DE69825716T2

DE69825716T2 - System, Verfahren und Steuerungsgerät zur Bremssteuerung eines Kraftfahrzeugrades

Info

Publication number: DE69825716T2
Application number: DE69825716T
Authority: DE
Inventors: John T. Murphy
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: US6036285A; IL127835A; DE69825716D1; EP0927671B1; EP0927671A2; JPH11245785A; IL127835A0; EP0927671A3; JP4372253B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Bremssysteme für Fahrzeuge und insbesondere ein auf Drehmomentrückkopplungssteuerung basierendes Bremssteuersystem.
Hintergrund der Erfindung
Bremssysteme für Fahrzeuge (beispielsweise Flugzeuge, Automobile, etc.) sind auf diesem Gebiet bekannt. Die meisten Bremssysteme weisen eine Bremsbetätigungseinrichtung zum Aufbringen von Druck auf Bremsenmaterial auf. Das Bremsenmaterial bringt seinerseits ein Bremsdrehmoment auf das zu bremsende Element auf (beispielsweise das Rad eines Fahrzeugs). Die Bremsbetätigungseinrichtung kann zum Beispiel hydraulisch oder elektromechanisch sein. Durch selektives Aktivieren der Bremsbetätigungseinrichtung kann ein gewünschter Betrag an Bremsdrehmoment oder Kraft auf das zu bremsende Element aufgebracht werden.
In der Vergangenheit wurde die Drehmomentrückkopplung bei Bremsanwendungen als erwünscht angesehen, um verschiedene Effekte auszugleichen. Beispielsweise wiesen Bremssysteme für Fahrzeuge einen Controller auf, der das auf das Rad aufgebrachte gemessene Bremsdrehmoment zum Ausgleich von Bremsverlusten (durch thermische Effekte) und packenden Bremsen (bei Kohlenstoffbremsen üblich) verwendete. Ein Drehmomentsensor maß das auf das Rad aufgebrachte Drehmoment und das Ausgangssignal des Sensors wurde dem Controller zugeführt.
Infolge der Verwendung der Drehmomentrückkopplung ergaben sich jedoch verschiedene Probleme. Aufgrund von Sensorrauschen und physikalischen Ei genschaften des Drehmoments, war das Ausgangssignal des Drehmomentsensors bei oder nahe einer Radgeschwindigkeit von null nicht gültig. Um dem zu begegnen, wurde die Drehmomentrückkopplung unter einer vorbestimmten Radgeschwindigkeit deaktiviert und das Bremssystem kehrte zu einer Regelung mit offener Regelschleife zurück. Diese für die Drehmomentrückkopplungssteuerung erfolgende "Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit" mußte natürlich bei einer Geschwindigkeit erfolgen, bei der das Ausgangssignal des Radgeschwindigkeitssensors noch gültig war. Da Radgeschwindigkeitssensoren typischerweise nur bis zu einer vorbestimmten unteren Geschwindigkeitsgrenze gültig sind, mußte die Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit erfolgen, die über der unteren Geschwindigkeitsgrenze liegt. Somit verhinderten die Einschränkungen des Drehmomentsensors und des Radgeschwindgkeitssensors eine Drehmomentkompensation bei geringen Radgeschwindigkeiten.
Ein anderes Problem der Drehmomentrückkopplung unter Verwendung von einer Regelung durch Abschattung bei geringer Geschwindigkeit ist, daß der Übergang von der Regelung mit geschlossener Regelschleife zur Regelung mit offener Regelschleife über einen gewissen Zeitraum erfolgen muß. Wenn der Pilot eines Flugzeugs oder der Fahrer eines Automobils während dieses Zeitraums die Bremse betätigt, ist eine allmähliche Veränderung zu bemerken. Wenn der Pilot oder Fahrer die Bremse während der Übergangszeit nicht getätigt, kann bei der nächsten Bremsenbetätigung eine plötzliche Veränderung zu spüren sein. Diese plötzliche Veränderung zeigt eine Diskontinuität des vom Pilot/Fahrer und selbst den Passagieren gefühlten Bremsvorgangs, wodurch Unannehmlichkeit und/oder Besorgnis ausgelöst werden können.
Des weiteren treten Probleme auf, wenn Proportional-Integral(PI)-Controller in Kombination mit der Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit verwendet werden. Wenn bei hoher Geschwindigkeit gebremst wird, neigt der Integralbereich des PI-Controllers zum Überschwingen und bewirkt ein anfängliches Packen der Bremse. Dies kann zu einem kurzen Rutschen des Rades führen, wenn die Oberfläche, auf der das Rad läuft, nicht trocken ist.
Angesichts der genannten Nachteile von Bremssystemen mit Drehmomentrückkopplungssteuerung besteht auf diesem Gebiet ein starker Bedarf an einem Bremssystem, das eine geeignetere Drehmomentkompensation schafft. Es besteht auf diesem Gebiet ein starker Bedarf an einem System, das eine Drehmomentkompensation bis zu einer Radgeschwindigkeit von im wesentlichen null ermöglicht. Ferner besteht ein starker Bedarf an einem System, bei dem ungeachtet der Zeit oder des Drehmomentpegels eine Drehmomentkompensation im wesentlichen ohne Diskontinuitäten ermöglicht ist. Darüber hinaus besteht ein starker Bedarf an einem System, bei dem die Bremsen nicht infolge des Bremsenmaterials oder des Integralbereichs eines PI-Controllers packen.
US-A-4 822 113 offenbart einen Controller mit sämtlichen Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Überblick über die Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Drehmomentpegelübergangscontroller zum Steuern eines Bremsdrehmoments vorgesehen, das auf ein Rad eines Fahrzeugs durch eine Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung basierend auf einem Ausgangssignal eines Drehmomentsensors aufgebracht wird, welcher den Betrag des auf das Rad aufgebrachten Bremsdrehmoments mißt, wobei das Ausgangssignal des Drehmomentsensors zum Drehmomentpegelübergangscontroller zurückgeführt wird, wobei der Drehmomentpegelübergangscontroller aufweist: einen Eingang zum Empfangen eines Bremsdrehmomentbefehls, der den Betrag des auf das Rad aufzubringenden Bremsdrehmoments angibt, und einen Ausgang zum Liefern eines Bremsdrehmomentausgangsbefehls an die Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung, welche ein Bremsdrehmoment basierend auf dem Bremsdrehmomentausgangsbefehl an das Rad aufbringt; einen weiteren Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals des Drehmomentsensors; und Schaltungen zum Einstellen des an die Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung gelieferten Bremsdrehmomentausgangsbefehls unter Verwendung von Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf dem vom Drehmomentsensor gelieferten Ausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentpegelübergangscontroller derart ausgebildet ist, daß er den Grad der Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf dem gemessenen Betrag an auf das Rad aufgebrachtem Bremsdrehmoment begrenzt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein System zum Steuern eines auf ein Rad eines Fahrzeugs aufgebrachten Bremsdrehmoments vorgesehen, mit: einem Controller gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; und einem mit der Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung und dem Drehmomentpegelübergangscontroller in Wirkverbindung stehenden Drehmomentsensor zum Messen des Betrags des auf das Rad aufgebrachten Drehmoments und zum Rückkoppeln eines Signals zum Drehmomentpegelübergangscontroller, das den Betrag des aufgebrachten Bremsdrehmoments angibt.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines auf ein Rad eines Fahrzeugs aufgebrachten Bremsdrehmoments mit den folgenden Schritten vorgesehen: Empfangen eines Bremsdrehmomentbefehls, der einen gewünschten Betrag von auf das Rad aufgebrachtem Drehmoment angibt, und Liefern eines Bremsdrehmomentausgangsbefehls an eine Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung, welche ein Bremsdrehmoment auf das Rad basierend auf dem Bremsdrehmomentausgangsbefehl aufbringt; Messen eines Betrags an auf das Rad aufgebrachtem Drehmoment und Verwenden eines den Betrag des aufgebrachten Drehmoments angebenden Signals, um eine Drehmomentrückkopplungsregelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls durchzuführen; und Anpassen des an die Bremsbetätigungseinrichtung gelieferten Bremsdrehmomentausgangsbefehls unter Verwendung der Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem gemessenen Betrag des Bremsdrehmoments, wobei der Schritt des Anpassens den Schritt des Begrenzens des Grads der Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem Betrag des auf das Rad aufgebrachten Bremsdrehmoments umfaßt.
Nach bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Bremssystem und ein Drehmomentrückkopplungscontroller vorgesehen, der eine Abschaltung bei geringem Drehmoment anstelle einer Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit verwendet. Die Abschaltung bei geringem Drehmoment wird ferner verbessert, indem über einen Drehmomentbereich ein allmählicher Übergang zwischen der Drehmomentrückkopplungssteuerung und der Regelung mit offener Regelschleife erfolgt. In geeigneten Ausführungsbeispielen ermöglicht der erfindungsgemäße Controller eine Drehmomentkompensation bis zu einer Radgeschwindigkeit von null und vermeidet Diskontinuitäten beim Bremsen ungeachtet der Zeit oder des Drehmomentpegels. Ferner kann der Controller ermöglichen, daß eine Bremse ein Rad ausfüllt und an diesem angreift, bevor das volle Rückkopplungssignal an den Controller geleitet wird, um so die Phänomene von packenden Bremsen zu eliminieren.
Um die genannten und einhergehende Aufgaben zu erfüllen, weist die Erfindung die in den Ansprüchen definierten Merkmale auf. Die nachfolgende Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen erläutern im einzelnen bestimmte illustrative Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Ausführungsbeispiele geben jedoch nur einige wenige der verschiedenen Arten wieder, auf welche die Prinzipien der Erfindung umgesetzt werden können. Andere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit Drehmomentrückkopplungssteuerung unter Verwendung von Drehmomentpegelübergängen;
2 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Drehmomentpegelübergangscontrollers zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel mit einem Bremssystem basierend auf einer Druckventilanwendung;
3 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Drehmomentpegelübergangscontrollers zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel mit einem Bremssystem basierend auf einer Strömungsventilanwendung;
4a ist eine Grafik zur Darstellung der Drehmomentrückkopplung gegenüber dem gemessenen Drehmoment bei einer Konstantdrehmomentsteuerung;
4b ist eine Grafik zur Darstellung des Controllerfehlers gegenüber dem gemessenen Drehmoment entsprechend der Grafik in 4a;
5 ist eine Grafik zur Darstellung des erforderlichen Drehmoments, des gemessenen Drucks und des gemessenen Drehmoments nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 ist eine Grafik zur Darstellung es erforderlichen Drehmoments, des gemessenen Drucks und des gemessenen Drehmoments bei Verwendung eines herkömmlichen Controllers.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen stets gleiche Elemente bezeichnen.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Bremssystem mit Drehmomentkompensation für ein Flugzeug allgemein mit 10 bezeichnet. Die Bremssteuerung eines Flugzeugs ist wegen der funktionsmäßigen Modularität üblicherweise nach Radpaaren ausgelegt. Wenn das Flugzeug beispielsweise zwei Räder auf der linken Seite des Flugzeugs und zwei Räder auf der rechten Seite hat, bilden die äußeren zwei Räder ein Paar und die beiden inneren Räder bilden ein anderes Paar. In einem Paar erfolgt eine Steuerung des rechten Rades und eine Steuerung des linken Rades. Die Funktion der Steuerung des rechten und des linken Rades sind entkoppelt, mit Ausnahme des Schutzes vor dem Blockieren von Rädern. Die Grundeinheit besteht daher aus der Steuerung eines einzelnen Rades, welches das linke oder das rechte sein kann. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet der Begriff "Rad" kollektiv das Rad und den Reifen.
Zur Vereinfachung zeigt das Bremssteuersystem 10 der 1 die Grundeinheit für die Bremssteuerung eines einzelnen Rades (links oder rechts). Es ist jedoch ersichtlich, daß die Steuerung des anderen Rades (der anderen Räder) über entsprechende Systeme 10 oder in einem einzelnen System mit den gleichen erfindungsgemäßen Prinzipien erfolgen kann. Ferner schafft das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Bremssteuerung in Verbindung mit einem Flugzeug. Es ist jedoch ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Bremssteuersystem mit Drehmomentkompensation für praktische jede Art von Fahrzeug verwendbar ist und nicht notwendigerweise auf die Bremssteuerung von Flugzeugen beschränkt ist.
Das System 10 weist eine Pilot-Bremsvorrichtung 12 für eine Bremssteuerung durch den Bediener. Das System 10 weist ferner einen Drehmomentpegelübergangscontroller 14 auf. Der Controller 14 regelt den Betrag des durch das Bremssystem 10 aufgebrachten Drehmoments, wie im folgenden ausführlicher erörtert. Der Controller 14 liefert ein Steuersignal an eine Bremsbetätigungseinrichtung 16 im System 10. Die Bremsbetätigungseinrichtung 16 kann jede Art von herkömmlicher Bremsbetätigungseinrichtung (beispielsweise hydraulisch, elektromechanisch oder pneumatisch) zum Aufbringen von Druck auf das (nicht dargestellte) Bremsenmaterial in einer Bremsenanordnung 18 sein. Die Bremsenanordnung 18 verursacht auf herkömmliche Weise eine Bremswirkung am Rad 20 durch das Aufbringen von Bremsdrehmoment auf das Rad 20.
Das System 10 weist ferner einen Bremsdrehmomentsensor 22 auf, der den Betrag des von der Bremsbetätigungseinrichtung 16 und der Bremsenanordnung 18 auf das Rad 20 aufgebrachten Drehmoments mißt. Das gemessene Drehmoment wird in den Controller 14 eingegeben. Wie im folgenden näher erläutert, verwendet der Controller 14 die Drehmomentkompensation zum Regeln des auf das Rad 20 aufgebrachten Bremskraftbetrags. Anders als Systeme, die eine Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit verwenden, um die Drehmomentkompensation zu deaktivieren, hängt die vorliegende Erfindung nicht von der Raddrehzahl ab. Statt dessen verwendet die vorliegende Erfindung die sogenannte "Abschaltung bei geringem Drehmoment", bei der der Controller 14 die Drehmomentkompensation basierend auf einem geringen gemessenen Drehmoment deaktiviert. Darüber hinaus ist die Abschaltung bei geringem Drehmoment ferner dadurch verbessert, daß der Controller 14 wie im folgenden erörtert über einen Drehmomentbereich allmählich zwischen der Drehmomentsteuerung und der Regelung mit offener Regelschleife wechselt.
Beschreibt man die Betriebsweise des Systems 10 allgemein, so weist die Pilot-Bremsvorrichtung 12 ein Pedal oder dergleichen auf. Während des Bremsens aktiviert der Pilot des Flugzeugs die Pilot-Bremsvorrichtung 12 durch Niederdrücken des Pedals (oder dergleichen). Das Niederdrücken des Pedals wird in ein elektrisches Signal (Bremsdrehmomentbefehlssignal T_c) umgewandelt, das dem Controller 14 zugeführt wird. Wie bekannt, gibt der Wert des Befehlssignals T_c den Grad des Niederdrückens des Pedals an und steht in Beziehung zu dem vom Piloten angeforderten Betrag des Bremsdrehmoments.
Wie im folgenden in Zusammenhang mit den 2 und 3 näher beschrieben, gibt der Controller 14 einen Bremsdrehmomentausgangsbefehl T_output an die Bremsbetätigungseinrichtung 16 aus, der auf dem Wert des Bremsdrehmomentbefehls T_c basiert. In Reaktion auf den Ausgangsbefehl T_output bringt die Bremsbetätigungseinrichtung 16 Druck auf das Bremsenmaterial in der Bremsenanordnung 18 auf. Derartiger Druck führt zum Aufbringen von Bremsdrehmoment auf das Rad 20, um die Geschwindigkeit des Rades 20 zu verringern. Der Drehmomentsensor 22 erkennt den Betrag des Drehmoments, der gegenwärtig auf das Rad 20 aufgebracht wird, und liefert ein Ausgangssignal T_m, das den gemessenen Drehmomentbetrag angibt. Das Signal T_m wird wie dargestellt an den Controller 14 zurückgeführt und von dem Controller 14 für die Drehmomentrückkopplungssteuerung verwendet.
2 zeigt im Detail ein erstes Ausführungsbeispiel des Drehmomentcontrollers 14. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Controller 14 zum Steuern eines (nicht dargestellten) Hydraulikdruckventils in der Bremsbetätigungseinrichtung 16. wie bekannt wird durch das Steuern des Druckventils der Betrag an Druck, der von der Bremsbetätigungseinrichtung 16 auf das Bremsenmaterial aufgebracht wird, geregelt. Daher wird das Ausgangssignal T_output des Controllers 14 dem Druckventil in der Bremsbetätigungseinrichtung 16 zum Regeln des Bremsdrehmoments zugeführt.
Das Befehlssignal T_c, das den gewünschten Betrag an Bremsdrehmoment angibt, wird in einen Summierer 30 eingegeben. Der Summierer 30 vergleicht das Befehlssignal T_c mit einem Drehmomentrückkopplungssignal T_fb, das an eine negativen Eingang des Summierers 30 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Summierers 30 gibt ein Drehmomentfehlersignal T_error an. Das Signal Terror wird in einen Proportionalverstärker 32 und einen Integralverstärker 34 eingegeben, die bekanntermaßen jeweils in den Proportional- bzw. Integralbereichen eines P-I-Controllers angeordnet sind.
Der Proportionalverstärker 32 weist vorzugsweise eine vorgewählte Verstärkung auf, die geringer als eins ist, und gibt ein Signal aus, das stets proportional zum Drehmomentfehlersignal T_error ist. Der Integralverstärker 34 weist ebenfalls eine vorgewählte Verstärkung von weniger als eins auf und liefert als sein Ausgangssignal einen skalierten Wert des gegenwärtigen Drehmomentfehlersignals T_error. Der Ausgang des Integralverstärkers 34 ist mit einem begrenzten Integrator 36 im Integralbereich des Controllers 14 verbunden. Der Integralverstärker 34 liefert den skalierten Wert des gegenwärtigen Drehmomentfehlersignals T_error an einen ersten Eingang eines Summierers 38. Das Ausgangssignal des Summierers 38 wird in einen Begrenzer 40 eingegeben, der den Ausgang des Summierers 38 zwischen einem vorgewählten Höchstwert (max) und einem vorgewählten Mindestwert (min) begrenzt, um den Bereich des angelegten Drehmoments zu begrenzen. Das Ausgangssignal des Begrenzers 40 wird einem Summierer 42 zugeführt, der das Ausgangssignal des Begrenzers 40 mit dem Ausgangssignal des Proportionalverstärkers 32 kombiniert. Der Summierer 42 liefert als sein Ausgangssignal den Bremsdrehmomentausgangsbefehl T_output an die Bremsbetätigungseinrichtung 16.
Das Ausgangssignal des Begrenzers 40 wird ebenfalls durch einen Integratorblock 44 rückgeführt, der im Digitalbereich, als sein Ausgangssignal T_prev liefert, welches das letzte Integratorausgangssignal des Begrenzers 40 angibt (beispielsweise aus der vorhergehenden Abtastung). Das Ausgangssignal T_prev des Integratorblocks 44 wird sodann in den Summierer 38 eingegeben, wo es zum Ausgangssignal des Integralverstärkers 34 addiert wird, und somit der Integralbereich des P-I-Controllers vollständig ist.
Es ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal T_prev des Integratorblocks 44 allgemein den Bremsdrehmomentausgangsbefehl des Controllers 14 während der letzten Steuerungsabtastung (abzüglich der proportionalen Komponente) wiedergibt. Das Ausgangssignal T_prev wird in einen Übergangsfunktionsblock 48 eingegeben, der ebenfalls in dem Controller 14 enthalten ist. Der Übergangsfunktionsblock 48 kombiniert das Ausgangssignal T_prev des Integratorblocks 44 mit dem gemessenen Drehmomentsignal T_m des Drehmomentsensors 22 und dem begrenzten gemessenen Drehmoment T_lim, um festzustellen, ob der Controller 14 mit Drehmomentrückkopplung oder mit einer Regelung mit offenem Regelkreis arbeitet. Das gemessene Drehmomentsignal T_m wird in den Übergangsfunktionsblock 48 eingegeben. Darüber hinaus wird das gemessene Drehmomentsignal T_m in einen Begrenzer 50 eingegeben, der den Wert des gemessenen Drehmoments auf einen vorbestimmten Bereich mit einem Minimum (beispielsweise null) und einem Maximum (r) begrenzt. Das begrenzte gemessene Drehmoment T_lim wird sodann aus dem Begrenzer 50 an dem Übergangsfunktionsblock 48 ausgegeben. Der Übergangsfunktionsblock 48 kombiniert die jeweiligen Signale, wie im folgenden erörtert, um das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb zu erzeugen, das an den negativen Anschluß des Summierers 30 ausgegeben wird, wie zuvor erwähnt.
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der Funktionsweise des Übergangsfunktionsblocks 48, der unter Verwendung eines Mikroprozessors oder dergleichen implementiert werden kann, wird der folgende technische Hintergrund als hilfreich angesehen:
Um den Einfluß zweier Signale auf eine Funktion zu variieren, kann das folgende Verfahren angewandt werden: Y(A, B) = Ax + B(1-x) Gl.1wobei Y(A, B) das Ausgangssignal, A und B die Eingangssignale und x eine Zahl bezeichnet, die zwischen null und eins variiert. Der Wert von x steuert den Einfluß von A und B auf das Ausgangssignal.
Wenn A zum Steuern des Einflusses der Eingangssignale auf das Ausgangssignal verwendet werden soll, kann die Gl. 1 wie folgt ausgedrückt werden: Y(A, B) = A2 – AB + B Gl. 2wobei A und B auf eins normalisiert sind und A gleich x aus 1 ist.
Dieser Ansatz variiert die Steuerung über den gesamten Bereich des Eingangssignals A. Es kann bevorzugt werden, den Einfluß auf die Signale über einen kleineren Bereich zu steuern. Wenn der Bereich als null bis r definiert ist, kann das folgende Verfahren angewandt werden:
wenn A < r, dann C = A
wenn A > r, dann C = r,
und somit kann die Gl. 2 wie folgt neu geschrieben werden: Y(A, B) = AC/r + B – BC/r = B CA/r – CB/r Gl. 3
Bei Anwendung der Gl. 3 auf den Drehmomentpegelübergangscontroller 14 nach dem Ausführungsbeispiel von 2, wobei
A das gemessene Drehmoment T_m wiedergibt, das vorhergehende Drehmoment T_prev wiedergibt,
C das begrenzte gemessene Drehmoment T_lim wiedergibt;
r die obere Grenze des Bereichs 0 bis r des begrenzten gemessenen Drehmoments T_lim wiedergibt; und
Y(A, B) das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb wiedergibt,
ist der Übergangsfunktionsblock 48 zum Ausführen der Gl. 3 wie folgt ausgebildet: Tfb = Tprev + TlimTm/r – TlimTprev/r Gl. 4
Wie ersichtlich, nähert sich das begrenzte gemessene Drehmoment T_lim null, wenn das gemessene Drehmoment T_m sich null nähert. Wie aus der Gl. 4 ersichtlich nähert sich, wenn das gemessene Drehmoment T_m gegen null geht, das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb T_prev oder der Regelung mit offener Regelschleife unabhängig von dem gemessenen Bremsdrehmoment (d.h. ohne Drehmamentkompensation). Mit dem Anstieg des gemessenen Bremsdrehmoments T_m über den Wert von r wird das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb gleich dem gemessenen Drehmoment T_m, wodurch eine vollständige Regelung mit offener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Bremsdrehmoment angegeben wird. Zwischen einem gemessenen Bremsdrehmoment T_m von null und r (dem definierten Bereich) wechselt das Drehmomentrückkopplungssignal allmählich zwischen einer Regelung mit offener und geschlossener Regelschleife.
Auf diese Weise schafft der Controller 14 eine Drehmomentkompensation 10 bis im wesentlichen zu einer Radgeschwindigkeit von null, da es nicht nötig ist, eine Abschaltung bei geringer Geschwindigkeit durchzuführen. Statt dessen verringert der Controller 14 die Drehmomentkompensation mit der Verringe rung des gemessenen Drehmoments. Oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts r führt der Controller eine Regelung mit geschlossener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Drehmoment durch, um eine volle Drehmomentkompensation zu erreichen. Im Bereich von null bis r wechselt die Drehmomentrückkopplung allmählich zwischen einer Regelung mit geschlossener Regelschleife und einer Regelung mit offener Regelschleife. Somit werden Diskontinuitäten in der Bremswahrnehmung eliminiert oder verringert, ungeachtet der Zeit oder des Drehmomentpegels. Durch die Anwendung des Drehmomentpegelübergangs kann sich die hydraulische Bremsenanordnung 18 durch die Betätigungseinrichtung 16 betrieben füllen, bevor das volle Rückkopplungssignal T_fb an den Controller angelegt wird und das Phänomen der packenden Bremsen eliminiert wird. Eine derartige Füllkompensation erfolgt sowohl bei niedriger, als auch bei hoher Geschwindigkeit.
3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Controllers 14 zur Verwendung mit einer Bremsbetätigungseinrichtung 16 mit einem (nicht dargestellten) Strömungsregelventil. Bekanntermaßen weisen einige Arten von Bremsbetätigungseinrichtungen 16 ein Strömungsregelventil auf, das die Strömung von an die Bremsenanordnung 18 geliefertem Hydraulikfluid regelt, um ein Bremsdrehmoment zu liefern. Das Ausführungsbeispiel der 3 gleicht im wesentlichen dem der 2, weshalb hier zur Verkürzung nur die Unterschiede ausgeführt werden sollen.
Das Ausführungsbeispiel von 3 weist einen (in 1 in gestrichelten Linien dargestellten) Drucksensor 60 zum Messen des von der Bremsbetätigungseinrichtung 16 infolge der Regelung des Strömungsregelventils unter Verwendung des Bremsdrehmomentbefehls T_output erzeugten hydraulischen Bremsdrucks auf. Das Ausgangssignal P_m des Sensors 60 gibt den an die Bremsenanordnung 18 gelieferten hydraulischen Bremsdruck wieder und wird an den (ebenfalls in gestrichelten Linien in 1 dargestellten) Controller 14 zurückgeführt. Anstatt das Ausgangssignal des Integratorblocks 44 als das zuvor aufgebrachte Drehmoment angebende Eingangssignal des Übergangsfunktionsblocks 48 zu verwenden, wird statt dessen der gemessene Druck P_m ver wendet. Vorzugsweise sind die Verstärkungen des Drucksensors 60 und des Drehmomentsensors 22 so gewählt, daß sie gleiche volle Werte haben.
Wenn die Gl. 3 auf den Drehmomentpegelübergangscontroller 14 des Ausführungsbeispiels von 3 angewandt wird, wobei
A das gemessene Drehmoment T_m wiedergibt,
B den gemessenen Druck P_m wiedergibt, C das begrenzte gemessene Drehmoment T_lim wiedergibt;
r die obere Grenze des Bereichs 0 bis r des begrenzten gemessenen Drehmoments T_lim wiedergibt; und
Y(A,B) das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb wiedergibt, ist der Übergangsfunktionsblock 48 zum Ausführen der Gl. 3 wie folgt ausgebildet: Tfb = Pm + TlimTm/r – TlimPm/r Gl. 5
Daher nähert sich das begrenzte gemessene Drehmoment T_lim null, wenn das gemessene Drehmoment T_m sich null nähert. Wie aus der Gl. 5 ersichtlich nähert sich, wenn das gemessene Drehmoment T_m gegen null geht, das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb P_m oder der Regelung mit offener Regelschleife unabhängig von dem gemessenen Bremsdrehmoment. Gleichzeitig geht das System effektiv in die Druckregelung mit geschlossener Regelschleife basierend auf P_m über. Mit dem Anstieg des gemessenen Bremsdrehmoments T_m über den Wert von r wird das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb gleich dem gemessenen Drehmoment T_m, wodurch eine vollständige Regelung mit offener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Bremsdrehmoment angegeben wird. Zwischen einem gemessenen Bremsdrehmoment T_m von null und r (dem definierten Bereich) wechselt das Drehmomentrückkopplungssignal allmählich zwischen einer Regelung mit offener und geschlossener Regelschleife.
Infolgedessen bietet das Ausführungsbeispiel der 3 die selben vorteilhaften Merkmale wie das zuvor erörterte Ausführungsbeispiel der 2.
4a ist eine Grafik zur Darstellung der Drehmomentrückkopplung T_fb gegenüber dem gemessenen Drehmoment T_m, welche den Effekt des Controllers 14 bei einem Übergang von einer Regelung mit offener Regelschleife zu einer Regelung mit geschlossener Regelschleife zeigt. Bei einem Acht-Bit-Controller 14 ist der Drehmomentbefehl T_c im Beispiel von 4a als bei 128 Einheiten (halbe Skala) konstant angegeben. Der Wert von r ist mit 64 vorgewählt. Es wird ferner angenommen, daß sich der Controller 14 in einem stabilen Zustand befindet, beispielsweise das Controllerausgangssignal T_output gleich dem erforderlichen Drehmomentbefehl T_c ist. Wie in 4a dargestellt, geht das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb allmählich vom Stabilzustandswert 128 nach 64 über, während das gemessene Drehmoment (das auch einen Voll-Wert von 258 Einheiten hat) von 0 auf 64 Einheiten ansteigt. Mit dem Anstieg des gemessenen Drehmoments T_m über 64 Einheiten arbeitet der Controller 14 nach Art einer vollen geschlossenen Regelschleife und das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb steigt linear mit dem gemessenen Drehmoment T_m. wenn das gemessene Drehmoment T_m sinkt, sinkt das Drehmomentrückkopplungssignal T_fb bei Werten über r linear. Wenn jedoch das gemessene Drehmoment T_m unter r sinkt, wird das gemessene Drehmomentrückkopplungssignal T_fb allmählich deaktiviert, bis das gemessene Drehmoment T_m null erreicht.
4b zeigt das Fehlersignal T_error, das als Funktion des gemessenen Drehmoments T_m unter den gleichen Bedingungen wie in Zusammenhang mit 4a erörtert aufgetragen ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Fehlersignal T_error durch die Regelung mit offener Regelschleife begrenzt ist, bis das gemessene Drehmoment T_m über 64 (den Wert von r) steigt.
5 ist eine Grafik zur Darstellung des Betriebs des Controllers 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3. Die Grafik von 5 ist mit der Grafik von 6 zu vergleichen, welche den entsprechenden Betrieb eines Controllers ohne die erfindungsgemäße Drehmomentpegelübergangsrückkopplung zeigt. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Controller von 6 hohe Drehmoment- und Druckspitzen (allgemein als SP bezeichnet) beim Bremsen von null aufweist. Derartige Spitzen werden bei der vorliegenden Erfindung vermieden, wie in 5 dargestellt.
Es ist somit ersichtlich, daß das Bremssystem mit Drehmomentrückkopplungssteuerung unter Verwendung von Drehmomentpegelübergangssteuerung eine geeignete Drehmomentkompensation schafft, selbst bis zu einer Radgeschwindigkeit von null. Durch ein allmähliches Wechseln zwischen der Regelung mit geschlossener Regelschleife und der Regelung mit offener Regelschleife über einen Drehmomentbereich ist ferner ein glattes kontinuierliches Bremsen erreichbar.
Zwar wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben, jedoch ist es offensichtlich, daß dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der Beschreibung Äquivalente und Modifikationen ersichtlich sind. Beispielsweise setzt die genannte Gl. 1 ein lineares Verhältnis zwischen den beiden Signalen voraus, welche die Funktion beeinflussen. Es können Verhältnisse höherer Ordnung verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Darüber hinaus wird bei den genannten Beispielen im Bereich von null bis r die Drehmomentabschaltung durchgeführt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann jedoch ein anderer Bereich von q bis r definiert sein, wobei q von null verschieden ist. Ein derartiges Ausführungsbeispiel kann nützlich sein, wenn eine vollständige Drehmomentabschaltung erfolgen soll, bevor das gemessene Drehmoment null erreicht.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein anderer Steuermechanismus als ein P-I-Controller zur Durchführung der Erfindung verwendet werden. Es kann beispielsweise ein PID-Controller verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren kann ebenfalls unter Verwendung von anderen Parametern als dem Drehmoment ausgeführt werden, insbesondere bei Fahrzeugen, die keine Drehmomentsen soren haben. Beispielsweise kann das Bremsen basierend auf einer Rückkopplung bzüglich der Beschleunigung des Fahrzeugs gesteuert werden. Anstelle des Drehmomentsensors liefert, ein Beschleunigungsmesser oder eine andere Einrichtung zum Erfassen von Beschleunigung ein Rückkopplungssignal. Der Pegelübergangscontroller bestimmt den Betrag der Rückkopplung, die mit der erfaßten Beschleunigung einhergeht, unter Verwendung der gleichen Prinzipien wie zuvor in Zusammenhang mit dem Drehmomentrückkopplungssignal beschrieben.
Die vorliegende Erfindung umfaßt sämtliche derartigen Äquivalente und Modifikationen und ist nur durch den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Drehmomentpegelübergangscontroller (14) zum Steuern eines Bremsdrehmoments, das auf ein Rad (20) eines Fahrzeugs durch eine Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung (16) basierend auf einem Ausgangssignal eines Drehmomentsensors (22) aufgebracht wird, welcher den Betrag des auf das Rad (20) aufgebrachten Bremsdrehmoments mißt, wobei das Ausgangssignal des Drehmomentsensors (22) zum Drehmomentpegelübergangscontroller (14) zurückgeführt wird, wobei der Drehmomentpegelübergangscontroller (14) aufweist: einen Eingang zum Empfangen eines Bremsdrehmomentbefehls, der den Betrag des auf das Rad aufzubringenden Bremsdrehmoments angibt, und einen Ausgang zum Liefern eines Bremsdrehmomentausgangsbefehls an die Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung, welche ein Bremsdrehmoment basierend auf dem Bremsdrehmomentausgangsbefehl an das Rad aufbringt; einen weiteren Eingang zum Empfangen des Ausgangssignals des Drehmomentsensors; und Schaltungen zum Einstellen des an die Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung gelieferten Bremsdrehmomentausgangsbefehls unter Verwendung von Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf dem vom Drehmomentsensor gelieferten Ausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentpegelübergangscontroller (14) derart ausgebildet ist, daß er den Grad der Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf dem gemessenen Betrag an auf das Rad (20) aufgebrachtem Bremsdrehmoment begrenzt.
Controller nach Anspruch 1, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller bei Erkennung eines niedrigen Werts eines auf das Rad aufgebrachten Drehmoments eine Steuerung mit offener Regelschleife ohne Drehmomentrückkopplung ausführt.
Controller nach Anspruch 2, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller die Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf dem Signal des Drehmomentsensors voll anwendet, wenn das Signal einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Controller nach Anspruch 1, bei dem die Schaltung zum Einstellen des Bremsdrehmomentausgangsbefehls zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen offener Regelschleife unabhängig vom gemessenen Bremsdrehmoment und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls unter Rückkopplungsregelung mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Bremsdrehmoment als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments wechselt.
Controller nach Anspruch 4, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen offener Regelschleife und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife über einen Bereich gemessenen Drehmoments als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments wechselt.
Controller nach Anspruch 5, bei dem die Funktion durch eine Gleichung erster Ordnung wiedergegeben ist.
Controller nach Anspruch 5, bei dem die Funktion durch eine Gleichung zweiter Ordnung oder eine Gleichung höherer Ordnung wiedergegeben ist.
Controller nach Anspruch 4, bei dem die Rate, mit der der Drehmomentpegelübergangscontroller wechselt, gesteuert ist.
Controller nach Anspruch 1, bei dem der Controller weniger empfindlich oder unempfindlich für den gemessenen Betrag des bei niedrigen Bremsdrehmomentpegeln auf das Rad aufgebrachten Drehmoments.
System zum Steuern eines auf ein Rad eines Fahrzeugs aufgebrachten Bremsdrehmoments, mit: dem Controller von Anspruch 1; und einem mit der Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung und dem Drehmomentpegelübergangscontroller in Wirkverbindung stehenden Drehmomentsensor zum Messen des Betrags des auf das Rad aufgebrachten Drehmoments und zum Rückkoppeln eines Signals zum Drehmomentpegelübergangscontroller, das den Betrag des aufgebrachten Bremsdrehmoments angibt.
System nach Anspruch 10, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller zur Anwendung einer Steuerung mit offener Regelschleife ohne Drehmomentrückkopplungssteuerung basierend auf der Erkennung eines niedrigen Werts eines auf das Rad aufgebrachten Drehmoments neigt.
System nach Anspruch 11, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller die Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem Signal des Drehmomentsensors voll anwendet, wenn das Signal einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
System nach Anspruch 10, bei dem der Bremsdrehmomentausgangsbefehl ein Druckventil in der Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung steuert.
System nach Anspruch 10, bei dem der Bremsdrehmomentausgangsbefehl ein Durchflußventil in der Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung steuert.
System nach Anspruch 14, ferner mit einem Drucksensor für den gemessenen Druck eines durch das Durchflußventil geregelten Fluids, wobei der Druck den Betrag an auf das Rad aufgebrachter Bremskraft angibt, und wobei der Drehmomentpegelübergangscontroller das Ausgangssignal des Drucksensors empfängt, um eine Druckregelung bei niedrigen Drehmomentpegeln durchzuführen.
System nach Anspruch 10, bei dem das Fahrzeug ein Flugzeug ist.
System nach Anspruch 10, bei dem das Fahrzeug ein Automobil ist.
System nach Anspruch 10, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen offener Regelschleife unabhängig vom gemessenen Bremsdrehmoment und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Bremsdrehmoment als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments wechselt.
System nach Anspruch 18, bei dem der Drehmomentpegelübergangscontroller zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen offener Regelschleife und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife über einen Bereich gemessenen Drehmoments als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments wechselt.
System nach Anspruch 19, bei dem die Funktion durch eine Gleichung erster Ordnung wiedergegeben ist.
System nach Anspruch 19, bei dem die Funktion durch eine Gleichung zweiter Ordnung oder eine Gleichung höherer Ordnung wiedergegeben ist.
System nach Anspruch 18, bei dem die Rate, mit der der Drehmomentpegelübergangscontroller wechselt, gesteuert ist.
System nach Anspruch 18, bei dem das Fahrzeug ein Flugzeug ist.
System nach Anspruch 18, bei dem das Fahrzeug ein Automobil ist.
Verfahren zum Steuern eines auf ein Rad eines Fahrzeugs aufgebrachten Bremsdrehmoments mit den folgenden Schritten: Empfangen eines Bremsdrehmomentbefehls, der einen gewünschten Betrag von auf das Rad (20) aufgebrachtem Drehmoment angibt, und Liefern eines Bremsdrehmomentausgangsbefehls an eine Bremsbetätigungseinrichtung und -anordnung (16), welche ein Bremsdrehmoment auf das Rad (20) basierend auf dem Bremsdrehmomentausgangsbefehl aufbringt; Messen eines Betrags an auf das Rad (20) aufgebrachtem Drehmoment und Verwenden eines den Betrag des aufgebrachten Drehmoments angebenden Signals, um eine Drehmomentrückkopplungsregelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls durchzuführen; und Anpassen des an die Bremsbetätigungseinrichtung (16) gelieferten Bremsdrehmomentausgangsbefehls unter Verwendung der Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem gemessenen Betrag des Bremsdrehmoments, wobei der Schritt des Anpassens den Schritt des Begrenzens des Grads der Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem Betrag des auf das Rad aufgebrachten Bremsdrehmoments umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Schritt des Begrenzens das Wechseln zur Anwendung von Steuerung mit offener Regelschleife ohne Drehmomentrückkopplung bei Erkennung eines niedrigen Werts des auf das Rad aufgebrachten Drehmoments umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Schritt des Begrenzens das volle Anwenden der Drehmomentrückkopplungsregelung basierend auf dem Signal des Drehmomentsensors als Folge des Überschreitens eines vorbestimmten Schwellenwerts umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Schritt des Anpassens ferner das Wechseln zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen offener Regelschleife unabhängig vom gemessenen Bremsdrehmoment und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife basierend auf dem gemessenen Bremsdrehmoment als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Schritt des Wechselns das Wechseln zwischen einer Steuerung des Bremsdrehmomentausgangsbe fehls mit im wesentlichen offener Regelschleife und einer Regelung des Bremsdrehmomentausgangsbefehls mit im wesentlichen geschlossener Regelschleife über einen Bereich gemessenen Drehmoments als Funktion des gemessenen Bremsdrehmoments umfaßt.