DE69930982T2

DE69930982T2 - Bremssteuerungssysteme und Verfahren

Info

Publication number: DE69930982T2
Application number: DE69930982T
Authority: DE
Inventors: Michael Lee South Burlington Zierolf
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2019-02-11
Also published as: DE69930982D1; IL128473A; EP0936116A2; EP0936116A3; EP0936116B1; JPH11278236A; IL128473A0; US6178370B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Bremssteuersysteme und -verfahren und insbesondere auf Verlangsamung basierende Antirutsch-Bremssteuervorrichtungen und auf Verlangsamung basierende Verfahren.
Technischer Hintergrund der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Überblick über die Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Bremssystems, das eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete, auf Verlangsamung basierende Antirutsch-Bremssteuervorrichtung mit adaptivem Verlangsamungs-Schwellenwert aufweist;
2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der auf Verlangsamung basierenden Antirutsch-Bremssteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des adaptiven Verlangsamungsschwellenwert-Generators, der in der Antirutsch-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Radreferenz-Generators, der in der Antirutsch-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist; und
5 zeigt ein Blockschaltbild eines Bremssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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.
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.
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 T_output 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.
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.
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 T_output mit dem Wert von k multipliziert. Das resultierende modifizierte Bremssteuersignal T_output 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 T_output eine Bremskraft auf das Rad 30 auf. Die Begrenzungsvorrichtung 38 dient zum Begrenzen des maximalen modifizierten Bremssteuersignals T_output, um eine Beschädigung der Bremsbetätigungsvorrichtung 26 und/oder der Bremsvorrichtung 28 zu vermeiden.
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.
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.
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 T_C) konvertiert, das an die Steuervorrichtung 34 ausgegeben wird. Der Wert des Befehlssignals T_C 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 T_C und gibt das Bremssteuersignal T_output, das in Relation zum Befehlssignal T_C steht. Es versteht sich, dass das Steuersignal T_output 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 T_output 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.
Wie bereits erwähnt wird das modifizierte Steuersignal T_output mittels der Begrenzungsvorrichtung 38 modifiziert, bevor es in die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 eingegeben wird. Die Bremsbetätigungsvorrichtung 26 wiederum übt auf der Basis des modifizierten Steuersignals T_output 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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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 T_output 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 T_output direkt zu skalieren.
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.
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.
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.
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.

Claims

Antischleuder-Bremssteuervorrichtung (20, 20') zum Steuern einer Bremsoperation eines Rads (30) eines Fahrzeugs auf der Basis eines Radgeschwindigkeitssignals (ω), das von einem mit dem Rad (30) verbundenen Radgeschwindigkeitssensor (32) ausgegeben wird, wobei die Steuervorrichtung (20, 20') aufweist: eine Einrichtung (34) zum Schätzen einer Verlangsamung (ω') des Rads (30) auf der Basis des von dem Radgeschwindigkeitssensor (32) ausgegebenen Radgeschwindigkeitssignals (ω); eine adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) zum Erzeugen eines Verlangsamungs-Schwellenwerts (DT), der entsprechend einem vorgeschriebenen Kriterium variiert; eine Vergleichsvorrichtung (60) zum Vergleichen der geschätzten Verlangsamung (ω') des Rads mit dem Verlangsamungs-Schwellenwert (DT); und eine Ausgabevorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals (k) zum Einstellen einer auf das Rad (30) ausgeübten Bremskraft (T_output) auf der Basis des Vergleichs, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) als Funktion der Differenz zwischen der geschätzten Verlangsamung (ω') und dem vordefinierten Schwellenwert (DT) aus einem früheren Intervall variiert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Steuersignal (k) derart funktioniert, dass die auf das Rad (30) aufgebrachte Bremskraft mit einer Rate reduziert wird, die größer ist als die Rate, mit der das Steuersignal (k) die auf das Rad (30) aufgebrachte Bremskraft vergrößert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Steuersignal (k) veranlasst, dass die auf das Rad (30) aufgebrachte Bremskraft in größeren Inkrementen reduziert wird als diejenigen, in denen die Bremskraft auf der Basis des Vergleichs vergrößert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Ausgabevorrichtung einen Begrenzer (70) für eine erste Rate und einen Verstärker (72) mit einem ersten Verstärkungsfaktor, um zu bewirken, dass das Steuersignal mit einer auf dem Vergleich basierenden ersten Rate reduziert wird, und einen Begrenzer (78) für eine zweite Rate und einen Verstärker (80) mit einem zweiten Verstärkungsfaktor aufweist, um zu bewirken, dass das Steuersignal (k) mit einer auf dem Vergleich basierenden zweiten Rate vergrößert wird, wobei die erste Rate größer ist als die zweite Rate.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) den vorgenannten Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) mittels eines Skalierungsfaktors variiert, in dem die durch das Radgeschwindigkeitssignal (ω) repräsentierte gemessene Radgeschwindigkeit enthalten ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Vorrichtung (100) zum Detektieren eines Blockierzustands durch Vergleichen des Radgeschwindigkeitssignals mit einem Referenzsignal (ωref).
Steuervorrichtung nach Anspruch 6, bei dem das Referenzsignal durch das Radgeschwindigkeitssignal repräsentiert ist, nachdem dessen Rate entsprechend einer vordefinierten maximalen Rate, bei der das Fahrzeug abgebremst werden könnte, begrenzt worden ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) den Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) basierend darauf variiert, ob die geschätzte Verlangsamung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Verlangsamungs-Schwellenwerts aus einem früheren Intervall fällt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rate, mit der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) den Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) vergrößert, kleiner ist als die Rate, mit der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) den Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) verkleinert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung den Verlangsamungs-Schwellenwert (DT) als Funktion der gemessenen Radgeschwindigkeit vergrößert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, bei der die adaptive Verlangsamungs-Schwellenwert-Einrichtung (62) einen Nenn-Verlangsamungs-Schwellenwert mit einem die gemessene Radgeschwindigkeit enthaltenden Skalierungsfaktor multipliziert, um den Verlangsamungs-Schwellenwert zu errechnen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit einer Vorrichtung (100) zum Detektieren eines Blockierzustands durch Vergleichen des Radgeschwindigkeitssignals mit einem Referenzsignal (ωref).
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das Referenzsignal durch das Radgeschwindigkeitssignal repräsentiert ist, nachdem dessen Rate entsprechend einer vordefinierten maximalen Rate, bei der das Fahrzeug abgebremst werden könnte, begrenzt worden ist.
Verfahren zum Steuern einer Bremsoperation eines Rads eines Fahrzeugs auf der Basis eines Radgeschwindigkeitssignals, das 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, gekennzeichnet durch Variieren des Verlangsamungs-Schwellenwerts als Funktion der Differenz zwischen der geschätzten Verlangsamung und dem vordefinierten Schwellenwert aus einem früheren Intervall.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der das Steuersignal derart funktioniert, dass die auf das Rad aufgebrachte Bremskraft mit einer Rate reduziert wird, die größer als die Rate ist, mit der das Steuersignal die auf das Rad aufgebrachte Bremskraft vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der das Steuersignal veranlasst, dass die auf das Rad aufgebrachte Bremskraft in größeren Inkrementen reduziert wird als diejenigen, in denen die Bremskraft auf der Basis des Vergleichs vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit dem Detektieren eines Blockierzustands durch Vergleichen des Radgeschwindigkeitssignals mit einem Referenzsignal.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Referenzsignal durch das Radgeschwindigkeitssignal repräsentiert wird, nachdem dessen Rate entsprechend einer vorbestimmten maximalen Rate, bei der das Fahrzeug abgebremst werden könnte, begrenzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der der Verlangsamungs-Schwellenwert basierend darauf variiert wird, ob die geschätzte Verlangsamung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Verlangsamungs-Schwellenwerts aus einem früheren Intervall fällt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der die Rate, mit welcher der Verlangsamungs-Schwellenwert vergrößert wird, kleiner ist als die Rate, mit welcher der Verlangsamungs-Schwellenwert verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der der Verlangsamungs-Schwellenwert als Funktion der gemessenen Radgeschwindigkeit vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei der ein Nenn-Verlangsamungs-Schwellenwert mit einem die gemessene Radgeschwindigkeit enthaltenden Skalierungsfaktor multipliziert wird, um den Verlangsamungs-Schwellenwert zu errechnen.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner mit dem Detektieren eines Blockierzustands durch Vergleichen des Radgeschwindigkeitssignals mit einem Referenzsignal.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Referenzsignal durch das Radgeschwindigkeitssignal repräsentiert ist, nachdem dessen Rate ent sprechend einer vorbestimmten maximalen Rate, bei der das Fahrzeug abgebremst werden könnte, begrenzt worden ist.