DE4114047A1 - Elektronisches brems- oder anfahrregelsystem fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Brems- oder Anfahrregelsystem für Fahrzeuge gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges System ist aus der EP-A-2 93 561 bekannt.

Elektronische Brems- oder Anfahrregelsystemse sind seit längerem bekannt und haben vor allem die Aufgabe, den Bremsschlupf bzw. den Anfahrschlupf der Fahrzeugräder auf einen optimalen Wert einzuregeln. Hierdurch wird beim Bremsen der Bremsweg minimiert, wobei die Lenk­ fähigkeit des Fahrzeuges erhalten bleibt. Beim Anfahren wird das Durchdrehen der Antriebsräder verhindert, und so der Anfahrvorgang beschleunigt.

Derartige Systeme benötigen, um sicher bzw. optimal regeln zu können, möglichst genaue Eingangswerte. Die wichtigsten Eingangswerte sind dabei die Raddrehzahlen, die von im Randbereich der Räder angebrachten Radsen­ soren geliefert werden.

Es sind nun Fälle denkbar bzw. möglich, in denen die Raddrehzahlen einzelner Räder dauernd vom Mittelwert aller Räder bzw. der Räder einer Bezugsachse abweichen. Diese Abweichungen können verursacht werden durch unterschiedliche Reifendurchmesser, die durch Ver­ schleiß, Fabrikationsstreuungen oder unterschiedliche an Vorderachsen und Hinterachsen montierte Reifensorten bedingt sind. Eine solche Paarung ungleicher Reifentypen kommt in der Praxis durchaus vor.

Weiter können ständig abweichende Raddrehzahlen auch durch ein falsch verbautes Polrad, das dem Radsensor gegenüberliegt, verursacht werden. So kann z. B. irrtüm­ lich ein Polrad mit 80 Zähnen anstatt eines mit 100 Zähnen montiert sein. Hierdurch wird ein scheinbar zu langsam laufendes Rad sensiert.

Durch Räder mit unterschiedlichem Reifendurchmesser bzw. Abrollumfang kann es bei einer Blockierschutzregelung (ABS) oder eine Anfahrregelung (ASR) zu verfrühten oder verspäteten Schlupfsignalen kommen. Hierdurch wird die Regelgüte bzw. der Regelkomfort herabgesetzt.

Falsch verbaute Polräder an Vorder- und Hinterachse sind ein Sicherheitsproblem vor allem bei solchen Blockier­ schutz-Systemen, die mit aus mehreren Radgeschwindig­ keiten gebildeter Geschwindigkeits-Referenz arbeiten. Hier kann es zu drucklosen bzw. unterbremsten Rädern bzw. Achsen kommen, wenn einzelne Räder als scheinbar zu langsam laufend sensiert werden.

Es ist bereits bekannt, zur Feststellung von Reifen mit zu geringem Luftdruck, die Geschwindigkeiten aller Reifen miteinander zu vergleichen und so einzelne Reifen mit geringfügig erhöhter Drehzahl zu erkennen (DE-OS 25 18 816). Diese Schrift gibt jedoch keinen Hinweis auf eine Anwendung bei einem Blockierschutz­ system oder einer Anfahrregelung, und ist für Gürtel­ reifen nicht geeignet.

Es ist weiter aus der oben erwähnten EP-A-2 93 561, die sich im wesentlichen mit einer Kurvenerkennung beschäf­ tigt, bekannt, ein z. B. nach Ausfall eines normalen Rades montiertes sogenanntes Notrad mit verringertem Durchmesser zu erkennen. Derartige Noträder haben einen bis zu 20% geringeren Abrollumfang als die Standard­ räder. Die Notraderkennung erfolgt dabei durch Ver­ gleichen von "Kurvenfahrt-Signalen" der Vorder- und der Hinterachse.

Falls diese Signale über einen längeren Zeitraum unter­ schiedlich sind, schließt die Elektronik auf die Montage eines solchen Notrades. Durch eine Elektronik-interne Verringerung der gemessenen Drehzahl bzw. eine Umschal­ tung der Logik läßt sich die Abweichung kompensieren und die Regelung der besonderen Situation anpassen. Nähere Einzelheiten sind in der bekannten Schrift jedoch nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektro­ nisches Brems- oder Anfahrregelsystem der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei geringfügigen, andauernden Drehzahlabweichungen einzelner Räder die Regelgüte verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ent­ haltene Erfindung gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles, das in einer Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein vereinfacht dargestelltes Blockschaltbild einer ABS- oder ASR-Einrichtung, und in

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Reifentoleranz- Überwachungseinrichtung und Abgleicheinrich­ tung gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Blockierschutz- und/oder Anfahrregelungs-System gemäß dem Stand der Technik ist dargestellt bei einem Fahrzeug mit vier Rädern, deren Drehzahlen mit Hilfe von vier Radsensoren (1) bis (4) abtastbar sind. Das Fahrzeug besitzt eine Vorderachse (VA) und eine Hinterachse (HA). Gegebenen­ falls sind noch weitere Vorder- bzw. Hinterachsen vorgesehen (nicht dargestellt). Die Signale der Rad­ sensoren werden einer Elektronik (5) zugeführt. Diese enthält einen oder mehrere Mikrocomputer (µC). Außerdem enthält die Elektronik (5) weitere Schaltungsteile, wie Eingangsstufen für die Radsensoren, Sicherheitskreise und Verstärker, die nicht im einzelnen dargestellt sind.

Aus den Signalen der Radsensoren (1) bis (4) berechnet die Elektronik (5) Ansteuersignale für Magnetventile (6) bis (9). Diese Ventile sind den einzelnen Rädern zugeord­ net und so geschaltet, daß sie die Druckmittelzufuhr zu den Bremszylindern der Räder beeinflussen können. Beim ABS-Betrieb läßt sich so eine Druckabsenkung erzielen, so daß ein Rad, das zu blockieren droht, wieder frei anlaufen kann. Bei einer Anfahrregelung (ASR) kann den Bremszylindern einzelner durchdrehender Räder Druckmit­ tel zugeführt werden, wodurch diese gebremst werden und so das Anfahren ermöglicht wird.

Durch die Elektronik (5) läßt sich weiter eine Warnlampe (10) einschalten, die zum Signalisieren einer über­ mäßigen, andauernden Drehzahldifferenz eines Rades dient. Die genaue Ansteuerung dieser Warnlampe wird weiter unten erläutert. Durch die Warnlampe (10) und geeignete Diagnosemittel kann der Fahrer erkennen, daß ein oder mehrere Räder im Durchmesser bzw. im Abroll­ umfang in unzulässiger Weise von den übrigen Rädern abweichen.

Die Fig. 2 zeigt einen Teil der Elektronik (5) der Fig. 1. Es sind links die Radsensoren (1) bis (4) bzw. (x) dargestellt. Sie liefern Signale, deren Perioden­ dauern umgekehrt proportional zur Radgeschwindigkeit sind. Die Radsensoren sind an eine Geschwindigkeits­ aufbereitung (11) angeschlossen. In dieser werden die analogen Ausgangssignale der Radsensoren (Sinuskurven) zunächst in Rechteckverläufe umgewandelt und anschlie­ ßend in digitale Geschwindigkeitswerte umgerechnet. Die Geschwindigkeitsermittlung erfolgt dabei derart, daß eine Konstante durch die jeweilige Periodendauer der Rechteckkurve geteilt wird.

Die o. g. Konstante setzt sich zusammen aus dem Abroll­ umfang des Reifens und der Zähnezahl des verbauten Polrades, durch dessen Umdrehung die Geschwindigkeits­ signale in den Radsensoren erzeugt werden. Aus zwei oder mehr Radgeschwindigkeiten wird eine Bezugsgeschwindigkeit ermittelt, die als Fahrzeugge­ schwindigkeit (V_F) angesehen wird.

Um sicherzustellen, daß die Überwachung der einzelnen Radgeschwindigkeiten nur zu Zeitpunkten stattfindet, zu denen das Fahrzeug geradeaus fährt und die Räder keinen Nebeneinflüssen ausgesetzt sind, durch die sich ein durch Fahrmanöver bedingter Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Rädern aufbaut (Kurven), werden die Ge­ schwindigkeitsverhältnisse der einzelnen Räder zueinan­ der bewertet. Dies erfolgt in einer Dynamikbewertung (12) wie folgt.

In der Dynamikbewertung (12) wird die Differenz zwischen den Mittelwerten der Radgeschwindigkeiten einer Hinter­ achse (HA) und denen der Vorderachse (VA) prozentual auf den Mittelwert der Vorderachse (VA) bezogen.

Dies geschieht nach der Beziehung

Bei genau gleichen Reifendurchmessern, gleicher Zähne­ zahl der Polräder und genauer Geradeausfahrt mit frei rollenden Rädern, d. h. ungebremst, ergibt der Ausdruck den Wert Null. Durch unterschiedliche Reifen-Durchmesser ergibt sich in der Realität jedoch ein Wert ungleich Null.

Bei einer Kurvenfahrt ergibt sich ein Wert <0, da dann die Vorderräder einen längeren Weg zurücklegen.

Die Berechnung nach der erwähnten Beziehung wird ständig wiederholt.

Das Ergebnis sind Bezugswerte, zu denen der jeweils nachfolgend berechnete Wert ein Toleranzband, z. B. ±1% einhalten muß, um am Ausgang des Blockes (12) ein positives ("1") Signal zu erzeugen. In diesem Fall wird eine stationäre Geradeausfahrt angenommen. Anderenfalls, also z. B. bei Kurvenfahrt, wird am Ausgang der Dynamik­ bewertung (12) ein negatives ("0") Signal abgegeben.

Ein positives ("1") Signal der Dynamikbewertung (12), also Geradeausfahrt, bewirkt das Inkrementieren, d. h. Starten, eines Zählers (14) mit einer Laufzeit T₁ von z. B. 12 Sek. Ein negatives Signal bewirkt das Rück­ setzen des Zählers (14) auf Null. Vor den Zähler ist ein Inverter (13) geschaltet.

Der Zähler (14) gibt nach der Laufzeit T₁ ein positives Signal ab. Das positive Signal der Dynamikbewertung (12) und der Ausgang des Zählers (14) werden in einem UND- Glied (15) zusammengefaßt. Das UND-Glied (15) aktiviert dann eine Drehzahldifferenzbewertung (16). In diesem Fall hat also die Dynamikbewertung (12) über 12 Sek. ein positives Ergebnis geliefert. Das Fahrzeug fährt also geradeaus mit stationären Radgeschwindigkeiten.

Falls dies festgestellt wurde, werden in der Drehzahl­ differenzbewertung (16) alle Radgeschwindigkeiten (V_R) auf eine Differenz zur Bezugsgeschwindigkeit bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit (V_F) überprüft. Die Werte von V_R und V_F erhält die Drehzahldifferenzbewertung (16) von der Geschwindigkeitsaufbereitung (11).

Ist der Betrag der Drehzahldifferenz irgendeines Rades nach der Beziehung

Fahrzeuggeschwindigkeit (V_F) - Radgeschwindigkeit (V_R)

größer etwa 10% der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_F) und damit unzulässig, so wird ein interner Zähler (19) in der Drehzahldifferenzbewertung (16) inkrementiert. Ist die Differenz dagegen kleiner als etwa 10% und damit zulässig, so wird dieser interne Zähler gelöscht. Die Drehzahldifferenzbewertung (16) liefert dann einen Wert "0" am Ausgang.

Hat der interne Zähler (19) in der Drehzahldifferenzbe­ wertung (16) eine Zeit T₂, z. B. 16 s, eine unzulässige Drehzahldifferenz registriert, so liefert die Drehzahl­ differenzbewertung (16) eine "1" am Ausgang, und eine Fehlermeldung wird für das Rad generiert, dessen Radge­ schwindigkeit eine unzulässige Differenz aufweist. Die Fehlermeldung wird einer Fehlerausgabe (23) mit Warn­ lampe (10) zugeführt und hier gespeichert bzw. ange­ zeigt.

Es ist ferner ein weiterer Zähler (18) vorgesehen, der über einen weiteren Inverter (17) und das UND-Glied (15) von der Dynamikbewertung (12) angesteuert wird. Dieser wird durch den Inverter (17) solange auf Null (Reset) gehalten, wie die Drehzahldifferenzbewertung (16) nicht angesteuert ist. Bei einer Ansteuerung der Drehzahl­ differenzbewertung (16) wird der Zähler (18) inkremen­ tiert. Hat der Zähler (18) einen Wert erreicht, der einer Zeit T₃, z. B. 30 s entspricht, so liefert er ein "1"-Signal an seinem Ausgang.

Die relativ lange Zeit von 30 s (T₃<T₁) stellt sicher, daß die Drehzahldifferenzbewertung (16) eine unzulässige Drehzahldifferenz erkennen und melden kann, bevor ein Geschwindigkeitsabgleich (siehe unten) die Drehzahl­ differenz intern ausgleichen kann.

Ein "1"-Signal des Zählers (18) und ein "0"-Signal der Drehzahldifferenzbewertung (16) aktivieren über ein UND-Glied (21) einen Geschwindigkeitsabgleich-Baustein (22).

Ein "1"-Signal des Zählers (18) und ein "1"-Signal der Drehzahldifferenzbewertung (16) bedeuten dagegen eine unzulässig hohe Drehzahldifferenz über eine längere Zeitdauer und aktivieren die Fehlerspeicherung bzw. Fehlerausgabe (23) mit Warnlampe (10). In diesem Fall wird die abweichende Radgeschwindigkeit nicht intern angepaßt.

Der Geschwindigkeitsabgleich-Baustein (22) ist über ein weiteres UND-Glied (21) sowohl an den Ausgang des Zählers (18) als auch über einen weiteren Inverter (20) an den Ausgang der Drehzahldifferenzbewertung ange­ schlossen. Er wird also nach Ablauf der Zeit T₃ des Zählers (18) aktiviert, wenn keine übermäßige Drehzahlabweichung eines Rades vorliegt.

Durch den Geschwindigkeitsabgleich werden insbesondere die stationären Werte der Hinterradgeschwindigkeiten an die der Vorderradgeschwindigkeiten intern angeglichen. Dies geschieht abhängig vom Vorzeichen der Differenz

Vorderradgeschwindigkeit - Hinterradgeschwindigkeit

durch dauerhaftes Verkleinern oder Vergrößern der Konstante (siehe oben), die in der Geschwindigkeitsauf­ bereitung (11) für die Hinterräder zur Geschwindigkeits­ berechnung herangezogen wird.

Der Abgleich soll aber nur in bestimmten Grenzen voll­ zogen werden. Hierzu ist eine Abgleichbegrenzung (24) vorgesehen. Dieser werden die Radgeschwindigkeiten (V_R) und die Abgleichwerte aus dem Geschwindigkeits-Abgleich- Baustein (22) zugeführt.

Die Abgleichbegrenzung (24) arbeitet wie folgt:
Der Abgleich ist nur in vorgegebenen Geschwindigkeits­ grenzen zulässig. Er wird nicht mehr fortgeführt, wenn die Änderung der Konstanten z. B. ±9% ihres ursprüng­ lichen Wertes überschreitet, oder wenn die Differenz zwischen Vorderradgeschwindigkeit und Hinterradgeschwin­ digkeit kleiner als ein Wert von etwa 0,5 km/h ist.

Die in der Abgleichbegrenzung (24) begrenzten Abgleich- Signale werden der Geschwindigkeits-Aufbereitung (11) zugeführt, und führen dort, wie oben erwähnt, zur Anpassung der Divisions-Konstanten.

Die gesamte Schaltung kann mit diskreten Bausteinen, aber auch mit einem Mikrocomputer per Programm ausge­ führt sein.

Der Überwachungs- und Abgleichvorgang erfolgt vorteil­ haft nach jedem Einschalten der Elektronik erneut. Das abgeglichene Reifenverhältnis kann dabei in einem Daten­ speicher (nicht dargestellt) in der Elektronik bleibend gespeichert werden. Neue Werte werden dann nur zuge­ lassen, wenn sie sich vom alten Wert um ein vorgegebenes Verhältnis unterscheiden. Hierdurch wird die Sicherheit gegen sprunghafte Änderungen erhöht und die Schreib­ häufigkeit reduziert. Eine bleibende Speicherung hat den Vorteil, daß bei einem Fahrzeug mit dauernd ungleichen Reifengrößen sofort nach Fahrtantritt ein hinreichender Abgleich vorliegt.

Das intern abgespeicherte Reifenverhältnis kann über eine Anzeige, einen Blinkcode oder ein externes Diagno­ segerät anzeigbar und damit überprüfbar sein.

Es ist auch möglich, falls ein unterschiedlicher Reifen­ durchmesser vorn/hinten bekannt ist, eine entsprechende Anpassung der Elektronik von außen, also durch eine externe Parametrierung, durchzuführen. Dies kann durch den Fahrzeughersteller oder in der Werkstatt erfolgen.

Schließlich ist es auch möglich, den Abgleichvorgang durch einen Eingriff eines dafür geschulten Fahrers - speziell einer Serviceperson - mittels eines Schalter­ signals oder anderen Eingriffs vorzunehmen, wenn sicher­ gestellt ist, daß das Fahrzeug mit stationären Bedingun­ gen frei rollt. Diese stationären Bedingungen können auch von einer ggf. nicht in der ABS/ASR-Elektronik integrierten Schaltung ermittelt werden, die beispiels­ weise den Zustand des Antriebsstranges (ausgekuppelt, bzw. Getriebe in Neutralstellung) und den aller Bremsen (z. B. Betriebs-, Retarder- und Feststellbremsen nicht betätigt) ermittelt. Sofern von dem Fahrer bzw. einer solchen Schaltung ein stationäres freies Rollen des Fahrzeugs gewährleistet ist, kann der Abgleichvorgang in größeren Schritten und/oder unter Umgehung des Zählers T₃ schnell erfolgen.

Bei Blockierschutzsystemen, die bezüglich der Elektronik in zwei getrennte Diagonalen aufgeteilt sind, ist es zweckmäßig, die oben beschriebene Angleichung der Radgeschwindigkeiten auch diagonalweise durchzuführen. Das bedeutet, daß die Hinterradgeschwindigkeit an die Geschwindigkeit des zugehörigen diagonalen Vorderrades angepaßt wird. Das Vorderrad wird hier also als Bezugs­ größe für den Abgleich verwendet.

Claims (16)

1. Elektronisches Brems- oder Anfahrregelsystem für Fahrzeuge, wobei eine Elektronik (5) die Geschwin­ digkeit der Räder (V_R) überwacht und geringe Abweichungen der Drehzahlen eines oder mehrerer Räder vom Durchschnittswert erkennt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Die einzelnen Radgeschwindigkeitswerte (V_R) werden auf eine Differenz gegenüber einer Bezugs­ geschwindigkeit, z. B. der Fahrzeuggeschwindig­ keit (V_F), hin überwacht;
• b) beim Übertreffen einer ersten, niedrigen Dreh­ zahldifferenz werden die Elektronik-internen Geschwindigkeitssignale der betreffenden Räder auf einen Bezugswert hin abgeglichen, so daß die internen Geschwindigkeitssignale aller Räder wieder übereinstimmen;
• c) beim Übertreffen einer zweiten, höheren Drehzahl­ differenz wird nicht oder nicht vollständig abgeglichen, aber eine Warnanzeige (10) akti­ viert;
• d) eine Reaktion auf eine erkannte Drehzahldifferenz erfolgt nur, wenn die Räder im Überwachungszeit­ raum keinen Nebeneinflüssen wie z. B. durch Kurvenfahrt, Bergfahrt, Bremsschlupf oder An­ triebsschlupf ausgesetzt sind, was durch die Elektronik (5) gesondert erkennbar ist;
• e) eine Reaktion auf eine erkannte Drehzahldifferenz erfolgt nur, wenn diese über eine längere Zeit andauert.

2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Zeit etwa 12 bis 20 Sekunden beträgt.

3. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehzahldifferenz etwa 0,5 km/h beträgt.

4. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehzahldifferenz etwa 10% der Fahr­ zeuggeschwindigkeit (V_F) beträgt.

5. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichvorgang nur in vorgegebenen Dreh­ zahldifferenzgrenzen (Toleranzbänder) zugelassen wird.

6. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsgeschwindigkeit bzw. Fahrzeuggeschwin­ digkeit (V_F) die mittlere Geschwindigkeit der unbeeinflußt laufenden Vorderräder des Fahrzeugs verwendet wird.

7. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überwachungs- und Abgleichvorgang nach jedem Einschalten der Elektronik (5) erneut erfolgt.

8. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das abgeglichene Reifenverhältnis in einem Datenspeicher der Elektronik (5) bis zum Abschalten der Elektronik oder bleibend gespeichert wird.

9. Bremssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeglichene Reifenverhältnis nur dann abgespeichert wird, wenn es sich vom vorher gespei­ cherten Wert um ein vorgegebenes Verhältnis oder Mindestmaß unterscheidet.

10. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das abgespeicherte Reifenverhältnis über eine Anzeige, einen Blinkcode oder ein Diagno­ segerät anzeigbar ist.

11. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich eine Anpassung des Durch­ messer-Verhältnisses der Hinter- zu den Vorderreifen durch eine externe Feinparametrierung des Daten­ speichers vorgesehen ist.

12. Bremsystem nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nach automatischem Abgleich oder mittels (Fein-)Parametrierung gespeicherte Reifen­ verhältniswert bei nachfolgenden Abgleichvorgängen berücksichtigt wird, die nachfolgende Überwachungs­ vorgänge sich jedoch auf das ursprüngliche nicht­ abgeglichene Verhältnis beziehen.

13. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer diagonalen Aufteilung der Elektronik des Bremssystems (ABS) die Hinterradge­ schwindigkeit an die Geschwindigkeit des zugehörigen diagonalen Vorderrades angepaßt wird.

14. Bremssystem nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich während stationärer Fahrt ein automatischer Schnellabgleich vorgenommen werden kann.

15. Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schnellabgleich durch den Fahrer mittels eines Schalters oder mehrerer gleichzeitig zu betätigender Schalter vorgenommen werden kann.

16. Bremssystem nach Anspruch 14 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schnellabgleich durch eine überge­ ordnete Schaltung vorgenommen wird, die durch Sensierung des Antriebs- und Bremsenstandes ein stationäres freies Rollen erkennt.