DE3301948A1

DE3301948A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der bremskraftverteilung

Info

Publication number: DE3301948A1
Application number: DE19833301948
Authority: DE
Inventors: Hans-Christof 6234 Hattersheim Klein
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1984-07-26
Also published as: FR2539687B1; SE8400149D0; IT1173090B; SE8400149L; GB8400621D0; CA1248160A; JPS59137245A; GB2136519A; GB2136519B; SE457785B; IT8419253A0; FR2539687A1; BR8400095A

Description

ALFRED TEVES GMBH ·"*: ·; _:**_; .: ."R'5^95

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der BremskraftVerteilung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Bremskraftverteilung auf die Vorderachse und die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von der statischen und dynamischen Achslastverteilung sowie von anderen von dem Abbremsverhalten abgeleiteten Meßgrößen, bei dem die für die Regelung verwendeten Meßgrößen mit Meßwertaufnehmern bzw. Sensoren ermittelt, elektronisch verknüpft und verarbeitet werden und bei dem der Bremsdruck auf die Hinterräder in Relation zu dem Bremsdruck auf die Vorderräder gesteuert wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Bremskraftverteiler zur Durchführung des Verfahrens, der mit Sensoren zur Ermittlung von für die Regelung der Bremskraftverteilung verwendbaren Meßgrößen, mit elektronischen Schaltungen zur Verknüpfung, Verarbeitung und Auswertung der Sensorsignale sowie zur Erzeugung der Ansteuersignale für einen oder mehrere Bremsdruckmodulatoren ausgerüstet ist.

Es ist bereits ein Bremskraftverteiler dieser Art bekannt, bei dem mit den Sensoren die statische Achslast-

ALFHb¹D TEVES GMUH .""_. .: .". .: .·?. .52*95

Verteilung bei stehendem Fahrzeug gemessen und in einen Mikrocomputer eingespeist wird, der unter Berücksichtig gung dieser Meßwerte nach einer eingespeicherten mathematischen Beziehung unter zusätzlicher Berücksichtigung des gemessenen Druckes im Vorderachs- und im Hinterachskreis die Bremskraftverteilung steuert (europäische Patentanmeldung EP-Al 062246). Dabei ist es von Nachteil, daß der tatsächliche Haftwert zwischen Fahrbahn und Rad an der Hinterachse und der Vorderachse auf die Bremskraftverteilung keinen Einfluß ausüben kann, weshalb, um die gefährliche Uberbremsung der Hinterachse'zu vermeiden, in den meisten Fällen der Beitrag der Hinterachse zur Abbremsung gering sein wird.

Die heute üblichen Bremskraftverteiler beschränken sich, auf eine fest eingestellte, druckabhängige Regelung. Lastabhängige oder verzögerungsabhängige Bremskraftregler sind ebenfalls in zahlreichen Varianten bekannt. Selbst mit hohem Montage- und Justieraufwand wird eine zufriedenstellende Anpassung höchstens in einem der beiden Grenzfälle "leer/beladen" erzielt, so daß in vielen Betriebszuständen die theoretisch mögliche Haftwertausnutzung an der Vorder- und Hinterachse nicht erreicht wird.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Bremskraftverteilung in Kraftfahrzeugen derart weiterzuentwickeln, daß in beiden Grenzfällen leer/beladen und bei jeder Abbremsung die Bremskraftverteilung in guter Annäherung der tatsächlichen statischen und dynamischen Achslastverteilung angepaßt ist. Auf die Realisierung

Α β

ALFRED TEVES GMBH * ; ·- ·". ·* ,*Έ *51$95

der Forderungen/ d.h. die Herstellung eines entsprechenden Bremskraftverteilers, mit vergleichsweise geringem Aufwand wurde ebenfalls Wert gelegt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe in überraschend einfacher Weise mit dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst werden kann. Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung und besonders zweckmäßige Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen erläutert.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß der Bremsschlupf an der Vorder- und an der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges zur Steuerung der Bremskraftverteilung bzw. zum Aufbau eines wirkungsvollen, relativ einfach zu realisierenden Bremskraftverteilers besonders geeignet ist. Die erforderlichen Meßgrößen lassen sich mit herkömmlichen Geschwindigkeitssensoren, aus deren Signale sich auch die Verzögerung und eine Referenzgeschwindigkeit ableiten läßt, sowie gegebenfalls mit einem zusätzlichen Sensor zur Messung der Translationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln. Mit elektronischen Schaltungen werden aus diesen Sensorsignalen, nachdem sie in herkömmlicher Weise aufbereitet und logisch verknüpft sind, Steuersignale für Magnetventile erzeugt, die unmittelbar den auf die Hinterachse wirkenden Anteil des Bremsdruckes steuern. Dadurch wird einerseits erreicht, daß Vorder- und Hinterräder annähernd gleichmäßig zu der Abbremsung des Fahrzeuges beitragen; andererseits wird sichergestellt, daß die Hinterräder erst nach den Vorderrädern blockieren können, was für die Fahrstabilität des Fahrzeuges von großer Bedeutung ist.

TKVL]S GMBH .". .j ^.'\ .: .-^-5^5 3 Q Q <j g ^ g

Weitere Vorteile und Anwendungsmoglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Details sowie von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch vereinfacht in Blockdarstellung eine Ausführungsart des Bremskraftverteilers nach der Erfindung,

Fig. 2 im Diagramm die Kraftschlußanstrengung über dem Bremsschlupf und über der Abbremsung bei einer Bremskraftverteilung der bekannten Art (Fig. 2 a) und bei Steuerung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 2 b),

Fig. 3 im Diagramm den zeitlichen Bremsdruckverlauf an Vorder- und Hinterrad bei Anwendung der Ausführungsart nach Fig. 1,

Fig. 4 in gleicher Darstellung wie in Fig. 3 den Bremsdruckverlauf gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung.

Fig. 5 in gleicher Darstellung wie Fig. 4 eine weitere Ausführungsart mit Druckbegrenzung bei Blockierbeginn und

Fig. 6 schematisch vereinfacht in Blockdarstellung eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Bremskraftverteilers mit diagonaler Bremskreisaufteilung.

ALFREDTEVESGMBH '■·*"?- .**...: .^.5£·?5 _ΑΛ_.

Nach der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart der Erfindung besteht der erfindungsgemäße Bremskraftverteiler im wesentlichen aus einem Regler 1/ mehreren Sensoren 2,3,4 und aus einem Bremsdruckmodulator 5, der sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem schnell schaltenden elektromagnetisch betätigten 2/2-Wegeventil 6 und einem Rückschlagventil 7 zum schnellen Abbau des Druckes beim Lösen der Bremse zusammensetzt.

Mit den Sensoren 2,3 wird das Raddrehverhalten an der Vorderachse ( Co „_n ) und an der Hinterachse ( co _un)

VK. HK

ermittelt. Hierzu kann z.B. in bekannter Weise jeweils ein induktiver Drehzahlsensor verwendet werden, wobei ein Sensor pro Achse in den meisten Fällen genügen dürfte. Zur Messung der Verzögerung des Fahrzeuges kann der Sensor 4 z.B in Form eines bekannten elektromechanischen Translationssensores ausgebildet sein. Eine entsprechende Referenzgeschwindigkeit kann jedoch auch mit Hilfe von Rad-Geschwindigkeitssensoren und geeignete Verknüpfung der Sensorsignale oder durch Mittelwertbildung der Messungen mehrerer Geschwindigkeitssensoren gebildet werden.

Die elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung und Verknüpfung der Sensorsignale und 'zur Erzeugung der Steuersignale für das Schaltventil 6 befinden sich in dem Schaltungsblock 1. Zur Bildung des Steuertaktes für das Schaltventil 6 kann auch ein Mikrocomputer in den Block 1 eingesetzt werden.

Das Schaltventil 6 gemäß Fig. 1 verbindet, solange es

ALFRED TEVES GMBH * : *; : · ·· .'£>-ΐ^ίθδ «ΟΠΙΟ/Ο

■ JU I <D 4 ο

- 10 -

stromlos ist, den hydraulischen Vorderradkreis VR mit dem Hinterradkreis HR der Bremsanlage. Zur Verringerung des auf die Hinterachse entfallenden Bremskraftanteils wird das Ventil 6 pulsweise geschlossen, was nachstehend anhand der Figg. 3 und 4 näher erläutert wird.

Die bisher bei der Auslegung der Bremskraftverteilung als konstant angenommenen Bremsen-Kennwerte unterliegen in der Praxis erheblichen Änderungen, z.B. infolge von Fertigungstoleranzen im Reibwert, durch Alterung, Verschmutzung, Temperaturänderungen usw.. Dies hat zur Folge, daß die tatsächliche Kennlinie der Bremskraftverteilung von der vorausberechneten erheblich abweichen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese änderungen jedoch berücksichtigt, weil der der wirklichen Haftwertanstrengung proportionale Reifenschlupf %~ oder die aus dem Reifenschlupf abgeleiteten Me'ßgroßen zur Steuerung der Bremskraftverteilung ausgewertet werden. Figg. 2 a und 2 b veranschaulichen diese Wirkungsweise und den erreichten Fortschritt.

Für herkömmliche Bremskraftverteiler mit fest abgestimmter Bremskraftverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse gilt das Diagramm nach Fig. 2a. Bei einer Abbremsung von z.B. ζ = 0,3, wie dargestellt, ergibt sich für die Vorderachse VR eine Kraftschlußanstrengung von f„ = 0,46, für die Hinterachse HR dagegen nur eine

VK

Kraftschlußanstrengung von f_DT,= 0,19. Die entsprechen-

Π.Κ

den Arbeitspunkte auf der Haftwert/Schlupfkurve - das ist der rechte Teil der Fig. 2 a - liegen daher erheblich auseinander. Der Beitrag der Hinterachse zur Abbremsung ist also relativ gering.

ALFRED TEVES GMBH ·"; ·· P £*2#5>: Q *3«fi ΐ QAR

Bei einer Bremskraftverteilung gemäß der erfindungsgemäßen Lehre bzw. bei Verwendung eines Bremskraftverteilers der erfindungsgemäßen Art, wie er anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, tragen beide Achsen nahezu gleichmäßig zur Abbremsung bei, weil der Bremsdruckanteil an den Hinterrädern derart geregelt wird, daß die Kraftschlußanstrengung an der Hinterachse nur um den vorgegebenen Wert von wenigen Prozent, vorzugsweise 3 bis 15 %, unter der Kraftschlußanstrengung an der Vorderachse liegt. Bei einem vorgegebenen Hauptzylinderdruck wird daher der Bremsweg erheblich kürzer, weil die Hinterräder, insbesondere bei kleineren Abbremsungen, stärker herangezogen werden.

Wie bereits bei Beschreibung der Ausführungsart nach Fig. 1 angedeutet wurde, läßt sich die Variation des Bremsdruckanteils auf die Hinterachse in besonders einfacher Weise und dennoch sehr genau und feinstufig durch getaktete Ansteuerung des Schaltventils 6 erreichen. Dadurch ergibt sich, wie die Figuren 3 bis 5 zeigen, ein gepulster Anstieg des Druckes p„_D an den Rädern der

nJK

Hinterachse. Durch Variation des Impulspausenverhältnisses der aus den Schaltungsblock 1 dem Schaltventil 6 zugeführten Schaltsignale und somit der Schaltstellung "Durchgang/Unterbrechung" läßt sich erreichen, daß sich die gewünschte Aufteilung des Bremsdruckes auf die Vorderachse und Hinterachse einstellt.

Der zeitliche Verlauf des Bremsdruckes p„_n an der Vor-

VK

derachse zu dem Bremsdruck p_UT1 an der Hinterachse ge-

HK

maß Darstellung in Fig. 3 gilt vorzugsweise für Fahrzeu-

ALFRED TEVES GMBH .**. .: P S285.

ge; die an der Vorderachse mit Scheibenbremsen, an der Hinterachse mit Trommelbremsen ausgerüstet sind. Es empfiehlt sich nämlich bei solchen Bremsanlagen/ zur Abkürzung des Anlegevorganges der Trommelbremse bei Bremsbeginn für eine kurze Zeit t.. unverzögert auch einen begrenzten Druckaufbau an der Hinterachse zuzulassen und erst danach eine Druckhaltephase t„ vorzusehen, bevor der weitere pulsierende Druckaufbau an der Hinterachse erfolgt.

Bei Fahrzeugen mit gleichartigen Bremsen an Vorder- und Hinterachse ist dagegen eine Steuerung des Druckanstiegs gemäß Fig. 4 vorzuziehen. Der Vorderraddruck p_VR steigt wiederum proportional zur Pedalkraft linear an. Der Druck p„_R an den Hinterrädern, der auch hier pulsierend aufgebaut wird, folgt dagegen dem Vorderraddruck zeitlich versetzt und erreicht seinen Beharrungswert, der von der Elektronik entsprechend den gewählten Kriterien bestimmt wird, erst zum Zeitpunkt t„.

Ferner läßt sich nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung, die Fig. 5 veranschaulicht, die Elektronik dahingehend auslegen, daß bei Erkennung einer Blockiergefahr an den Vorderrädern zum Zeitpunkt t_A - d^vies ist der Zeitpunkt des Blockierbeginns - ein weiterer Anstieg des Druckes p_UT. an der Hinterachse über ρ_οηο hinaus

HK XiKvJ

verhindert wird. Eine Blockierneigung oder Blockiergefahr läßt sich z.B. elektronisch aus der mit den Sensoren 2,3 gemessenen Geschwindigkeitsänderung bzw. der Radverzögerung ableiten; überschreiten diese Meßwerte einen oberen Schwellwert, kann dies als Blockierbeginn interpretiert werden.

ALFRED TEVES GMBH ·**· ~ P -52.95: 3 3"0 19

Wenn der Anstieg des Hinterraddruckes, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, hinter dem Vorderraddruck zurückgehalten wird, läßt sich durch die Begrenzung des Druckanstieges an der Hinterachse bei Erkennen der Blockierneigung an den Vorderrädern in sehr vielen Fällen ein Blockieren der Hinterräder verhindern. Die Logik entscheidet nämlich folgerichtig, den weiteren Druckaufbau an der Hinterachse zu unterbinden. Da der Druckaufbau an der Hinterachse, wie schon beschrieben, zeitlich versetzt dem Druck an der Vorderachse folgt, ist zu diesem Zeitpunkt das Hinterrad noch vom Maximum der Haftwert-Schlupfkurve entfernt, kommt also mit Sicherheit nicht zum Blockieren. Im Hinblick auf die Spurstabilität des Fahrzeugs ist diese Variante des erfindungsgemäßen Bremsschlupfreglers von großer Bedeutung.

Bei dem in Fig. 6 symbolisch dargestellten, mit dem erfindungsgemäßen Bremskraftregler ausgerüsteten Fahrzeug sind zwei hydraulische Bremskreise vorgesehen, die diagonal auf die Räder aufgeteilt sind. An einem von dem Fußpedal 8 betätigten Tandem-Hauptzylinder 9 führt der hydraulische Anschluß 10 unmittelbar zu dem Radbremszylinder des rechten Vorderrades ^v _recnts ^und über ein Kugel-Trennventil 12 zu dem linken Hinterrad H,. . . In gleicher Weise führt der zweite Bremskreis über den Anschluß 11 direkt zum linken Vorderrad V,. . sowie über ein elektromagnetisches Trennventil 13 zum rechten

Hinterrad H ,. . Dem Magnetventil 13 ist ein Rückrechts

schlagventil 14 zum schnelleren Druckabbau beim Lösen der Bremse parallel geschaltet.

ALFRED TEVJDS GMBH

.··. .: ρ 5-255,;

- 14 -

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Pig. 6 entspricht derjenigen nach Fig. 1. Einer zentralen elektronischen Verknüpfungsschaltung 15, die hier einen Mikroprozessor enthält, werden dem Drehverhalten der Hinterräder entsprechende Signale, die von den Sensoren 16,17 aufgenommen werden, sowie ein der mittleren Vorderradgeschwindigkeit entsprechendes Signal eines Sensors 18 und schließlich ein mit Hilfe eines Sensors 19 erzeugten Verzögerungssignal zugeführt. Der Sensor 18 sitzt in diesem Falle an einem Ausgleichsgetriebe 20, über das die Vorderräder angetrieben werden.

Bei Betätigung der Bremse über das Pedal 8 wird unmittelbar der Druck an den beiden Vorderrädern erhöht. Sobald das Magnetventil 13 angesteuert bzw. erregt und umgeschaltet wird, kann der Druckaufbau im Hinterrad ^Hrechts beginnen. Gleichzeitig wird über den von dem Magnetventil 13 zum Kugelventil 12 führenden hydraulischen Anschluß der Steuerkolben dieses Ventils verschoben und dadurch das Hinterrad H,. . an den zweiten Bremskreis angeschlossen.

Anstelle des Kugelventils 12 kann ein zweites Magnetventil verwendet werden, das dann ebenfalls von dem Schaltungsblock 15 angesteuert und zweckmäßigerweise parallel zum Magnetventil 13 betrieben wird.

Ferner dürfte es in vielen Fällen gunstig sein, sowohl das Magnetventil 13 als auch das Kugelventil 12 als integrale Bestandteile des Tandemhauptzylinders 9 auszubilden.

Claims

Patentansprüche

^Verfahren zur Steuerung der Bremskraftaufteilung auf 'die Vorderachse und die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von der statischen und dynamischen Achslastverteilung sowie von anderen von dem Abbremsverhalten abgeleiteten Meßgrößen, bei dem die für die Steuerung verwendeten Meßgrößen mit Sensoren ermittelt/ elektronisch verknüpft und verarbeitet
werden und bei dem mit Hilfe von Modulatoren der
Bremsdruck auf die Hinterräder in Relation zu dem
Bremsdruck auf die Vorderräder gesteuert wird, dadurch gekenzeichnet , daß das Raddrehverhalten an der Vorderachse und an der Hinterachse
sowie die Längsverzögerung des Fahrzeugs direkt oder indirekt gemessen und daraus der Bremsschlupf ( λ- ) an den Vorder- und an den Hinterrädern bzw. dem
Bremsschlupf proportionale Meßwerte ermittelt werden, und daß mit Hilfe der Steuerung und der zugehörigen Bremsdruckmodulatoren der Bremsschlupf der
Hinterräder auf etwa 70 bis 100 % des Bremsschlupfes der Vorderräder begrenzt wird, indem durch die
Bremsdruckmodulation an den Hinterrädern die Kraftfl'Ußanstrengung (f_Trr)) an den Hinterrädern auf 80

VK

bis 100 %, vorzugsweise 85 bis 97 %, der Kraftschlußanstrengung (f_uri)an den Vorderädern einge-

tln

stellt wird.

ALFRRD TEVIiS GMBH -¹"- .: ."·. .: "P *SÄ95
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kenzeichnet, daß nach Einsetzen der Blockierneigung der Vorderräder der Bremsdruck an den Hinterrädern konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kenzeichnet , daß beim Ansteigen des Bremsdrucks der Bremsdruck (p_or,)an den Hinterra-

HK

dern- um einige Millisekunden verzögert dem Bremsdruck (ρ,_7Ώ) an den Vorderrädern folgt.

VK
4. Bremskraftverteiler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Sensoren zur Ermittlung von für die Steuerung der Bremskraftverteilung verwendbaren Meßgrößen, mit elektronischen Schaltungen zur Verknüpfung, Verarbeitung und Auswertung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Steuersignalen sowie mit einem oder mehreren Modulatoren zur Steuerung des Bremsdruckes an der Hinterachse in Abhängigkeit von dem Bremsdruck an der Vorderachse und von den Sensorsignalen, dadurch gekenzeichn e t , daß die Sensoren (2,3,16,17,18) zur Messung des Raddrehverhaltens {tv _ττπ/ &wn) ^an der Vo-rder-

VK nK

achse (VR) und an der Hinterachse (HR) ausgebildet sind und daß mit Hilfe des"Modulators (5) der Bremsdruck (p_uij an den Hinterrädern derart steuerbar ist, daß die Kraftschlußanstrengung (f_ur)) ^{an den} Hinterrädern, solange die Vorderräder nicht blockieren, 80 bis 100 %, vorzugsweise 85 bis 97 % der Kraftschlußanstrengung (f_T7t)) an den Vorderrädern

VK

beträgt.

ALFRED TEVES GMBH .". *l .··. .: ,-P »5.3.95

Brem'skraftverteiler nach Anspruch 4, dadurch g e kenzeichnet, daß zusätzlich ein Sensor (4) zur Messung der Längsverzögerung (-b) des Fahrzeugs vorgesehen ist, dessen Ausgangssignale mit den Signalen von der Vorderachse (VR) und der Hinterachse (HR) in der elektronischen Schaltung (1) verknüpfbar sind.

Bremskraftverteiler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenzeichnet , daß der Modulator (5) im wesentlichen aus einem schnell schaltenden, elektromagnetisch betätigten 2/2-Wegeventil (6,13) besteht, das im stromlosen Zustand den hydraulischen Vorderradkreis (VR) mit dem Hinterradkreis (HR) verbindet und nach Erregung unterbricht..

Bremskraftverteiler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenzeichnet , daß der Modulator (5) ein schnell schaltendes, elektromagnetisch betätigtes 2/2-Wegeventil (6) enthält, das im erregten Zustand den hydraulischen Vorderradkreis (VR) mit dem Hinterradkreis (HR) verbindet und im stromlosen Zustand die Verbindung unterbricht.

Bremskraftverteiler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenzeichnet , daß die elektronische Schaltung (1,15) zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Erzeugung der Steuersignale, d.h. der Ansteuersignale des Modulators (5), als wesentlichen Bestandteil einen Mikroprozessor enthält.

ALFRED TEVES GMBH .'"- -I _". - -P .5235

Bremskraftverteiler nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenzeichnet, daß dieser in einem hydraulischen Zweikreis-Bremssystem mit diagonaler Bremskraftaufteilung eingesetzt ist, wobei die Verteilung des Bremsdruckes in einem ersten Bremskreis (V_link£J, ^H _rechts) mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten, in Abhängigkeit von dem Bremsschlupf gesteuerten 2/2-Wegeventil (13) und in dem zweiten Bremskreis (^v _rech_ts' ^Hiinks^ ^mit Hilfe eines in Abhängigkeit von dem Bremsdruck im Hinterradkreis des ersten Bremskreises (V,. . , H .. ) hydraulisch gesteuerten Kugel-Trennventils (12) veränderbar ist.