DE4319865C1 - Radschlupfregelverfahren und Radschlupfregelsystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radschlupfregelverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein Rad­ schlupfregelsystem zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Derartige Systeme sind als Anti-Blockier-Systeme (ABS) und An­ triebs-Schlupf-Regelungen (ASR) in vielerlei Varianten bekannt (siehe M. Burckhardt, Radschlupf-Regelsysteme, Vogel-Verlag, 1993). Hierbei verhindert eine ABS-Regelung das Überbremsen und Blockieren einzelner Räder, z. B. bei einer Panikbremsung, um in diesem Fall die Lenkbarkeit des Fahrzeugs bei kritischen Fahr­ manövern zu erhalten und in der Mehrzahl der Fälle eine Brems­ wegverkürzung zu erzielen. Bei einem gebräuchlichen ABS wird die erforderliche Anpassung des Bremsdrucks indirekt durch Ein- oder Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit über steuerbare Magnetventile erreicht. Dazu ist in jedem Bremskanal eine soge­ nannte Rückförderpumpe anzuordnen, um die prinzipbedingte Drift der Bremspedalposition zu stabilisieren. Eine Schwierigkeit stellt die stark nicht lineare Wirkung des Stelleingriffs über die Magnetventile dar. Die momentane Druckreduktion läßt sich nur mittelbar über ihre Auswirkung auf die Raddrehung detek­ tieren.

Eine ABS-Variante nach dem Plungerprinzip ist aus M. Tibken, Ein neues ABS nach dem Plunger-Prinzip, ATZ 92 (1990), Seiten 40 bis 46 bekannt, bei dem ein passiver Plunger mit aktiver Rückdruckfeder und einem mechanischen, über eine Magnetkupplung motorisch angetriebenen Rückzug versehen ist. Dieses ABS ver­ meidet zwar Rückförderpumpen und Magnetventile, erfordert je­ doch einen hohen Bauaufwand und zusätzliche Meßgrößen.

Aus der DE 39 16 513 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln und Einstellen einer optimalen mittleren Bremsverzögerung bekannt, bei dem ein Regelkreis mit einem analogen ABS-Regler vorgesehen ist, dessen Stellgrößensignal einen Druckmodulator in Form ei­ nes steuerbaren Plungers beaufschlagt, bei dem ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der aus der Regelung resultierenden Druckkolbenansteuerung und dem im System vorhandenen Druck be­ steht. Jedoch sieht auch die dortige Regelphilosophie die Akti­ vierung des Radschlupfregelsystems nur für den Fall einer Voll­ bremsung vor, während im Teilbremsbereich kein geregelter Bremsvorgang erfolgt.

Bei einem ferner bekannten Antiblockiersystem gemäß der DE-AS 21 17 052 erfolgt eine Regelung des Bremsdrucks der geregelten Räder dann, wenn das bei dem Bremsvorgang erzielte Bremsmoment ein Maximum erreicht. Die Regelung des Bremsdrucks erfolgt dabei über Magnetventile.

Sämtlichen bekannten Anti-Blockier-Systemen und/oder Anti- Schlupf-Regelungen liegt die gemeinsame Regelphilosophie zu­ grunde, die Fahrzeugbewegung bis zu vorwählbaren Grenzwerten der die Fahrdynamik repräsentierenden Parameter gänzlich dem Fahrer zu überlassen und erst beim Überschreiten dieser Grenz­ werte, z. B. beim ABS durch das drohende Blockieren eines Rades oder bei der ASR durch das drohende Durchdrehen eines Rades, den erforderlichen Radschlupfregelvorgang vollständig durch die selbsttätige Regelung zu steuern. Diese Regelphilosophie führt zu Anpassungsschwierigkeiten im Übergangsbereich. So ändern sich durch die Anpassung der Bremskräfte an die momentanen Kraftschlußbedingungen während einer ABS-Regelung die Fahrzeug­ eigenschaften, wie Lenkverhalten und Steuertendenz, zum Teil erheblich, sobald die Regelung einsetzt. Die bei bekannten An­ ti-Blockier-Systemen getroffenen Maßnahmen zur Verbesserung dieses Übergangs führen prinzipiell zu Bremswegverlängerungen, da das Bremskraftpotential zeitweise nicht ausgeschöpft wird. Dies ist vor allem auch durch die weitgehend unflexible Brems­ kraftverteilung zwischen Hinter- und Vorderrädern und/oder rechten und linken Rädern bedingt, die es unmöglich macht, für jedes Rad den für die momentane Fahrsituation gerade optimalen Schlupf einzustellen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Radschlupfregelverfahrens und eines Radschlupfregelsy­ stems zu dessen Durchführung zugrunde, welche die Einstellung eines optimalen Schlupfes für jedes Rad bei jeder Fahrsituation ermöglichen und plötzliche Änderungen im Fahrverhalten bei sich ändernder Fahrsituation vermeiden.

Dieses Problem wird durch ein Radschlupfregelverfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch ein Radschlupfregelsystem nach dem An­ spruch 5 gelöst. Diese Lösung sieht grundsätzlich eine selbst­ tätige Regelung des Radschlupfs in jeder Fahrsituation, also auch in Situationen, in denen die bekannten ABS und ASR nicht aktiviert sind, vor. Dies bedeutet, daß eine Bremsdruckregelung bereits bei niedrigen und mittleren Bremskräften durchgeführt wird und nicht erst, wie beim bekannten ABS, wenn eines oder mehrere Räder zu blockieren drohen. Die stufenlose, proportio­ nale Bremsdruckregelung durch Plunger ergibt eine flexible Bremsregelung, bei der sich Fahrzeug- und Fahrzustandsverhalten mit zunehmender Bremskraft stetig und ohne einen abrupten Über­ gang ändern. Hierfür werden die vorgegebenen Fahrparameter - unter diesem Begriff sind das Soll-Fahrverhalten vorzugsweise softwaremäßig vorbestimmende Parameter zu verstehen - in der Regeleinrichtung so gewählt, daß bereits bei stärkeren Teil­ bremsungen, bei denen bekannte Anti-Blockier-Systeme noch nicht ansprechen, bereits eine Radschlupfregelung dahingehend er­ folgt, daß die Fahrzeugeigenschaften bereits in solchen Situa­ tionen in Richtung eines ABS-typischen Fahrzeugverhaltens ab­ gestimmt werden, so daß ein weicher Übergang zu einer ABS- artigen Regelung im Fall einer Vollbremsung vorliegt. Durch die mit der Regelung ermöglichte flexible Bremsdruckverteilung für jeden Bremskanal läßt sich der jeweils optimale Radschlupf für die Räder jedes Bremskanals einstellen. Mit der Verwendung steuerbarer Plunger, mit denen sich der Bremsdruck durch einen dem jeweiligen Steuersignal vom Regler proportionalen Zusatz­ bremsdruck zum Hauptzylinderbremsdruck anpassen läßt, sind Rückförderpumpen nicht erforderlich und die magnetventilindu­ zierten Nichtlinearitäten des Systems entfallen. Die direkte druckproportionale Ansteuerung vereinfacht die Regelung selbst erheblich. Die Dynamik des Regelkreises zur flexiblen Brems­ regelung enthält nur noch die Nichtlinearitäten des Systems Rad-Straße und ist im Gegensatz zum bekannten ABS kaum vom schwer zu ermittelnden Druckniveau im Hauptbremszylinder ab­ hängig. Die von der Regelung ermittelten Soll-Differenzdrücke und damit die Stellgrößensignale liefern eine günstige Basis zur Bestimmung der momentanen Kraftschlußbedingungen bzw. der momentanen Radlasten, was wiederum zur Verbesserung der Regel­ güte genutzt werden kann.

Durch die Hydraulik der flexiblen Bremsregelung verbunden mit der in der Regeleinrichtung abgelegten Regelphilosophie ist es möglich, die Verteilung der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterrädern und/oder linken und rechten Rädern kontinuierlich auf die vorliegende Fahrsituation abzustimmen. Der Übergang vom Teil- in den Voll-Bremsbereich wird durch eine entsprechende Ansteuerlogik innerhalb der Regeleinrichtung so gestaltet, daß das Fahrzeug für den Fahrer in dieser Situation leicht zu be­ herrschen ist. Die Hinterachse kann im Gegensatz zur Regel­ philosophie bekannter Anti-Blockier-Systeme auf höhere Brems­ leistungen ausgelegt werden, da die Bremsregelung selbst eine optimale Verteilung der Bremskraft zwischen Vorder- und Hinter­ rädern einstellt. Ähnliche Anpassungen der Bremskraftverteilung sind zwischen linken und rechten Rädern bei Kurvenbremsungen möglich und zweckmäßig.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie unter Berücksichtigung der nachfol­ genden Beschreibung einer in der Figur dargestellten bevorzug­ ten Ausführungsform.

Die einzige Figur zeigt ein Radschlupfregelsystem für einen Personenkraftwagen mit getrennten Bremskanälen für die Vorder­ räder und einem gemeinsamen Bremskanal für die Hinterräder.

In der Figur ist ein Hauptbremszylinder (1) dargestellt, der über einen Bremskraftverstärker (21) durch ein Pedal (10) be­ tätigbar ist. Aus dem Hauptbremszylinder (1) führen zwei ge­ trennte Bremsleitungen (22, 23) ab, von denen die eine (23) einen gemeinsamen Bremskanal (4) für zwei Hinterradbremsen (7, 8) bildet und die andere (22) sich in zwei Bremskanäle (2, 3) aufteilt, die jeweils getrennt eine linke Vorderradbremse (5) und eine rechte Vorderradbremse (6) mit Bremsdruckfluid ver­ sorgen.

In jedem Bremskanal (2, 3, 4) befindet sich vor den zugeordne­ ten Radbremsen (5, 6, 7, 8) ein steuerbarer Plunger (11, 12, 13). Über die Bremskanäle (2, 3, 4) ist diesen Plungern (11, 12, 13) jeweils der momentane Hauptbremszylinderdruck (p) ein­ gangsseitig zugeführt. Dieser eingangsseitige Druck (p) wird in den Plungern (11, 12, 13) unter dem Einfluß eines elektrischen Stellgrößensignals (r₁, r₂, r₃) in jeweilige ausgangsseitige Drücke (p₁, p₂, p₃) moduliert, mit denen die zugehörigen Rad­ bremsen (5, 6, 7, 8) beaufschlagt werden. Die Stellgrößensigna­ le (r₁, r₂, r₃) werden für jeden Plunger (11, 12, 13) getrennt von einer Regeleinrichtung (9) abgegeben. Sie bewirken, daß der jeweilige Plunger (11, 12, 13) den eingangsseitig zugeführten Hauptzylinderdruck (p) um einen Zusatzdruck (dp₁, dp₂, dp₃) moduliert, der dem zugehörigen Stellgrößensignal (r₁, r₂, r₃) proportional ist, so daß sich der jeweilige Radbremsdruck (p₁, p₂, p₃) als Summe aus Hauptbremszylinderdruck (p) und stell­ größenproportionalem Zusatzdruck (dp₁, dp₂, dp₃) ergibt, d. h. p₁ = p + dp₁, p₂ = p + dp₂ und p₃ = p + dp₃. Die Regeleinrich­ tung (9) gewinnt die Stellgrößensignale (r₁, r₂, r₃) durch Vergleich eingangsseitig zugeführter, gemessener Parameterwerte mit innerhalb seiner Ansteuerlogik fest vorgegebenen, in ent­ sprechender Software abgespeicherten Parameterwerten. Gemessen werden hierbei die die Fahrzeugbewegung und die Drehungen der Räder sowie den Fahrzeugzustand charakterisierenden Parameter, wie dies für Radschlupfregelsysteme an sich bekannt und in der Figur schematisch zusammenfassend durch eine Sensorgesamtheit (20) wiedergegeben ist. Die nicht näher gezeigten, fest abge­ speicherten Parameterwerte, die als Führungsgrößen der Regelung dienen, werden in der Ansteuerlogik der Regeleinrichtung (9) anfangs in nicht näher gezeigter Weise für die verschiedenen Fahrsituationen dergestalt vorgegeben, daß sich in den ver­ schiedenen Fahrsituationen jeweils ein optimales Fahrverhalten ergibt.

Hierbei ist es dem Fachmann grundsätzlich geläufig, wie er die­ se festen Parameterwerte vorzugeben hat, jedoch konnte er die­ ses Wunschziel bei den bekannten Anti-Blockier-Systemen unter anderem wegen deren unflexibler Bremskraftaufteilung zwischen den verschiedenen Rädern nicht realisieren. So müssen bei den bekannten Anti-Blockier-Systemen die Hinterachsbremsen stark unterbremst werden, wodurch häufig das ABS bei Aktivierung an den Vorderrädern vorschnell reagiert und nicht der optimale Kraftschluß an allen Rädern ausgenützt wird. Mit dem darge­ stellten Radschlupfregelsystem ist hingegen eine flexible Bremsregelung möglich, bei der die Bremskraft variabel zwischen Hinter- und Vorderachse sowie zwischen linkem und rechtem Vor­ derrad aufteilbar ist. Zudem ist die Regelung mittels der An­ steuerlogik so ausgelegt, daß die Regelung nicht wie bekannte Anti-Blockier-Systeme oder Antriebs-Schlupf-Regelungen erst bei drohendem Blockieren bzw. Durchdrehen eines Rades, sondern be­ reits im Bereich niedriger oder mittlerer Bremskräfte aktiviert wird.

Die fest vorgegebenen (Führungsgrößen-)Parameterwerte sind hierbei so abgestimmt, daß ein weicher, kontinuierlicher Über­ gang des Fahrzeugverhaltens zwischen Teil- und Vollbremsbereich gewährleistet ist. Sprungartige Änderungen des Fahrzeugverhal­ tens, wie sie bei bekannten ASR oder ABS in dem Augenblick, in dem sie aktiviert werden, durch die Übernahme des zuvor allein fahrergesteuerten Fahrzeugs in den geregelten Fahrbetrieb auf­ treten, werden beim vorliegenden Radschlupfregelsystem vermie­ den. Die Abstimmung der vorgegebenen Parameterwerte wird so vorgenommen, daß im Bereich hoher Bremskräfte, d. h. im Rahmen der eigentlichen ABS-Funktion, das Blockieren einzelner Räder verhindert, die Lenkfähigkeit erhalten und die Änderung der fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs bei Erhöhung des Bremsdrucks laufend kontrolliert werden, so daß das Fahrzeug in diesen Fahrsituationen leicht beherrschbar bleibt. Im Bereich niedriger und mittlerer Bremskräfte wird das dynamische Fahr­ zeugverhalten durch eine passende Verteilung der Bremskräfte im Sinne einer hohen Fahrsicherheit und einer angemessenen Verzö­ gerung optimiert. Hierbei wird bei einer Fahrerbremsanforderung über die Bremspedalbetätigung des Fahrers die von ihm ge­ wünschte resultierende Fahrzeugverzögerung sensiert, und die Regeleinrichtung (9) bestimmt hieraus sowie aus der ebenfalls erfaßten momentanen Fahrsituation die passenden Stellgrößensig­ nale (r₁, r₂, r₃), um den jeweiligen Bremsdruck für das linke Vorderrad (5) und das rechte Vorderrad (6) sowie für die beiden Hinterräder (7, 8) so einzustellen, daß die gewünschte Fahr­ zeugverzögerung mit einem fahrdynamisch optimalen Bremsvorgang erzielt wird. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei einer Brem­ sung in einer bestimmten Fahrsituation sowie das Fahrzeugver­ halten im Übergangsbereich zwischen Teil- und Vollbremsung läßt sich folglich durch das softwaremäßige Vorgeben der Führungs­ größen-Parameterwerte in der Ansteuerlogik der Regeleinrichtung (9) in einer gewünschten, optimalen Weise wählen, so daß das Fahrzeug vom Fahrer jederzeit leicht zu beherrschen bleibt. Die Hinterachse kann im Gegensatz zur klassischen Anti-Blockier- Regelphilosophie durch die flexible Bremskraftverteilung auf höhere Bremsleistungen ausgelegt werden. Ebenso sind in einfa­ cher Weise flexible Bremskraftverteilungen zwischen linken und rechten Rädern bei Kurvenbremsungen möglich.

Es versteht sich, daß bei entsprechender Ausgestaltung der An­ steuerlogik für die Regeleinrichtung (9) das dargestellte Rad­ schlupfregelsystem nicht nur zur Regelung des Bremsschlupfs, sondern auch unter Übertragung der vorliegenden Regelphiloso­ phie einer flexiblen Bremsdruckeinstellung in jedem Bremskanal zur Regelung des Antriebsschlupfes verwendbar ist. Auch diese ASR-Funktion ist sehr flexibel, indem ein zu hoher Antriebs­ schlupf an einem oder mehreren Rädern gezielt durch Einstellen eines passenden Zusatzdrucks für die zugehörigen eine oder mehreren Radbremsen begrenzt wird.

Die flexible Bremsregelung mit weichem Übergang vom Teil- zum Vollbremsbereich wird hardwareseitig dadurch möglich, daß sich die Zusatzdrücke (dp₁, dp₂, dp₃) durch die steuerbaren Plunger (11, 12, 13) jeweils proportional zu und damit kontinuierlich von den zugehörigen Stellgrößensignalen (r₁, r₂, r₃) abhängig einstellen lassen, wodurch zudem eine Sensorik bezüglich der Bremsdruckerfassung entfallen kann, da die Bremsdrücke durch die Stellgrößensignale eindeutig bestimmt sind. Es ist klar, daß die Zusatzdrücke (dp₁, dp₂, dp₃) auch negatives Vorzeichen haben können, d. h. daß der zugehörige Plunger dann einen Rad­ bremsdruck einstellt, der geringer als der eingangsseitige Hauptzylinderbremsdruck (p) ist, z. B. im klassischen ABS-Fall einer Panikbremsung.

Die einzelnen Bremskanäle (2, 3, 4) sind gegeneinander und ge­ genüber dem Hauptbremszylinder (1) mittels Pufferelementen in Form jeweiliger Drosseln (14, 16, 18) und Dämpfer (15, 17, 19) entkoppelt, um unerwünschte Druckrückwirkungen auszuschließen.

Selbstverständlich sind zahlreiche Modifikationen des darge­ stellten Radschlupfregelsystems möglich. So kann bei Bedarf der Hinterachsbremskanal (4) in zwei getrennte Kanäle für die bei­ den Hinterradbremsen (7, 8) aufgeteilt werden, so daß letztere einzeln druckansteuerbar sind. Des weiteren läßt sich die ange­ wendete Radschlupf-Regelphilosophie durch entsprechende Soft­ ware in der Ansteuerlogik der Regeleinrichtung (9) auf die je­ weiligen Gegebenheiten abstimmen, um für die jeweilige Anwen­ dung die bestmögliche flexible Radschlupfregelung zu erreichen.

Claims (6)

1. Radschlupfregelverfahren für ein Kraftfahrzeug mit wenig­ stens einem, an einen Hauptbremszylinder (1) angeschlossenen Bremskanal (2, 3, 4), wobei jedem Bremskanal eine oder mehrere Radbremsen (5, 6, 7, 8) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Bremsdruck (p₁, p₂, p₃) jedes Bremskanals (2, 3, 4) in jeder Fahrsituation stufenlos und proportional zu einem zugehörigen Stellgrößensignal (r₁, r₂, r₃) eingestellt wird, das von einer Regeleinrichtung (9) in Abhängigkeit von der Abweichung gemessener, die vorliegende Fahrsituation reprä­ sentierender Fahrparameterwerte und fest vorgegebener Fahrpara­ meterwerte erzeugt wird, wobei die festen Fahrparameterwerte ein für die jeweilige Fahrsituation vorgewähltes stabiles Fahr­ verhalten repräsentieren und sich mit Änderung der Fahrsitua­ tion stetig ändern.

2. Radschlupfregelverfahren nach Anspruch 1 für ein Kraftfahr­ zeug mit wenigstens zwei Bremskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Fahrparameterwerte für Bremsvorgänge mit niedri­ ger oder mittlerer Bremskraft so gewählt sind, daß die vom Fah­ rer jeweils gewünschte, über die Hauptbremszylinderbetätigung erfaßte Verzögerung mit einer für die jeweilige Bremssituation fahrdynamisch optimierten, flexiblen Aufteilung der Stellgrö­ ßensignale (r₁, r₂, r₃) für die Bremskanäle (2, 3, 4) und damit der Bremskräfte für die verschiedenen Radbremsen (5, 6, 7, 8) eingeregelt wird.

3. Radschlupfregelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Fahrparameterwerte für Bremsvorgänge mit hohen Bremskräften so gewählt sind, daß ein Blockieren der Räder ver­ hindert wird und die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs erhalten bleibt, wobei kontinuierlich während der Bremsdrucksteigerung bei einem solchen Bremsvorgang die die Fahrdynamik des Fahr­ zeugs repräsentierenden Parameter gemessen und unter Verwendung dieser Meßwerte die geeigneten Stellgrößensignale (r₁, r₂, r₃) für die verschiedenen Bremskanäle (2, 3, 4) ermittelt werden.

4. Radschlupfregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bremsvorgang in jedem Bremskanal (2, 3, 4) durch das zugehörige Stellgrößensignal (r₁, r₂, r₃) ein Zusatzbrems­ druck (dp₁, dp₂, dp₃) erzeugt und dem Hauptbremszylinderdruck (p) überlagert wird.

5. Radschlupfregelsystem zur Durchführung des Radschlupfregel­ verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit

• - einem pedalbetätigbaren (10) Hauptbremszylinder (1),
• - wenigstens einem an den Hauptbremszylinder angeschlossenen Bremskanal (2, 3, 4), wobei
• - jedem Bremskanal wenigstens eine Radbremse (5, 6, 7, 8) zugeordnet ist,
• - einer Regeleinrichtung (9), die für jeden Bremskanal zu dessen Bremsdruckregelung ein zugehöriges Stellgrößensig­ nal (r₁, r₂, r₃) erzeugt, und
• - einem Plunger (11, 12, 13) in jedem Bremskanal (2, 3, 4), wobei dem oder den Plungern eingangsseitig der Hauptbrems­ zylinderdruck (p) und das zugehörige Stellgrößensignal (r₁, r₂, r₃) der Regeleinrichtung zuführbar sind und der oder die Plunger ausgangsseitig den zugehörigen Bremsdruck für die Radbremsen (5, 6, 7, 8) liefern, dadurch gekennzeichnet,
  daß der oder die Plunger (11, 12, 13) zur geregelten Brems­ druckeinstellung ausgangsseitig jeweilige Bremsdrücke (p₁, p₂, p₃) bereitstellen, die sich jeweils aus der Summe des Haupt­ bremszylinderdrucks (p) und einem zum zugeführten Stellgrößen­ signal (r₁, r₂, r₃) proportionalen Zusatzdruck (dp₁, dp₂, dp₃) ergibt.

6. Radschlupfregelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckrückwirkung auf den Hauptbremszylinder (1) abfan­ gende Pufferelemente (14, 15) in wenigstens einem Bremskanal (4) zwischen dem Hauptbremszylinder (1) und dem zugehörigen Plunger (13) angeordnet sind.