu wird ständig die Änderung der Ver­ zögerung beobachtet. Wenn bei Druckaufbau die Steigung der Verzögerung ge­ gen Null geht, dann kann davon ausgegangen werden, daß sich die Räder dem Maximum der Schlupfkurve nähern, bei dem die auf die Straße übertragbare Kraft in Längsrichtung am größten ist.

Fig. 2 zeigt die Verläufe der Fahrzeugverzögerung und des Schlupfs je eines Vorder- und eines Hinterrades, wenn der Bremsdruck und damit das Brems­ moment stufenweise erhöht wird. Das Bremsmomentverhältnis zwischen Vorder­ und Hinterrädern ist bei diesem Beispiel konstant 2:1. (Fahrzeugverzögerung v = - Fahrzeugbeschleunigung a)

Ein typischer Regelvorgang auf homogener Fahrbahn wird in Fig. 3 gezeigt. Der Regler erhöht zunächst solange den Bremsdruck, bis die Steigung der Fahrzeugverzögerung einen vorgegebenen Wert unterschreitet (t₁). Anschlies­ send wird der Druck gehalten, bis die Fahrzeugverzögerung abnimmt (t ₂). Dann wird wieder Druck aufgebaut.

Wenn nach einer vorgegebenen Mindestdruckaufbauzeit die Fahrzeugverzögerung nicht zugenommmen hat, kann man davon ausgehen, daß sich die Räder im Be­ reich des Maximums der Schlupfkurve befinden oder dieses bereits überschrit­ ten haben. Der Regler baut dann (t ₃) den Bremsdruck um einen z. B. von der Fahrzeugverzögerung abhängigen Betrag gepulst ab und überprüft anschließend durch eine Druckaufbauphase (t ₄), ob die Verzögerung bei Druckaufbau wieder zunimmt, d. h. ob sich Räder im stabilen Bereich links vom Maximum der Schlupfkurve bewegen. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die ge­ messene Fahrzeugverzögerung nach der Druckaufbau-Testphase wieder zugenom­ men hat.

Um zu erkennen, wann die Regelung zum ersten Mal eingreifen muß, sollte als Hilfsmeßgröße ständig der Bremsdruck gemessen werden. Nur so kann erkannt werden, ob Änderungen in der Fahrzeugverzögerung nicht durch Pedal­ druckänderungen des Fahrers hervorgerufen werden. Außerdem muß bekannt sein, ob Druckaufbaubefehle überhaupt eine wesentliche Druckänderung be­ wirken, oder ob der Bremsdruck nicht bereits das Niveau des durch den Fahrer vorgegebenen Vordrucks erreicht hat.

Bei langsamer stationärer Kreisfahrt gilt für den Zusammenhang zwischen Lenkwinkel und Giergeschwindigkeit näherungsweise folgende Beziehung:

Die Beziehung und ihre zeitliche Ableitung können zur Beurteilung von Stabilität und Beherrschbarkeit herangezogen werden.

Der Regler kann bei größeren Abweichungen durch zusätzlichen Druckabbau stabilität und Beherrschbarkeit des Fahrzeugs verbessern, indem durch den Druckabbau der Radschlupf gesenkt und damit die Seitenführungskraft erhöht wird.

Dazu werden die Abweichungen (Gierbeschleunigung) aufsummiert und wenn die Summe einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird zwangsweise Druck abgebaut und der Summenwert wird wieder Null gesetzt.

Eine zweite Möglichkeit, den Bremsdruck zu regeln, wenn die Notwendigkeit dazu erkannt worden ist, wird anhand der Fig. 4 beschrieben.

Der Regler läßt zunächst einen schnellen Druckaufbau zu, bis die Steigung der Fahrzeugverzögerung einen vorgegebenen Wert unterschreitet (t ₅). Dann wird der Druck gehalten, bis sich die Verzögerung nur noch wenig ändert. Anschließend (t ₆) folgt ein Druckaufbaupuls vorgegebener Länge. Dieser Wechsel aus Druckaufbau und Druckhalten wird solange wiederholt, bis die Fahrzeugverzögerung nach dem Druckaufbaupuls nur noch wenig zugenommen hat (t ₇). Man kann nun davon ausgehen, daß sich mehrere Räder im Bereich des Maximums der Schlupfkurve bewegen oder dieses bereits überschritten haben.

Um die Seitenführungskraft zu erhöhen baut der Regler nun (ab t ₇) Druck ab, bis weitgehend sichergestellt ist, daß sich wieder Räder im stabilen Bereich links vom Maximum der Schlupfkurve bewegen. Das wird durch eine plötzliche, starke Abnahme der Fahrzeugverzögerung (t ₈) erkannt. Um einen zu großen Bremskraftverlust zu vermeiden, baut der Regler nun sofort wieder Druck auf, bis die Verzögerung wieder etwa konstant ist.

Dieser Vorgang wird ständig wiederholt.

Zur Sicherstellung von Fahrzeugstabilität und -beherrschbarkeit wird ständig ein Kriterium aus Giergeschwindigkeit und Lenkwinkel gebildet. Die Giergeschwindigkeit kann, sofern sie nicht direkt gemessen wird, durch Integration der Gierbeschleunigung berechnet werden. Abhängig von diesem Kriterium werden nun zwei Umschaltschwellen so geändert, daß das Druck­ niveau während der Regelung mehr oder weniger abgesenkt wird, so daß die Seitenführungskraft verbessert wird, Räder am Blockieren gehindert oder Bremskraftdifferenzen zwischen linker und rechter Fahrzeugseite verringert werden.

Ein typischer Regelvorgang auf homogener Fahrbahn wird anhand der Fig. 5 bei einem dritten Reglerkonzept beschrieben. Dort ist der Druckverlauf mit p, die Fahrzeugverzögerung mit a, die Ableitung da/dt und zwei Grenzen für da/dt eingezeichnet.

Nach einem nicht gezeigten Druckaufbaupuls fester oder variabler Länge wird gewartet, bis die Ableitung der gefilterten Fahrzeugbeschleunigung (da/dt) einen Minimalwert annimmt. Nun wird aus der gemessenen Höhe des Drucksprungs eine Grenze berechnet, die von da/dt unterschritten werden muß, damit ein weiterer Druckaufbau und Druckaufbauimpuls folgen kann (t₁₀).

Dieser Wechsel aus Druckaufbau und Druckhalten wird solange wiederholt, bis die Fahrzeugverzögerung nach dem Druckaufbaupuls nur noch wenig zugenommen hat. Man kann nun davon ausgehen, daß sich mehrere Räder im Bereich des Maximums der Schlupfkurve bewegen oder dieses bereits überschritten haben.

Durch die Wahl der Grenze kann in gewissem Maße festgelegt werden, ob das Blockieren von einem oder mehreren Rädern akzeptiert wird. Wenn die Unter­ grenze für da/dt nach einem Druckaufbaupuls nicht unterschritten wurde (t₁₁), dann baut der Regler, um die Seitenführungskraft zu erhöhen, Druck ab, bis weitgehend sichergestellt ist, daß sich wieder Räder im stabilen Bereich links vom Maximum der Schlupfkurve bewegen. Das wird durch eine plötzliche, starke Abnahme der Fahrzeugverzögerung erkannt, d. h. da/dt überschreitet eine vorgegebene Obergrenze (t ₁₂). Nun kann sofort wieder Druck aufgebaut werden, und der ganze Vorgang wiederholt sich.

Auch hier wird zur Sicherstellung von Fahrzeugstabilität und -beherrschbar­ keit ständig ein Kriterium aus Giergeschwindigkeit und Lenkwinkel gebildet. Die Giergeschwindigkeit kann, sofern sie nicht direkt gemessen wird, durch Integration der Gierbeschleunigung berechnet werden.

Die Festlegung, ob der Regler bei einer Bremsung eingreifen soll oder nicht, geschieht unter Zuhilfenahme des Tachosignals.

Zusammen mit der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung wird eine Referenzge­ schwindigkeit gebildet. Sinkt während einer Bremsung die Tachogeschwindig­ keit um einen bestimmten Betrag unter die Referenzgeschwindigkeit, dann beginnt der Regelzyklus und es wird zunächst Druck abgebaut.

Der Regler beendet seine Funktion u. a. wenn die Referenzgeschwindigkeit sich Null nähert oder wenn kein Druckaufbau mehr möglich ist, weil der mo­ dulierte Druck den vom Fahrer vorgegebenen Vordruck fast erreicht hat.

Das neuartige dieser Anordnung ist, das hier nicht das Verhalten der ein­ zelnen Räder beobachtet und geregelt wird, sondern das Verhalten des ge­ samten Fahrzeugs. Dabei wird durchaus in Kauf genommen, daß einzelne Räder blockieren. Auf homogener Fahrbahn bei Geradeausfahrt können das gelegent­ lich die Vorderräder sein, bei Kurvenfahrt sind es die kurveninneren Räder, bei unterschiedlichen Reibbeiwerten auf den Fahrzeugseiten sind es die Räder auf dem niedrigeren Reibbeiwert. Da bei Kurvenfahrt und unterschiedli­ chem Reibbeiwert die blockierenden Räder aber ohnehin nur kleinere Seiten­ führungskräfte übertragen könnten, auch wenn sie mitrollen würden, bringt ein Blockieren keinen allzu großen Nachteil. In vielen Fällen ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Beherrschbarkeit, wenn die noch rollenden Räder nicht um das Bremskraftoptimum, sondern bei niedrigeren Schlupfwerten geregelt werden. Der Regler ist im Vergleich zu 3- oder 4-Kanalreglern ein­ fach und preiswert.

Durch die Hinzunahme weiterer Sensoren oder Stellglieder kann eine weitere Verbesserung des Bremsverhaltens erzielt werden, z. B. durch eine Brems­ drucksenkung an einzelnen Rädern.

Claims (14)

1. Bremsdruckregelsystem für Fahrzeuge, bei dem unter Verwendung eines Fahrzeugverzögerungsgebers der Bremsdruck geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsdruckaufbau gestoppt wird, wenn die Steigung der Fahrzeugverzögerung (da/dt) einen vorge­ gebenen kleinen Wert erreicht.

2. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wert bei Kurvenfahrt (Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwin­ digkeit) erhöht wird.

3. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß dieser Wert bei instabilem Fahrzeugverhalten erhöht wird (Giergeschwindigkeit, Gierbeschleunigung, Querbeschleunigung).

4. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsdruck nach Erreichen des vorgegebenen Werts konstant gehalten wird.

5. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Abnahme der Fahrzeugverzögerung (negative Steigung) Druck abgebaut wird.

6. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abbau über eine vorgegebene Zeit erfolgt.

7. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann geprüft wird, ob die Fahrzeugverzögerung zugenommen hat und gegebenenfalls weiter Druck abgebaut wird.

8. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zunahme der Fahrzeugverzögerung Druck­ aufbauimpulse erzeugt werden und dabei überprüft wird, ob sich die Fahrzeugverzögerung erhöht.

9. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck nach der Konstanthaltungsphase in Stufen solange erhöht wird, bis sich die Fahrzeugverzögerung nur noch wenig er­ höht, daß danach Druck abgebaut wird, bis die Fahrzeugverzögerung stark zunimmt, und daß dann erneut Druck aufgebaut wird.

10. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei gepulstem Bremsdruckaufbau nach jedem Druckimpuls geprüft wird, ob eine vorgegebene Untergrenze für da/dt erreicht wird und daß nur wenn dies der Fall ist weiter Druck aufgebaut wird.

11. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Grenze variabel ist und vorzugsweise von der Höhe des Druckimpulses abhängt.

12. Bremsdruckregelsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß, wenn die Untergrenze nicht erreicht wird, Druck abgebaut wird, bis eine vorgegebene Obergrenze für da/dt über­ schritten wird und daß danach wieder Druck aufgebaut wird.

13. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsdruck als Hilfsmeßgröße gemessen wird.

14. Bremsdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung einsetzt, wenn die Tachogeschwin­ digkeit unter eine mit Hilfe der Fahrzeugverzögerung gewonnenen Referenzgeschwindigkeit in einem vorgegebenen Maß absinkt.