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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Bremssteuersysteme und -verfahren
und insbesondere auf Verlangsamung basierende Antirutsch-Bremssteuervorrichtungen
und auf Verlangsamung basierende Verfahren.
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Technischer Hintergrund
der Erfindung
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Antirutsch-Bremssteuervorrichtungen
finden seit vielen Jahren breite Anwendung. Im einfachsten Sinn
vergleicht eine Antirutsch-Bremssteuervorrichtung die von einem
Radgeschwindigkeitssensor abgeleitete Geschwindigkeit eines Fahrzeugs
(z.B. eines Kraftfahrzeugs, Flugzeugs etc.) mit der von einer Sekundär- oder
Referenzquelle abgeleiteten Geschwindigkeit. Falls festgestellt
wird, dass das Rad übermäßig rutscht,
wird der auf das Rad ausgeübte Bremsdruck
gelöst,
und dem Rad wird die Wiederaufnahme seiner Drehbewegung erlaubt,
bis die korrekte Geschwindigkeit erreicht ist.
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Ein
fundamentales Problem, das bei praktisch sämtlichen Antirutsch-Bremssteuervorrichtungen
auftritt, betrifft das Bestimmen des korrekten Maßes des
Rutschens. Bei zwei Typen von Steuervorrichtungen, die allgemein
bekannt sind, werden unterschiedliche Techniken angewandt. Der erste
Typ von Antirutsch-Steuervorrichtung arbeitet auf Basis der Verlangsamung.
Kurz ausgedrückt
differenziert die auf der Verlangsamung basierende Steuervorrichtung
die Radgeschwindigkeit, um festzustellen, wie schnell sich die Radgeschwindigkeit
verändert. Falls
sich das Rad zu schnell verlangsamt, wird angenommen, dass ein übermäßiger Rutscheffekt
besteht, und die Steuervorrichtung verkleinert den Betrag des auf
den Bremsen zugeführten
Drucks.
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Ein
zweiter Typ einer Antirutsch-Bremssteuervorrichtung beruht auf einem
Model der μ-Schlupf-Kurve,
welche die Eigenschaften der Reibung zwischen Reifen und Straßenoberfläche beschreibt.
Die Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit
wird als Schlupfgeschwindigkeit bezeichnet. Die Schlupfgeschwindigkeit
wird mit einem vordefinierten Einstellpunkt auf der μ-Schlupf-Kurve
verglichen, um einen gewünschten
Rutsch-Betrag zu erzielen.
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Antirutsch-Steuervorrichtungen,
die auf der μ-Schlupf-Kurve
basieren, sind oftmals rechnerisch komplex und erfordern mehrere
Sensoren zum Messen der Radgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit
und dgl. Folglich könnten
die auf der Verlangsamung basierenden Antirutsch-Steuervorrichtungen als
der einfachere Ansatz bevorzugt werden. Antirutsch-Steuervorrichtungen
auf Verlangsamungs-Basis sind jedoch in der Vergangenheit nicht
ausreichend adaptiv gewesen, um sich auf die veränderlichen Reifen-/Oberflächen-Zustände (z.B.
Nässe- oder
Glatteiszustände)
dahingehend einzustellen, dass sie einen akzeptablen Rutsch-Betrag
bestimmen können.
Die Unfähigkeit
zur Anpassung an veränderliche
Bedingungen kann dazu führen,
dass die Antirutsch-Steuervorrichtung vorzeitig Bremsdruck abbaut
und/oder nicht in der Lage ist, ein übermäßiges Rutschen adäquat zu
steuern.
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Angesichts
der vorstehend aufgeführten
Probleme bei herkömmlichen
Antirutsch-Steuervorrichtungen besteht auf dem Sachgebiet ein beträchtlicher
Bedarf an einer Steuervorrichtung, die dahingehend adaptiv ist,
dass sie veränderliche
Reifen-/Oberflächen-Zustände handhaben
kann. Ferner besteht ein beträchtlicher
Bedarf an einer derartigen Steuervorrichtung, bei der kein intensiver
Rechenaufwand betrieben werden muss und bei der nicht mehrere Sensoren
erforderlich sind, etc.
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WO
95/26287 beschreibt ein Antirutsch-Bremssystem für Fahrzeuge. Die Oberbegriffe der
Ansprüche
1 und 14 sind aus dieser Veröffentlichung bekannt.
Ein Impuls-Schwellenwert und ein Verlangsamungs-Schwellenwert werden
als gemeinsamer Schwellenwert behandelt und auf der Basis des Peak-Schlupfwerts
angepasst.
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Überblick über die
Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Antirutsch-Bremssteuervorrichtung vorgeschlagen,
die zum Steuern einer Bremsoperation eines Rads eines Fahrzeugs
auf der Basis eines Radgeschwindigkeitssignals vorgesehen ist, das
von einem mit dem Rad verbundenen Radgeschwindigkeitssensor ausgegeben
wird, wobei die Steuervorrichtung aufweist: eine Einrichtung zum
Schätzen
einer Verlangsamung des Rads auf der Basis des von dem Radgeschwindigkeitssensor
ausgegebenen Radgeschwindigkeitssignals; eine adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung
zum Erzeugen eines Verlangsamungs-Schwellenwerts, der entsprechend
einem vorgeschriebenen Kriterium variiert; eine Vergleichsvorrichtung
zum Vergleichen der geschätzten
Verlangsamung des Rads mit dem Verlangsamungs-Schwellenwert; und
eine Ausgabevorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Einstellen
einer auf das Rad ausgeübten
Bremskraft auf der Basis des Vergleichs, wobei die Antirutsch-Bremssteuervorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verlangsamungs-Schwellenwert als
Funktion der Differenz zwischen der geschätzten Verlangsamung und dem
vordefinierten Schwellenwert aus einem früheren Intervall variiert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer
Bremsoperation eines Rads eines Fahrzeugs auf der Basis eines Radgeschwindigkeitssignals
vorgeschlagen, welches von einem mit dem Rad verbundenen Radgeschwindigkeitssensor
ausgegeben wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Schätzen einer
Verlangsamung des Rads auf der Basis des von dem Radgeschwindigkeitssensor
ausgegebenen Radgeschwindigkeitssignals; Erzeugen eines Verlangsamungs- Schwellenwerts, der
entsprechend einem vorgeschriebenen Kriterium variiert; Vergleichen der
geschätzten
Verlangsamung des Rads mit dem Verlangsamungs-Schwellenwert; und
Erzeugen eines Steuersignals zum Einstellen einer auf das Rad ausgeübten Bremskraft
auf der Basis des Vergleichs, wobei das Verfahren gekennzeichnet
durch Variieren des Verlangsamungs-Schwellenwerts als Funktion der
Differenz zwischen der geschätzten
Verlangsamung und dem vordefinierten Schwellenwert aus einem früheren Intervall.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendet die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehene Antirutsch-Bremssteuervorrichtung die gemessene
Radgeschwindigkeit, um eine Bremssteuerung für ein Fahrzeug wie z.B. ein
Flugzeug durchzuführen.
Die gemessene Radgeschwindigkeit wird differenziert, um die Verlangsamung
des Rads zu bestimmen, und die Steuervorrichtung vergleicht dann
die Verlangsamung mit einem vordefinierten Verlangsamungs-Schwellenwert.
Falls sich das Rad schneller als der Verlangsamungs-Schwellenwert
verlangsamt, verkleinert die Steuervorrichtung den Befehls-Druck,
der den Bremsen zugeführt wird,
um einen Skalierungsfaktor. Wenn das Rad beginnt, sich mit einer
Rate zu verlangsamen, die niedriger ist als der Verlangsamungs-Schwellenwert,
wird der Befehls-Druck erhöht,
bis der sonstige volle Befehls-Druck ausgeübt wird. Die Rate, mit der
die Steuervorrichtung den Befehls-Druck verkleinert, ist vorzugsweise
größer als
die Rate, mit der die Steuervorrichtung andernfalls den Befehls-Druck
erhöht. Folglich
kann der Bremsdruck schneller reduziert werden, um ein übermäßiges Rutschen
zu vermeiden, während
andererseits der Bremsdruck langsamer erhöht wird, um einen sanfteren
Bremsvorgang zu ermöglichen.
Die Steuervorrichtung ist in der Lage, nur auf der Basis der gemessenen
Radgeschwindigkeit zu arbeiten; somit sind keine zusätzlichen Sensoren
erforderlich. Das Radgeschwindigkeitssignal kann z.B. von einem
optischen Kodierer erzeugt werden, der an dem Rad selbst angeordnet
ist.
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Die
Steuervorrichtung modifiziert vorzugsweise den Verlangsamungs-Schwellenwert
auf der Basis der Fähigkeit
des Rads, den erforderlichen Bremsdruck beizubehalten, ohne dass
ein übermäßiges Rutschen
auftritt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
vergleicht die Bremssteuervorrichtung die Rad-Verlangsamung mit
einem Bereich, der den Verlangsamungs-Schwellenwert enthält. Falls die Rad-Verlangsamung
unter diesen Bereich abfällt
und dies somit auf den Beginn eines übermäßigen Rutschens hindeutet,
wird der Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts verkleinert. Falls
hingegen die Rad-Verlangsamung über
den Bereich hinaus ansteigt und somit darauf hindeutet, dass das
Rad ein zusätzliches
Maß an
Bremsung handhaben kann, wird der Wert des Verlangsamungs-Schwellenwerts vergrößert. Vorzugsweise
ist die Rate, mit der die Steuervorrichtung den Verlangsamungs-Schwellenwert
verkleinert, größer als
die Rate, mit der die Steuervorrichtung den Verlangsamungs-Schwellenwert vergrößert.
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Die
Bremssteuervorrichtung kann auch eine Erhöhung des Verlangsamungs-Schwellenwerts
auf der Basis der Detektion höherer
Fahrzeuggeschwindigkeiten durchführen.
Insbesondere kann das Erhöhen
des Verlangsamungs-Schwellenwerts bei Radgeschwindigkeiten, die
einen vordefinierten Schwellenwert überschreiten, durch einen Skalierungsfaktor vorgenommen
werden. Es hat sich erwiesen, dass ein Rad typischerweise bei höheren Radgeschwindigkeiten
eine stärkere
Verlangsamung aufnehmen kann. Somit kann bei hohen Geschwindigkeiten
der Wert des Verlangsamungs-Schwellenwerts
erhöht werden,
um zu ermöglichen,
dass zusätzlicher Bremsdruck
auf das Rad aufgebracht wird.
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Ferner
kann die Bremssteuervorrichtung eine Vorkehrung zum Schutz vor plötzlicher
Radblockade aufweisen. In diesem Fall vergleicht die Bremssteuervorrichtung
die geschätzte
Fahrzeuggeschwindigkeit mit der gemessenen Radgeschwindigkeit. Falls
während
eines Bremsvorgangs eine Radblockade auftritt, wird der auf die
Bremse einwirkende Druck gelöst,
und die Steuervorrichtung wird rückgesetzt.
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Nachstehend
werden als Beispiel Ausführungsformen
der Erfindung detaillierter beschrieben. Weitere Aufgaben, Vorteile
und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Bremssystems, das eine gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildete, auf Verlangsamung basierende Antirutsch-Bremssteuervorrichtung
mit adaptivem Verlangsamungs-Schwellenwert aufweist;
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2 zeigt
ein detailliertes Blockschaltbild der auf Verlangsamung basierenden
Antirutsch-Bremssteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
ein detailliertes Blockschaltbild des adaptiven Verlangsamungsschwellenwert-Generators,
der in der Antirutsch-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten ist;
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4 zeigt
ein detailliertes Blockschaltbild des Radreferenz-Generators, der
in der Antirutsch-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten ist; und
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5 zeigt
ein Blockschaltbild eines Bremssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In
der zunächst
zu erläuternden 1 ist
ein gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildetes Bremssteuersystem, wie es bei einem Flugzeug
verwendet wird, insgesamt mit 20 gekennzeichnet. Generell
ist bei einem Flugzeug die Bremssteuervorrichtung um der funktionellen
Modularität
willen in einer Radpaar-Konfiguration strukturiert. Falls beispielsweise
das Flugzeug zwei Räder
auf der linken Seite des Flugzeugs und zwei Räder auf der rechten Seite hat,
bilden die beiden äußeren Räder ein
Paar, und die beiden inneren Räder
bilden ein weiteres Paar. Innerhalb eines Paars existiert eine rechte
Radsteuerung und eine linke Radsteuerung. Die linken und rechten
Radsteuerfunktionen sind mit Ausnahme des Radblockadeschutzes voneinander
entkoppelt. Somit besteht die Grundeinheit aus der Steuerung eines einzigen
Rads, bei dem es sich um das rechte oder das linke Rad handeln kann.
Es versteht sich, dass der Ausdruck "Rad" in
der hier vorliegenden Verwendung kollektiv sowohl die Felge als
auch den Reifen bezeichnet.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung repräsentiert
das in 1 gezeigte Bremssteuersystem 20 die Grundeinheit
zum Durchführen
der Bremssteuerung eines einzigen (rechten oder linken) Rads. Jedoch wird
ersichtlich sein, dass unter Anwendung der gleichen erfinderischen
Prinzipien auch die Steuerung für
ein oder mehrere weitere Räder über entsprechende
Systeme 20 oder ein einziges System vorgenommen werden
kann. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anhand der Bremssteuerung für ein Flugzeug
beschrieben wird, wird ferner ersichtlich sein, dass das Bremssteuersystem
und die Antirutsch-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
für praktisch
jeden Typ von Fahrzeug verwendbar ist und nicht notwendigerweise
auf die Bremssteuerung von Flugzeugen beschränkt ist.
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Das
System 20 enthält
eine Pilot-Bremseinrichtung 22 zur Ermöglichung einer Bremssteuerung durch
die Bedienungsperson. Ferner enthält das System 20 eine
herkömmliche
Bremssteuervorrichtung 24. Die Steuer vorrichtung 24 ist
derart ausgebildet, dass sie ein Steuersignal Toutput an
eine Bremsbetätigungsvorrichtung 26 ausgibt,
die in dem System 20 enthalten ist. Bei der Bremsbetätigungsvorrichtung 26 kann
es sich um jeden herkömmlichen
Typ von Bremsbetätigungsvorrichtung
handeln (z.B. eine hydraulische, pneumatische oder elektromechanische
Bremsbetätigungsvorrichtung)
zum Ausüben von
Druck auf das (nicht gezeigte) Bremsmaterial in einer Bremsvorrichtung 28.
Die Bremsvorrichtung 28 wiederum setzt das Rad 30 einem
Bremsvorgang aus, indem sie in herkömmlicher Weise ein Brems-Drehmoment
oder eine Bremskraft auf das Rad 30 ausübt. Das Rad 30 ist über eine
herkömmliche
(nicht gezeigte) Struktur mit dem Flugzeug (oder anderen Fahrzeug)
verbunden.
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Das
System 20 weist ferner einen Radgeschwindigkeitssensor 32 auf,
der die Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl des Rads 30 misst.
Der Radgeschwindigkeitssensor 32 kann ein beliebiger herkömmlicher
Sensor sein (z.B. auf der Basis eines optischen Kodierers etc.),
der ein Ausgangssignal ω erzeugt,
welches die gemessene Geschwindigkeit des Rads 30 angibt.
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Das
Signal ω wird
in eine im System 20 enthaltene, auf Verlangsamung basierende
Antirutsch-Steuervorrichtung 34 eingegeben. Wie noch eingehender
erläutert
wird, schätzt
die Steuervorrichtung 34 die Verlangsamung ω' des Rads durch (in Bezug
auf die Zeit) vorgenommenes Differenzieren der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit ω, die von
dem Radgeschwindigkeitssensor 32 ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung 34 vergleicht
dann die Verlangsamung ω' mit einem vordefinierten
Verlangsamungs-Schwellenwert. Auf der Basis des Vergleichs gibt
die Steuervorrichtung 34 ein Steuersignal "k" aus, das in seinem Wert von 0 bis 1
variiert. Das Steuersignal k wird von der Steuervorrichtung 34 an eine
Multiplikationsvorrichtung 36 ausgegeben, die das Bremssteuersignal
Toutput mit dem Wert von k multipliziert.
Das resultierende modifizierte Bremssteuersignal Toutput wird
von der Multiplikationsvorrichtung 36 an eine Begrenzungsvorrichtung 38 und dann
an die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 ausgegeben. Die
Bremsbetätigungsvorrichtung 26 bringt somit
auf der Basis des modifizierten Bremssteuersignals Toutput eine
Bremskraft auf das Rad 30 auf. Die Begrenzungsvorrichtung 38 dient
zum Begrenzen des maximalen modifizierten Bremssteuersignals Toutput, um eine Beschädigung der Bremsbetätigungsvorrichtung 26 und/oder
der Bremsvorrichtung 28 zu vermeiden.
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Wie
im Folgenden im Zusammenhang mit 2–4 noch
genauer beschrieben wird, verkleinert die Steuervorrichtung 34 effektiv
den auf die Bremsvorrichtung 28 aufgebrachten Pilot-Druck durch
Variieren des Werts von k, falls das Rad 30 schneller verlangsamt
wird als gemäß dem oben
erwähnte
vordefinierte Verlangsamungs-Schwellenwert vorgesehen. Falls sich
das Rad 30 mit einer Rate verlangsamt, die unterhalb derjenigen
des vordefinierten Schwellenwerts liegt, steigt k auf Eins hin, wo
ein vom Piloten befohlener voller Druck auf die Bremsvorrichtung 28 ausgeübt wird.
Ferner ist die Steuervorrichtung 34 in dem Sinn adaptiv,
dass sie den vordefinierten Verlangsamungs-Schwellenwert auf der
Basis der Fähigkeit
des Rads 30 variiert, einen gegebenen Verlangsamungs-Betrag
ohne übermäßiges Rutschen
zu handhaben. Beispielsweise passt die Steuervorrichtung 34 den
Verlangsamungs-Schwellenwert bei Auftreten einer vereisten oder
nassen Startbahn-Oberfläche
nach unten hin an. Andererseits kann die Steuervorrichtung 34 anschließend bei
Auftreten einer trockenen oder normalen Startbahn-Oberfläche den
Verlangsamungs-Schwellenwert erhöhen.
Die Steuervorrichtung 34 reagiert ferner auf ein plötzliches
Blockieren des Rads 30 (z.B. aufgrund einer Eispfütze auf
der Startbahn-Oberfläche,
etc.) indem sie den Wert k auf Null setzt und die Steuervorrichtung 34 rücksetzt,
wie noch detailliert erläutert
wird.
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Die
Steuervorrichtung 34 erhält ein ENABLE-Signal von der
Bremssteuervorrichtung 24, um die Steuervorrichtung 34 während eines
Bremsereignisses zu aktivieren (z.B. Aktivierung der Pilot-Bremsvorrichtung 22).
Während
eines Bremsereignisses, wie es durch Aktivierung der Pilot-Bremsvorrichtung 22 bestimmt
wird, gibt die Bremssteuervorrichtung 24 ein aktives ENABLE-Signal
(d.h. eine logische "1") an die Steuervorrichtung 34 aus. Während eines
Nicht-Bremsereignisses, wenn die Pilot-Bremsvorrichtung 22 nicht
aktiviert ist, wird das ENABLE-Signal auf eine logische "0" gesetzt.
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Die
Arbeitsweise des Systems 20 wird nun allgemein beschrieben.
Die Pilot-Bremsvorrichtung 22 weist ein Pedal oder eine äquivalente
Vorrichtung auf. Während
eines Bremsereignisses aktiviert der Pilot des Flugzeugs die Pilot-Bremsvorrichtung 22 durch
Betätigen
des Pedals (oder einer dem Pedal äquivalenten Vorrichtung). Das
Niederdrücken
des Pedals wird in ein elektrisches Signal (Bremsdrehmoment-Befehlssignal
TC) konvertiert, das an die Steuervorrichtung 34 ausgegeben
wird. Der Wert des Befehlssignals TC gibt
das Maß des
Niederdrückens
des Pedals an und steht in Relation dem Betrag der vom Pilot aufzubringenden
Bremskraft, wie herkömmlicherweise
der Fall ist. Die Steuervorrichtung 24 empfängt das
Befehlssignal TC und gibt das Bremssteuersignal
Toutput, das in Relation zum Befehlssignal
TC steht. Es versteht sich, dass das Steuersignal
Toutput beispielsweise ein Drucksignal bei
einer hydraulischen Bremse oder ein Kraftsignal bei einer elektrischen
Bremse ist. Gleichzeitig aktiviert die Steuervorrichtung 24 die
Steuervorrichtung 34 über
das ENABLE-Signal. Das Steuersignal Toutput wird
einem Eingang der Multiplikationsvorrichtung 36 zugeführt, die das
Steuersignal mit dem Signal k multipliziert, das von der Steuervorrichtung 34 an
den anderen Eingang angelegt wird.
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Wie
bereits erwähnt
wird das modifizierte Steuersignal Toutput mittels
der Begrenzungsvorrichtung 38 modifiziert, bevor es in
die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 eingegeben
wird. Die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 wiederum übt auf der
Basis des modifizierten Steuersignals Toutput in
einer ansonsten herkömmlichen
Weise Druck auf die Bremsvorrichtung 28 aus. Der aufgebrachte
Bremsdruck bewirkt eine Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des
Rads 30, die von dem Radgeschwindigkeitssensor 32 gemessen
wird und an die Steuervorrichtung 34 rückübermittelt wird. Somit ist
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine mit geschlossenem Regelkreis auf der Basis der Rad-Verlangsamung
durchgeführte
Bremssteuerung vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht der
einzige Eingangsparameter in der Radgeschwindigkeit, so dass die
Notwendigkeit zusätzlicher
Sensoren entfällt,
welche die Komplexität
und die Kosten erhöhen
würden.
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Die
nun zu erläuternde 2 zeigt
ein detailliertes Blockschaltbild der auf Verlangsamung basierenden
Antirutsch-Steuervorrichtung 34. Wie ersichtlich sein wird,
ist die Steuervorrichtung 34 bei dem Ausführungsbeispiel
eine digitale Steuervorrichtung, die dahingehend gezeigt ist, dass
so sie in der z-Domäne
arbeitet. Das gemessene Radgeschwindigkeitssignal ω von dem
Sensor 32 wird mit einer Rate von 800 Abtastungen pro Sekunde
abgetastet, obwohl selbstverständlich
auch andere Abtastraten verwendet werden können. Ferner sind auch andere
Digital- oder Analog-Steuertechniken anwendbar, und die hier beschriebene
spezielle Implementierung ist nicht im Sinne einer Beschränkung des
Schutzumfangs zu verstehen.
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Gemäß 2 wird
die gemessene Radgeschwindigkeit ω in einen Radgeschwindigkeits-Filter/-Differenzierer 50 eingegeben,
der in der Steuervorrichtung 34 enthalten ist. Der Filter/Differenzierer 50 weist
z.B. ein Tiefpassfilter 52 erster Ordnung mit einer Abschneidefrequenz
von 10 Radian/Sekunde (rad/s) auf. Das Radgeschwindigkeitssignal ω wird in das
Filter 52 eingegeben, um sämtliches im Signal ω vorhandenes
Rauschen zu entfernen. Vorzugsweise ist das Filter 52 derart
ausgelegt, dass es keine übermäßige Verzögerung in
das System einführt,
da bei Antirutsch-Steuervorrichtungen die Reaktionszeit essentiell
ist. Das gefilterte Ausgangssignal aus dem Filter 52 wird
dann in einen Differenzierer 54 eingegeben, der in dem
Filter/Differenzierer 50 enthalten ist. Der Differenzierer 54 bestimmt
die Zeitableitung des Radgeschwindigkeitssignals ω. Wie bekannt
ist, entspricht die Zeitableitung des Radgeschwindigkeitssignals ω der Beschleunigung
(oder Verlangsamung) des Rads 30. Bei dem Ausführungsbeispiel weist
der Differenzierer 54 um der leichteren Implementierung
und eines niedrigen Rechenaufwands willen und einen für finite
Differenz ausgelegten Rechteck-Approximations-Differenzierer
auf. Beispielsweise kann der Differenzierer 54 eine Transferfunktion
von (1 – z–1)T
aufweisen. Mittels komplexerer Differenzierer lässt sich jedoch eine verbesserte
Präzision
erzielen.
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Das
Ausgangssignal des Differenzierers 54 repräsentiert
die geschätzte
Verlangsamung des Rads 30, die mit der Signalbezeichnung ω' angegeben wird.
Das Verlangsamungssignal ω' wird in eine in
der Steuervorrichtung 34 enthaltene Addiervorrichtung 60 eingegeben.
Der ebenfalls in der Steuervorrichtung 34 enthaltene adaptive
Schwellenwertgenerator 62 erzeugt als Eingangssignal für den anderen Eingang
der Addiervorrichtung 60 ein Verlangsamungs-Schwellenwertsignal
DT. Wie im Zusammenhang mit 3 noch detaillierter
beschrieben wird, bestimmt der adaptive Schwellenwertgenerator 62 den
Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT, mit dem das Radverlangsamungssignal ω' verglichen wird.
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Der
Verlangsamungs-Schwellenwert DT repräsentiert die maximale Verlangsamung,
die das Rad erwartungsgemäß handhaben
kann, ohne dass ein übermäßiges Rutschen
auftritt. Der bestimmte Wert (oder Wertebereich) von DT ist eine
a priori gewählte
Designkonstante. Idealerweise wäre
der Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT nur eine Funktion
der maximal möglichen
Verlangsamung des Fahrzeugs. Im Falle eines Flugzeugs kann die maximal
mögliche
Verlangsamung 0,6 g betragen. In der Realität jedoch ist aufgrund von Schwankungen
des Reifendrucks etc. (welche die Radgeschwindigkeit beeinflussen)
der Laufradius des Rads nicht exakt bekannt. Zudem kann in dem gemessenen
Radgeschwindigkeitssignal immer noch Rauschen vorhanden sein. Somit
kann der maximale Wett von DT dahingehend vorgewählt sein, dass er etwas größer ist
als der theoretische Wert, damit eine übermäßig aggressive Steuerung vermieden
wird.
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Der
Wert des Verlangsamungssignals ω' ist negativ zu den
Zeiten, zu denen die Drehgeschwindigkeit des Rads 30 abnimmt,
und ist positiv zu den Zeiten, zu denen die Drehgeschwindigkeit
des Rads 30 zunimmt. Der Betrag des Verlangsamungs-Schwellwerts
DT andererseits ist positiv. Sowohl das Verlangsamungssignal ω' als auch der Verlangsamungs-Schwellenwert
DT werden in positive Eingänge
der Addiervorrichtung 60 eingegeben. Folglich wird, falls
die Verlangsamung des Rads 30 den Verlangsa mungs-Schwellenwert
DT in dem Sinn überschreitet,
dass sich das Rad 30 mit einer größer als eine Rate von DT bemessenen
Rate verlangsamt, das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 60 negativ
(d.h. ω' + DT < 0). Falls hingegen
die Verlangsamung des Rads 30 niedriger ist als der Verlangsamungs-Schwellenwert
DT, wird das Ausgangssignal der Addiervorrichtung positiv (d.h. ω' + DT > 0).
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Das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 60 wird in einen positiven
Verstärkungsfaktorblock 64 und
einen negativen Verstärkungsfaktorblock 66 eingegeben,
die beide zu einem in der Steuervorrichtung 34 enthaltenen
begrenzten Integrator 68 führen. Die Verstärkungsfaktorblöcke 64 und 66 sind
Design-Parameter, die der Steuervorrichtung 34 zusätzliche
Stabilität
verleihen. Falls das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 60 direkt
an den begrenzten Integrator 68 durchlaufen würde, würde das
Ausgangssignal der Steuervorrichtung 34 dazu tendieren,
nahezu augenblicklich von 1 auf 0 oder von 0 auf 1 zu wechseln.
Um einen derartigen "Bang-Bang"-Effekt zu vermeiden,
wird das Eingangssignal des begrenzten Integrators 68 derart
skaliert, dass das Steuervorrichtungs-Ausgangssignal glatter akkumuliert
wird. Es existieren zwei Verstärkungsfaktor-Terme
statt nur eines einzigen (einer für ein positives Fehlersignal,
der andere für
ein negatives Fehlersignal). Dies ermöglicht der Steuervorrichtung 34,
den auf die Bremsvorrichtung 28 ausgeübten Druck schneller zu reduzieren
als die Steuervorrichtung 34 den Druck erhöhen würde.
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Insbesondere
wird das Ausgangssignal aus der Addiervorrichtung 60 in
eine positive Begrenzungsvorrichtung 70 eingegeben, die
das von der Addiervorrichtung 60 ausgegebene positive Fehlersignal
bis in einen vordefinierten positiven Bereich hinein (z.B. 0 bis
10.000) begrenzt. Das begrenzte Ausgangssignal aus der Begrenzungsvorrichtung 70 wird in
einen mit positivem Verstärkungsfaktor
versehenen Verstärker 72 eingegeben,
dessen Nenn-Verstärkungsfaktor
2,5 × 10–5 beträgt. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 72 wird
an einen Eingang einer Addiervorrichtung 76 angelegt, der
den Eingang des begrenzten Integrators 68 repräsentiert.
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Im
Zusammenhang mit dem negativen Verstärkungsfaktorblock 66 wird
das Ausgangssignal aus der Addiervorrichtung 60 auch in
eine negative Begrenzungsvorrichtung 78 eingegeben, die
das von der Addiervorrichtung 60 ausgegebene negative Fehlersignal
bis in einen vordefinierten negativen Bereich (z.B. 0 bis –1000) begrenzt.
Das begrenzte Ausgangssignal aus der Begrenzungsvorrichtung 78 wird in
einen Verstärker 80 mit
negativem Verstärkungsfaktor
eingegeben, dessen Nenn-Verstärkungsfaktor von
13 × 10–5 beträgt. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 80 wird
einem weiteren Eingang der Addiervorrichtung 76 zugeführt. Es
versteht sich, dass es sich bei den genannten Grenzwerten und Verstärkungsfaktorwerten
für die
hier beschriebenen Begrenzungsvorrichtungen und Verstärkern nur
um Beispiele handelt. Diese Werte sind nicht im Sinne einer Beschränkung des
Schutzumfangs der Erfindung zu versehen.
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Das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 76 wird einer Begrenzungsvorrichtung 82 zugeführt, die
in dem begrenzten Integrator 68 enthalten ist. Die Begrenzungsvorrichtung 82 weist
einen Bereich von 0 bis 1 auf, der – wie ersichtlich sein wird – den Bereich
des Werts von k definiert, welcher von der Steuervorrichtung 34 zwecks
Skalierens des Bremssteuersignals Toutput ausgegeben
wird. Das Ausgangssignal aus der Begrenzungsvorrichtung 82 wird
an einen Anschluss eines Zweipositionsschalters SW1 angelegt. Der
Polanschluss des Schalters SW1 repräsentiert das Ausgangssignal
des begrenzten Integrators 68 auf der Leitung 84.
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Das
Ausgangssignal des begrenzten Integrators 68 wird in der
gezeigten Weise über
einen Verzögerungsblock 88 an
einen dritten Eingang der Addiervorrichtung 76 rückgeführt. Während des
normalen Betriebs (d.h. wenn die Steuervorrichtung 34 nicht
beim Hochfahren oder aufgrund eines detektierten Blockierzustands
rückgesetzt
wird, wie noch eingehender erläutert
wird) verbindet der Schalter SW1 den Ausgang der Begrenzungsvorrichtung 82 mit dem
Ausgang des begrenzten Integrators 68 auf der Leitung 84.
Somit, falls die geschätzte
Verlangsamung ω' über eine Reihe von Ab tastungen
hinweg generell unter dem Verlangsamungs-Schwellenwert DT bleibt,
tendiert das Ausgangssignal des begrenzten Integrators 68 zu
einem Wert 1. Falls die Verlangsamung ω' über
eine Reihe von Abtastungen hinweg generell größer ist als der Verlangsamungs-Schwellenwert
DT, tendiert das Ausgangssignal des begrenzten Integrators 68 in ähnlicher
Weise zu einem Wert 0. Die bestimmten Raten, bei denen das Ausgangssignal
des begrenzten Integrators 68 einen Trend nach oben oder
unten erfährt,
hängen
von dem Verstärkungsfaktor
der Verstärker 72 und 80 sowie von
dem Wert von ω' ab, wie ersichtlich
ist. Das Ausgangssignal aus dem begrenzten Integrator 68 auf der
Leitung 84 repräsentiert
das Signal k, das von der Steuervorrichtung 34 ausgegeben
wird.
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Die
Steuervorrichtung 34 enthält ferner einen Radreferenzgenerator 96.
Wie im Folgenden anhand von 4 eingehender
beschrieben wird, enthält
der Radreferenzgenerator 96 eine Ratenbegrenzungsvorrichtung,
die auf der Basis der maximalen Rate arbeitet, mit der sich das
Fahrzeug (z.B. das Flugzeug) physikalisch verlangsamen könnte. Insbesondere
erzeugt der Radreferenzgenerator 96 ein Referenzsignal ωref, das
die in ihrer Rate beschränkte
Geschwindigkeit des Rads repräsentiert.
Die Rate, mit der das Referenzsignal ωref variieren kann, ist durch
die theoretische maximale Rate beschränkt, mit der das Fahrzeug selbst
verlangsamt werden kann. Dieses theoretische Maximum kann auf der
Basis bekannter physikalischer Eigenschaften des Fahrzeugs (z.B. Masse
etc.) berechnet werden.
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Das
Referenzsignal ωref
aus dem Generator 96 wird in einen Verstärker 98 eingegeben,
der einen Verstärkungsfaktor
von weniger als Eins (z.B. 0,7) hat. Das Ausgangssignal des Verstärkers 98 wird
in einen in der Steuervorrichtung 34 enthaltenen Komparator 100 eingegeben.
In den Komparator 100 wird ferner die gemessene Radgeschwindigkeit ω aus dem
Sensor 32 (siehe 1) eingegeben.
Der Komparator 100 ist zum Vergleichen der gemessenen Radgeschwindigkeit ω mit dem
Radreferenzsignal ωref
konfiguriert. Falls die gemessene Radgeschwindigkeit ω um einen
vorbestimmten Betrag (z.B. 30% gemäß der Bestimmung durch den
Verstär kungsfaktor
des Verstärkers 98)
kleiner ist als das Referenzsignal ωref, wird festgestellt, dass
sich das Rad 30 in einem Blockierzustand befinden muss,
da sich das Rad 30 ohne das Auftreten einer Blockade nicht
so schnell verlangsamt haben könnte.
Unter einer derartigen Bedingung gibt der Komparator 100 ein
aktives DUMP-Bar-Signal mit einem logischen Wert 0 aus. Falls hingegen
die gemessene Radgeschwindigkeit ω nicht um einen vorbestimmten
Betrag unter das Referenzsignal ωref
fällt,
gibt der Komparator 100 ein DUMP-Bar-Signal mit einem logischen
Wert 1 aus.
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Das
Ausgangssignal des Komparators 100 (d.h. das DUMP-Bar-Signal)
wird gemäß 2 über einen
Verzögerungsblock 102 an
den Radreferenzgenerator 96 rückgeführt. Ferner empfängt der
Radreferenzgenerator 96 als Eingangssignal das ENABLE-Signal
von der Steuervorrichtung 24. Die spezielle Arbeitsweise
des Radreferenzgenerators 96 wird nachstehend im Zusammenhang
mit 4 erläutert.
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Anzumerken
ist, dass das DUMP-Bar-Signal aus dem Komparator 100 einem
Eingang eines mit zwei Eingängen
versehenen UND-Gatters 104 zugeführt wird. An den anderen Eingang
des UND-Gatters 104 wird das oben erwähnte ENABLE-Signal angelegt,
das während
eines Bremsereignisses aktiv ist (d.h. eine logische 1 aufweist).
Falls während
eines Bremsereignisses ein Blockierzustand auftritt, geht der Ausgang
des UND-Gatters 104 in den Low-Zustand über, so dass als Ausgangssignal
ein aktives RESET-Bar-Signal ausgegeben wird, das gleich 0 ist. Das
RESET-Bar-Signal dient als Steuersignal für den Schalter SW1, um dessen
Position zu bestimmen. Insbesondere befindet sich, wenn das RESET-Bar-Signal
nicht aktiv (d.h. gleich 1 ist), der Schalter SW1 in seiner normalen
Position zum Verbinden des Ausgangs der Beschränkungsvorrichtung 82 mit
der Ausgangsleitung 84 des begrenzten Integrators 68.
Wenn hingegen das RESET-Bar-Signal aktiv
(d.h. gleich 0) ist, trennt der Schalter SW1 den Ausgang der Beschränkungsvorrichtung 82 von
der Ausgangsleitung 84.
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Mit
dem anderen Anschluss des Schalters SW1 ist der Ausgang eines in
der Steuervorrichtung 34 enthaltenen Anfangszustandsabschnitts 106 verbunden.
Wenn das RESET-Bar-Signal aktiv ist, verbindet der Schalter SW1
die Leitung 108 (die den Ausgang des Anfangszustandsabschnitts 106 repräsentiert)
mit der Ausgangsleitung 84 des begrenzten Integrators 68.
Falls ein Blockierzustand während
eines Bremsereignisses auftritt, wenn das DUMP-Bar-Signal aktiv
ist, wird die Signalleitung 108 gleich 0 gesetzt. Folglich
wird der Ausgang des begrenzten Integrators 68 auf 0 gesetzt,
wenn k ebenfalls auf 0 geht, und der Bremsdruck wird abgebaut.
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Der
Anfangszustandsabschnitt 106 enthält einen Zweipositions-Schalter SW2, dessen
Polanschluss mit der Ausgangsleitung 108 verbunden ist. An
einen Anschluss des Schalters SW2 ist ein ist ein Anfangszustandswert
von Y = 0 angelegt, der durch einen Block 110 repräsentiert
ist. An den anderen Anschluss des Schalters SW2 ist ein ist ein
Anfangszustandswert von Y = 1 angelegt, der durch einen Block 112 repräsentiert
ist. Die Position des Schalters SW2 wird durch den Wert des DUMP-Bar-Signals
gesteuert. Wenn das DUMP-Bar-Signal aktiv (d.h. gleich 0 ist), legt
der Schalter SW2 den Wert Y = 0 auf die Leitung 108, wie
bereits erwähnt
wurde.
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Andererseits
ist es während
des Hochfahrens oder der Initialisierung der Steuervorrichtung 34 vor
irgendeinem Bremsereignis wünschenswert,
den begrenzten Integrator 68 zu initialisieren, indem sein Ausgang
auf 1 gesetzt wird. Somit ist während
des Hochfahrens oder der Initialisierung (d.h. vor einem Bremsereignis)
das DUMP-Bar-Signal nicht aktiv (d.h. gleich 1). Dies bewirkt, dass
der Schalter SW2 den Anfangszustandswert Y = 1 auf die Leitung 108 setzt.
Zur gleichen Zeit befindet sich, da noch kein Bremsereignis auftritt,
das in das UND-Gatter 104 eingegebene ENABLE-Signal auf
einem logischen 0-Pegel. Somit wird das RESET-Bar-Signal aktiv, was
zur Folge hat, dass der Schalter SW1 den Anfangszustandswert von
1 auf der Leitung 108 an den Ausgang des begrenzten Integrators 68 auf
der Leitung 84 legt. Folglich führt vor einem Bremsereignis der
Ausgang der Steuervorrichtung 34 das Signal k = 1.
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Anhand
von 3 wird nun die Arbeitsweise des adaptiven Schwellenwertgenerators 62 detailliert beschrieben.
Der Generator besteht primär
aus einem begrenzten Integrator, der als Eingangssignal das geschätzter Radverlangsamungssignal ω' empfängt, das
vom Ausgang des Differenzierers 54 (2) ausgegeben
wird. Das Verlangsamungssignal ω' wird als positives
Eingangssignal jedem der im Generator 62 enthaltenen Addiervorrichtungen 120 und 122 zugeführt. Ferner
wird in einen negativen Eingang der Addiervorrichtung 120 eine
vorbestimmte Konstante eingegeben, die eine oberen Bandgrenzwert
(UBL) für
den Bereich zulässiger
Werte des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT über den vorherigen Wert von
DT hinaus repräsentiert.
In ähnlicher
Weise wird in einen weiteren positiven Eingang der Addiervorrichtung 122 eine
vorbestimmte Konstante eingegeben, die eine unteren Bandgrenzwert (LBL)
für den
Bereich zulässiger
Werte des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT unterhalb des vorherigen
Werts von DT repräsentiert.
Die Werte von LBL und UBL werden im Voraus auf der Basis der gewünschten
Reaktionseigenschaften der Steuervorrichtung 34 bestimmt.
Ersichtlicherweise wird, solange das Verlangsamungssignal ω' in dem durch LBL, UBL
und den vorherigen Wert von DT definierten Bereich verbleibt, der
Generator 62 den als Verlangsamungs-Schwellenwert ausgegebenen
Wert von DT nicht modifizieren, jedoch mit Ausnahme jeder eventuellen
Skalierung, die als Ergebnis der Multiplikationsvorrichtung auftritt.
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Falls
andererseits der Wert von ω' unter den Wert von
LBL abfällt,
verkleinert der Generator 62 den Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts
DT derart, dass dieser die Unfähigkeit
des Rads 30 reflektiert, den derzeitigen Verlangsamungsbetrag
zu halten. Falls umgekehrt der Wert von ω' über
den Wert von LBL hinaus ansteigt, vergrößert der Generator 62 den
Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT derart, dass dieser
die Fähigkeit
des Rads 30 reflektiert, den derzeitigen Verlangsamungsbetrag zu
halten.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
werden die Werte UBL und LBL nominell auf 5 bzw. 10 Einheiten gesetzt.
Jede der Addiervorrichtungen 120 und 122 empfängt als
drittes Eingangssignal den Wert von DT aus der vorherigen Abtastung,
wie noch zu zeigen ist. Falls das Verlangsamungssignal ω' größer wird
als der derzeitige Wert von DT plus 5 (d.h. ω' > DT
+ 5), dann erhöht
der Generator 62 allmählich
den Wert von DT. Falls hingegen das Verlangsamungssignal ω' kleiner wird als
der derzeitige Wert von DT minus 10 (d.h. ω' < DT – 10), verkleinert
der Generator 62 den Wert von DT mit größerer Schnelligkeit. Falls
das Verlangsamungssignal ω' innerhalb des Bereichs
DT – 10 < ω' < DT + 5 verbleibt, wird der Betrag
des Verlangsamungs-Schwellenwerts
DT unverändert
belassen.
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Gemäß 3 wird
das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 120 positiv, falls
das Verlangsamungssignal ω' über DT + 5 ansteigt. Das Ausgangssignal
der Addiervorrichtung 120 wird in eine Begrenzungsvorrichtung 126 eingegeben,
die einen vordefinierten positiven Bereich (z.B. von 0 bis 1000)
aufweist. Das Ausgangssignal der Begrenzungsvorrichtung 126 wird
in einen Verstärker 128 mit
positivem Verstärkungsfaktor
eingegeben, um den Wert von DT zu erhöhen. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 128 wird
wie gezeigt in eine Addiervorrichtung 130 eingegeben. Andererseits
wird das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 122 negativ,
falls das Verlangsamungssignal ω' unter DT – 10 abfällt. Das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 122 wird in eine Begrenzungsvorrichtung 132 mit
einem vorbestimmten negativen Bereich (z.B. von 0 bis –1000) eingegeben.
Das Ausgangssignal der Begrenzungsvorrichtung 126 wird
in einen Verstärker 134 mit
negativem Verstärkungsfaktor
eingegeben, um den Wert von DT zu verkleinern. Das Ausgangssignal
des Verstärkers 134 wird über die
Addiervorrichtung 130 mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 128 kombiniert.
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Die
gewünschte
Auswirkung auf den Wert von DT besteht darin, dass, falls das Rad 30 während eines
Bremsereignisses generell auf durch Eis oder Nässe gekennzeichnete Oberflächenzustände trifft (d.h.
wenn dies über
eine längere
Zeitdauer der Fall ist), dann als Ergebnis der Tatsache, dass das
Rad den erforderlichen Betrag der Verlangsamung nicht halten kann,
der Wert von DT verkleinert wird. Falls hingegen das Rad 30 auf
trockene Oberflächenzustände trifft
und somit während
einer Bremsoperation die Verlangsamung über eine längere Zeitdauer halten kann,
tendiert der Generator in ähnlicher
Weise dazu, den Wert von DT zurück
auf seinen vorbestimmten Pegel zu erhöhen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 134 größer als der
Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 128.
Beispielsweise kann der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 134 auf
0,5 und der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 128 auf
0,02 gesetzt werden. Folglich ist die Rate, mit welcher der Wert
DT verkleinert wird, fünfundzwanzig
Mal schneller als die Rate, mit welcher der Wert DT durch den Generator 62 vergrößert wird. Es
können
verschiedene Verstärkungsfaktoren
für die
Verstärker 128 und 134 gewählt werden,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, obwohl bevorzugt ist,
den Wert von DT mit einer schnelleren Rate zu verkleinern. Dies
ist der Fall, da es wünschenswert
ist, DT zwecks Erzielung einer sanfteren Reaktion langsamer auf
einen gewünschten
Wert zu vergrößern. Sollte
DT jedoch über
den gewünschten Wert
hinausschießen,
wird DT um der besseren Steuerung willen schnell verkleinert.
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Das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 130 repräsentiert
ein zusammengesetztes Fehlersignal, das in eine Multiplikationsvorrichtung 140 eingegeben
wird. Der andere Eingang der Multiplikationsvorrichtung 140 empfängt das
RESET-Bar-Signal aus dem UND-Gatter 104 (2).
Während
eines Bremsereignisses, bei dem keine Detektion eines Blockierzustands
aufgetreten ist (d.h. DUMB-Bar = 1), ist RESET-Bar gleich 1, und
somit wird das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 130 dem
Ausgangssignal des Ausgangs der Multiplikationsvorrichtung 140 zugegeben.
Während
eines Nicht-Bremsereignisses oder eines Blockierzustands (d.h. DUMB-Bar = 0) andererseits
ist RESET-Bar gleich 0, und somit wird das Ausgangssignal der Multiplikationsvorrichtung 140 auf
Null gehalten.
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Das
Ausgangssignal der Multiplikationsvorrichtung 140 wird
einem begrenzten Integratorblock 142 zugeführt, der
die Adaptierungslogik und Grenzwerte für den Verlangsamungs-Schwellenwert
DT definiert. Bei dem Ausführungsbeispiel
hat der Integratorblock 142 eine Transferfunktion von Tz/(z – 1), mit
dem das Ausgangssignal der Multiplikationsvorrichtung 140 multipliziert
wird, um ein Ausgangssignal auf der Leitung 144 zu erzeugen.
T repräsentiert eine
Abtastperiode. Der Integratorblock 142 hat vordefinierte
obere und untere Grenzwerte (z.B. 15 bzw. 5), die derart vorgesehen
sind, dass sie vordefinierten maximalen und minimalen erwarteten
Reibkoeffizienten (z.B. 0,6 bzw. 0,1) entsprechen. Die speziellen
Grenzwerte für
den Integratorblock 142 können z.B. empirisch bestimmt
werden.
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Somit
wird während
eines Bremsereignisses das Ausgangssignal des Integratorblocks 142 durch das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 130 bestimmt. Falls
hingegen ein Blockierzustand während eines
Nicht-Bremsereignisses erfolgt, ist RESET-Bar gleich 0, und somit
wird das Ausgangssignal der Multiplikationsvorrichtung 140 auf
Null gehalten. Folglich bleibt während
dieser Zeit das Ausgangssignal des Integratorblocks 142 konstant.
Bei dem Ausführungsbeispiel
wird das Ausgangssignal des Integratorblocks 142 während eines
Blockierzustands (d.h. RESET-Bar = 0) konstant gehalten, da zu erwarten ist,
dass der Blockierzustand aufgrund einer kurzen Unregelmäßigkeit
der Reibbedingungen zwischen Rad und Startbahn aufgetreten ist.
Zum Beispiel ist das Rad 30 möglicherweise auf eine Eis-
oder Wasserpfütze
auf der Startbahn getroffen. Es ist wünschenswert, dass der Generator 62 während einer derartigen
Zeitdauer den aktuellen Wert von DT beibehält, da zu erwarten ist, dass
die Unregelmäßigkeit relativ
schnell beendet ist. Andererseits tendiert der Generator 62 dazu,
den Betrag des Verlangsamungs-Schwellenwerts DT über eine längere Zeitperiode durch die
Verstärker 128, 134 mit
den positiven bzw. negativen Verstärkungsfaktoren zu vergrößern bzw.
zu verkleinern, um z.B. generell eis- oder nässebehaftete Startbahnbedingungen
zu kompensieren.
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Das
Ausgangssignal aus dem Integratorblock 142 repräsentiert
grundlegend den unskalierten Wert von DT, der in eine Multiplikationsvorrichtung 144 eingegeben
wird. Eine in dem Generator 62 enthaltene Skalierungsschaltung 14b hat
die Funktion, den Wert von DT, der aus dem Integratorblock 142 ausgegeben
wird, bei höheren
Radgeschwindigkeiten nach oben zu skalieren. Es hat sich herausgestellt,
dass das Rad 30 ein höheres
Maß an
Verlangsamung bei höheren
Geschwindigkeiten ohne Rutschen halten kann. Somit empfängt die
Skalierungsschaltung 146 als Eingangssignal die gemessene Radgeschwindigkeit ω von dem
Sensor 32. Die gemessene Radgeschwindigkeit ω wird durch
einen Verstärker 148 mit
einem Verstärkungsfaktor
g multipliziert, wobei g < 1.
Das Ausgangssignal des Verstärkers
wird in eine Addiervorrichtung 150 eingegeben. Die Addiervorrichtung 150 empfängt an einem anderen
Eingang einen konstanten Wert von Y = 1, wie durch den Block 152 repräsentiert
ist. Somit entspricht das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 150 einem
Skalierungsfaktor 1 + gω.
Das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 150 wird in den
anderen Eingang der Multiplikationsvorrichtung 144 eingegeben,
so dass das Ausgangssignal des Integratorblocks 142 mit
dem Skalierungsfaktor 1 + gω skaliert wird.
Das Ausgangssignal der Multiplikationsvorrichtung 144 repräsentiert
den Verlangsamungs-Schwellenwert DT, der von dem Generator 62 ausgegeben wird.
Der Wert von g beträgt
bei dem Ausführungsbeispiel
0,00628, obwohl basierend auf der Fähigkeit des Rads, eine zusätzliche
Beschleunigung bei höheren
Geschwindigkeiten zu halten, auch ein anderer Wert gewählt werden
kann.
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Anzumerken
ist, dass der Wert von DT über Verzögerungsblöcke 156 und 158 an
die Addiervorrichtungen 120 bzw. 122 rückgeführt wird.
Folglich vergleichen die Addiervorrichtungen 120 und 122 die derzeitige
Verlangsamung ω' mit dem vorherigen Wert
von DT, um Fehlersignale zu erzeugen, die den Begrenzungsvorrichtungen 126 und 133 zugeführt werden,
wie bereits erwähnt
wurde.
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Die
nun zu erläuternde 4 zeigt
ein detailliertes Schaubild des Radreferenzgenerators 96.
Wie bereits beschrieben wurde, erzeugt der Radreferenzgenerator 96 ein
Radreferenzsignal ωref,
das durch die maximale Rate begrenzt ist, bei der sich das Fahrzeug
physikalisch verlangsamen könnte.
Die gemessene Radgeschwindigkeit ω aus dem Sensor 32 wird
einer im Generator 96 enthaltenen Addiervorrichtung 170 zugeführt. Das
Ausgangssignal der Addiervorrichtung 170 wird in eine Begrenzungsvorrichtung 172 eingegeben.
Der obere Grenzwert der Begrenzungsvorrichtung 172 ist
ein vorbestimmter, relativ großer
Wert (z.B. 13), der im Kern eine schnelle Erhöhung des Referenzsignals ωref bei
der Beschleunigung des Rads 30 ermöglicht, wie es gewünscht ist.
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Der
untere Grenzwert der Begrenzungsvorrichtung 172 andererseits
ist ein vorbestimmter Wert, der dahingehend gewählt ist, dass er die maximale Rate
reflektiert, mit der sich das Fahrzeug (z.B. das Flugzeug) physikalisch
verlangsamen könnte.
Unter der Annahme, dass sich das Flugzeug bei dem Ausführungsbeispiel
mit einer maximalen Rate von 0,6 g physikalisch verlangsamen könnte und
dass eine gegebene Abtastperiode der Steuervorrichtung 34 eine Dauer
von 0,00125 Sekunden hat, wird der untere Grenzwert der Begrenzungsvorrichtung 172 auf –0,02415
gesetzt, wobei das Verhältnis
zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Rads und der Lineargeschwindigkeit
des Flugzeugs berücksichtigt
wird.
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Das
Ausgangssignal der Begrenzungsvorrichtung 172 wird in eine
weitere Addiervorrichtung 174 eingegeben. Das Ausgangssignal
der Addiervorrichtung 174 wird an einen Anschluss eines
im Generator 96 enthaltenen Schalters SW3 angelegt. Die
gemessene Radgeschwindigkeit ω aus
dem Sensor 32 wird direkt in den anderen Eingang des Schalters SW3
eingegeben. Die Position des Schalters SW3 bestimmt, ob der in seiner
Rate begrenzte Wert der gemessenen Radgeschwindigkeit ω oder die
gemessene Radgeschwindigkeit ω selbst
durch einen Verzögerungsblock 176 zu
den Addiervorrichtungen 170 und 174 rückgeführt wird.
Insbesondere ist der Pol des Schalters SW3 auf der Leitung 178 mit
dem Eingang des Verzögerungs blocks 176 verbunden.
Der Ausgang des Verzögerungsblocks 176 ist
mit einem positiven Eingang der Addiervorrichtung 174 und
mit einem negativen Eingang der Addiervorrichtung 170 verbunden.
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Die
Position des Schalters SW3 wird durch das Ausgangssignal eines Zwei-Eingangs-UND-Gatters 180 gesteuert.
Wenn das Ausgangssignal des UND-Gatters eine logische 1 ist, legt
der Schalter das Ausgangssignal auf der Leitung 178 an
den Ausgang der Addiervorrichtung 174 an. Wenn hingegen
das Ausgangssignal des UND-Gatters 180 eine logische 0
ist, fügt
der Schalter SW3 das Ausgangssignal auf der Leitung 178 der
gemessenen Radgeschwindigkeit ω selbst
hinzu. Ein Eingangssignal des UND-Gatters 180 ist das ENABLE-Signal,
das von der Bremssteuervorrichtung 24 (1)
erzeugt wird und das während
eines Bremsereignisses aktiv ist (d.h. ENABLE = 1). Das andere Eingangssignal
des UND-Gatters 180 ist das verzögerte DUMP-Bar-Signal, das
dem Generator 96 von dem Ausgang des Verzögerungsblocks 102 (2)
zugeführt
wird.
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Das
Ausgangssignal von dem Schalter SW3 auf der Leitung 178 wird
ferner einem Eingang eines in dem Generator 96 enthaltenen
zweiten Schalters SW4 zugeführt.
Der andere Anschluss des Schalters SW4 ist mit dem Ausgang eines
Verzögerungsblocks 182 verbunden.
Der Polanschluss des Schalters SW4 ist mit der Ausgangsleitung 184 verbunden,
die das Ausgangssignal ωref
des Generators übermittelt. Wie
gezeigt wird das Ausgangssignal auf der Leitung 184 auch
an den Eingang des Verzögerungsblocks 182 angelegt.
Die Position des Schalters SW4 wird durch das von dem Verzögerungsblock 102 (2) erzeugte
verzögerte
DUMP-Bar-Signal gesteuert. Wenn das verzögerte DUMP-Bar-Signal nicht
aktiv (d.h. gleich 1) ist, legt der Schalter das auf der Leitung 178 geführte Ausgangssignal
an die Leitung 184 an. Falls hingegen das verzögerte DUMP-Bar-Signal in
den Aktivzustand übergeht
(d.h. gleich 0 ist), legt der Schalter SW4 das Ausgangssignal des
Verzögerungsblocks 182 auf
die Leitung 184.
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Somit
wird während
eines normalen Bremsvorgangs selbst dann, wenn das DUMP-Bar-Signal nicht
aktiv ist, die von der Begrenzungsvorrichtung 172 erzeugte,
in ihrer Rate begrenzte Radgeschwindigkeit von dem Generator als
Referenzsignal ωref ausgegeben.
Falls während
eines Bremsereignisses ein Blockierzustand detektiert wird und das DUMP-Bar-Signal
aktiv wird, legt der Schalter SW3 die gemessene Radgeschwindigkeit ω als Referenzsignal ωref an die
Ausgangsleitung 184. Der Schalter SW4 wiederum veranlasst,
dass der Wert des auf der Leitung 184 ausgegebenen Referenzsignals ωref durch
den Verzögerungsblock 182 rückgeführt wird. Als
Ergebnis wird während
eines "Fallenlassens" ("Dump") von Bremsdruck,
wenn das DUMP-Bar-Signal aktiv ist, zu Beginn des "Fallenlassens" das Referenzsignal ωref auf
der Leitung 184 auf dem Wert der gemessenen Radgeschwindigkeit ω gehalten.
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Während eines "Dump" steigt infolge der
Tatsache, dass das Rad seine Drehung im Anschluss an die Aufhebung
des Bremsdrucks beschleunigt, die gemessene Radgeschwindigkeit ω an. Der
Komparator 100 (2) detektiert, wann zu Beginn
des Dump die gemessene Radgeschwindigkeit ω bis in den vordefinierten
Teil der gemessenen Radgeschwindigkeit ω ansteigt. Zu diesen Zeitpunkt
geht das DUMP-Bar-Signal in den inaktiven Zustand über, was
das Ende des "Dump" oder Aufhebens des Bremsdrucks
anzeigt. Die gemessene Radgeschwindigkeit ω am Ende des Dump wird von
dem Verzögerungsblock 176 gehalten
und zu den Addiervorrichtungen 170 und 174 rückgeführt. Folglich
dient die am Ende des Dump gemessene Radgeschwindigkeit ω anfangs
als Referenzsignal ωref.
Ferner wird während
eines Nicht-Bremsereignisses, wenn das ENABLE-Signal eine logische
0 ist, das Referenzsignal ωref
anfangs durch die Schalter SW3 und SW4 auf die gemessene Radgeschwindigkeit ω gesetzt.
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Die
kurz zu erläuternde 5 zeigt
eine mit 20' bezeichnete
weitere Ausführungsform
des Bremssteuersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
passt das Steuersignal k die auf das Rad aufgebrachte Bremskraft
an, indem es die Grenzwerte der Begrenzungsvor richtung 38 steuert,
statt wie bei der Ausführungsform gemäß 1 das
Bremssteuersignal Toutput direkt zu skalieren.
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Insbesondere
wird das Steuersignal k aus der Steuervorrichtung 34 in
eine Multiplikationsvorrichtung 200 eingegeben. Die Multiplikationsvorrichtung 200 empfängt an ihrem
anderen Eingang den nominellen oberen Grenzwert für die Begrenzungsvorrichtung 38,
wie durch einen vollen Verstärkungsblock 202 repräsentiert
ist. Bei der Ausführungsform gemäß 1 betrug
dieser volle Verstärkungsfaktor oder
obere Grenzwert beispielsweise 3000, und ein derartiger Wert kann
aus dem Block 202 in die Multiplikationsvorrichtung 200 eingegeben
werden. Die Multiplikationsvorrichtung 200 skaliert den
vollen Verstärkungsfaktor-Wert
mit dem Faktor k, um ein den oberen Grenzwert angebendes Ausgangssignal
(UL) zu erzeugen, das in die Begrenzungsvorrichtung 38 eingegeben
wird. Die Begrenzungsvorrichtung 38 ist derart ausgelegt,
dass sie als ihren oberen Grenzwert den von der Multiplikationsvorrichtung 200 ausgegebenen
aktuellen Wert von UL verwendet.
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Folglich
wird, wenn wie oben beschrieben der Wert k von Null zu Eins variiert,
das an die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 übermittelte
maximale Bremssteuersignal gesteuert. Es hat sich erwiesen, dass
die auf dem Wert von k basierende Steuerung des oberen Grenzwerts
der Begrenzungsvorrichtung 38 eine sanfte Anti-Rutsch-Steuerung
ermöglicht.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich sein, dass bei der
Antirutsch-Bremssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung die
gemessene Radgeschwindigkeit verwendet wird, um eine Bremssteuerung
für ein
Fahrzeug wie z.B. ein Flugzeug durchzuführen. Die gemessene Radgeschwindigkeit
wird differenziert, um die Verlangsamung des Rads zu bestimmen,
und die Steuervorrichtung vergleicht dann die Verlangsamung mit
einem vorbestimmten Verlangsamungs-Schwellenwert. Falls sich das
Rad schneller verlangsamt als vom Verlangsamungs-Schwellenwert vorgegeben,
verkleinert die Steuervorrichtung den auf die Bremsen ausgeübten Befehls-Druck
um einen Skalierungsfaktor. Andernfalls kann möglicherweise ein voller Befehls-Druck aufgebracht
werden. Die Steuervorrichtung ist in der Lage, nur auf der Basis
der gemessenen Radgeschwindigkeit zu arbeiten; somit sind keine
zusätzlichen
Sensoren erforderlich.
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Obwohl
die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben
wurde, versteht sich, dass Fachleuten, welche die Beschreibung gelesen
und verstanden haben, Äquivalente
und Modifikationen ersichtlich sein werden. Die vorliegende Erfindung
umfasst sämtliche
derartigen Äquivalente
und Modifikationen und ist nur durch den Schutzumfang der folgenden Ansprüche beschränkt.