DE3124427A1

DE3124427A1 - Antiblockier-steuersystem fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3124427A1
Application number: DE19813124427
Authority: DE
Inventors: Arnold 44216 Clinton Ohio Beck
Original assignee: Goodyear Aerospace Corp
Current assignee: Goodyear Aerospace Corp
Priority date: 1980-06-23
Filing date: 1981-06-22
Publication date: 1982-04-29
Also published as: US4336592A; FR2484938B1; IT1136800B; GB2078322B; GB2078322A; IT8122479A0; FR2484938A1; JPS5715053A; CA1154123A

Description

Dipl.-Ing. H. MlTSCHERLIdH""** "-"·..* \°* .I. D-8000 MÖNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10,

Dr. ror. »ei. W. KÖRBER « ⁽⁰⁸⁹⁾ * ^{29 6684}'

Dipl.-Iηg. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE - 3 -

GOODYEAR AEROSPACE CORPORATION
1210 Massillon Road
Akron, Ohio 44315 /V.St.A.

Antiblockier-Steuersystem für Fahrzeuge

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme und mehr im einzelnen auf Antiblockier-Bremssteuersysteme des Typs, der gegenwärtig in der Flugzeugindustrie verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, daß an einigen Flugzeugbremsen der Reibungskoeffizient der Bremsscheiben selbst über einen Bereich 5 zu 1 schwanken kann. Derzeit bekannte Antiblockier-Systeme können keine wirksame Bremsung über diesen gesamten Bereich vorsehen. Der den derzeit vorhandenen Antiblockier-Systemen anhaftende Mangel liegt darin, daß diese Systeme eher auf die Rutschtiefe (skid depth) ansprechen, um den \ Bremsdruck zu steuern, als auf das Bremsmoment, wenn das wahre Bestreben solcher Systeme dahin geht, das Bremsmoment zu steuern. In Flugzeug-Bremssystemen kann sich die Beziehung zwischen dem Moment und dem Bremsdruck für verschiedene Bremsbedingungen wesentlich ändern. Beispielsweise können · bei einem Zustand niedriger Energie die angestrebten mkg des

2 Bremsmomentes mit einem Bremsdruck von 28 kg/cm erzielt werden, aber bei einem abgebrochenen Start können die gleichen mkg des Bremsmomentes einen Bremsdruck von 140 kg/cm benötigen. Dementsprechend besteht eine wesentliche enorme Veränderung in der Systemverstärkung zwischen Zuständen niedriger, und hoher Energie.

In der Vergan-genheit hat sich herausgestellt, daß es äußerst schwierig ist, einen guten Bremswirkungsgrad über den gesamten Bereich möglicher Systemverstärkungen zu erzielen. Obwohl das

Problem gelöst werden könnte, wenn ein zuverlässiger Momentwandler und eine zuverlässige Anbringung entwickelt würden und das· Antiblockiersystem zum Ansprechen darauf gebracht würde, war dies bisher nicht der Fall. Die Industrie steht also der Tatsache gegenüber, daß bei vielen .Anwendungen die Beziehung zwischen dem Bremsmoment und dem Bremsdruck durch eine Schar von Kurven wiedergegeben wird, die hauptsächlich von der Bremsenergie ' oder der Energie des anzuhaltenden Körpers abhängen.

Daher ist es vorteilhaft, ein Antiblockier-System zu schaffen, bei welchem die Antiblockier-Verstärkung als Funktion des Bremsmomentes und des Bremsdruckes abgewandelt werden kann. Auf diese Weise ist das Antiblockier-System bei Zuständen niedriger und hoher Energie und bei schwankender Energie gleich empfindlich und ansprechfähig. .

In Anbetracht dessen ist ein Gegenstand der Erfindung die
Schaffung eines Antiblockier-Systems für Flugzeuge, bei welchem die Systemverstärkung sich entsprechend den beim Bremsmoment erfahrenen Änderungen verändert.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Antiblockier-Systems, dessen Verstärkung sich entsprechend der Fahrzeugverzögerung verändert.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Antiblockier-System,· dessen Verstärkung sich als Funktion der Kombination des Bremsmomentes und des Bremsdruckes ändert.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung ein.es Antiblockier-Systems, dessen Verstärkung veränderlich ist, um eine dem Passagierkomfort förderliche,sichere und wirksame Bremsung kostengünstig zu erzielen.

Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffunq
eines Antiblockier-Systems mit veränderlicher Verstärkung,

welches bei derzeit vorhandenen Antiblockier-Systemen leicht verwirklicht werden kann.

Die Gegenstände der Erfindung werden erzielt durch ein Antiblockier-Steuersystem für Fahrzeuge mit gebremsten Rädern, mit einer Bremse an einem Rad, einem Steuerventil, das den Druck an der Bremse regelt, sowie einer Steuerschaltung, die mit dem Steuerventil verbunden ist und an dieses ein Antiblockier-Steuersignal anlegt, das gekennzeichnet ist durch eine mit der Bremse verbundene erste Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend dem Bremsdruck an der Bremse, eine mit dem Fahrzeug verbundene zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem augenblicklichen Moment der Bremse analog ist, eine Summiereinrichtung, die zwischen die erste und die zweite Einrichtung zwischengeschaltet ist zum Aufnehmen und Summieren der Ausgangssignale von diesen, sowie eine Umwandiungseinrichtung zum Aufnehmen des Antiblockier-Steuersignals sowie der Summe der Ausgangssignale von der Summiereinrichtung, welche Umwandlungseinrichtung das Antiblockier-Steuersignal als Funktion der Summe umwandelt und dann das umgewandelte Antiblockier-Steuersignal dem Steuerventil zuführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein Funktionsblockschaltbild eines Antiblockier-

Systems;
Figur 2 ein schematisches Schaltbild des Aufbaus von Figur

mit einer bevorzugten Ausführungsform; Figur 3 ein Diagramm mit der Kennlinie der Schaltung von Figur 2, bezogen auf Veränderungen im Bremsdruck;

und
Figur 4- ein Diagramm mit der Kennlinie der Schaltung von Figur 2, bezogen auf Veränderungen im Bremsmoment.

In Figur 1 ist das Antiblockier-System allgemein mit dem Bezugs^ zeichen 10 bezeichnet. In üblicher Ausführung umfaßt das System einen Radgeschwindigkeitswandler 15, der mit den gebremsten Rädern des Flugzeuges verknüpft ist und ein entsprechend der momentanen Drehgeschwindigkeit der Räder entsprechendes schwankendes Ausgangssignal liefert. Eine Antiblockier-Steuerschaltung 12 empfängt die Ausgangssignale von den Radgeschwindigkeitswandlern 15 und tastet von den Ausgangssignalen je nach der Art der Steuerschaltung 12 jedes törichte oder starke Rutschen ab, welches die Räder gegebenenfalls erfahren. Die Arvtiblockier-Steuerschaltung 12 regelt ein Steuerventil 14, das jedem gebremsten Rad oder Paaren von gebremsten Rädern zugeordnet ist. Wenn ein Rutschen abgetastet wird, liefert die Steuerschaltung 12 ein Ausgangssignal an das Steuerventil 14, um ein angemessenes Nachlassen des Bremsdrucks auf die Bremse 16 auf übliche Art zu bewirken.

Mit der Bremse 16 ist ein -Druckwandler 18 verbunden, welcher ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend dem auf die Bremse ausgeübten Druck liefert. Es leuchtet dem Fachmann ein, daß ein dem Bremsdrucksignal von dem Druckwandler 18 analoges Signal auch von der Modulatorspannung der Antiblockier-Steuerschaltung 12 erhalten werden könnte. Da aber der Druckwandler 18 eine absolute Messung des Bremsdrucks liefert, verwendet die bevorzugte Ausführungsform einen derartigen Aufbau. In jedem Fall wird ein Drucksignal wie das von dem Druckwandler 18 an einen Drucksignal-Generator 20 angelegt, welcher das Ausgangssignal des Druckwandlers 18 in ein nichtlineares Signal umwandelt, welches für das spezielle Flugzeug, welches das System verwendet, maßgeschneidert ist.

Ferner liefert ein Beschleunigungsmesser 22 in Figur 1 ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der momentanen Flugzeugverzögerung. Dem Fachmann ist es wohlbekannt, daß eine enge Beziehung zwischen der Fahrzeugverzögerung und dem Bremsmoment besteht. Dementsprechend ist das Ausgangssignal des

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Beschleunigungsmessers 22 eine Angabe für das Bremsmoment und
wird dem "Verzögerungssignal-Generator 24 zugeführt, welcher
wiederum für die Kenndaten des speziellen Flugzeuges maßgek
schneidert ist.

Die Ausgangssignale der Signalgeneratoren 20 und 24 werden an
dem Summierpunkt 26 summiert und von dort der Antibloekier-Steuerschaltung 12 zugeführt, um die Antiblockier-Verstärkung
umzuwandeln. Da die Ausgangssignale der Signalgeneratoren 20,
24 addiert werden, um die gewünschte Verstärkung zu erhalten,
leuchtet es ein, daß die Kennwerte dieser zwei Schaltungen
unter genauer gegenseitiger Berücksichtigung festgelegt werden
müssen.

Anhand eines Beispiels sollten zum Verständnis der Betriebsweise der Schaltung von Figur 1 bestimmte Betriebsparametör
eines Antiblockier-Systems verstanden werden, bevor auf die
Schaltung von Figur 2 im einzelnen eingegangen wird. Wenn ein
hoher Bremsdruck von dem Druckwandler 18 angegeben wird und I

eine niedrige Verzögerung von dem Beschleunigungsmesser 22 an- { gegeben wird, deutet die Situation auf einen niedrigen Reibungs- ] koeffizienten an den Bremsscheiben. Dementsprechend muß die :

Verstärkung der Steuerschaltung 12 bei ihrer Auswirkung auf das j Steuerventil 14 hoch sein. Wenn ein hoher Bremsdruck zu einem

hohen Verzögerungswert führt, dann deutet dies auf ähnliche ■

Weise auf einen normalen Koeffizienten der Bremsreibung und j

i zeigt das Streben nach einer mittleren Verstärkung für die

Steuerschaltung 12 und das Steuerventil 14 an. Wenn ein niedri- ι

ger Bremsdruck und eine niedrige Verzögerungsgeschwindigkeit \

vorhanden sind, so ist dies eine typische Anzeige für einen !

normalen Reibungskoeffizienten der Bremsen, aber eine nasse j

Rollbahn. Die Verstärkung der Antiblockier-Steuerung sollte in j

dem mittleren bis niedrigen Bereich liegen. Wenn schließlich j

der Bremsdruck niedrig ist und die Verzögerungsgeschwindigkeit j

hoch ist, ist ein hoher Koeffizient der Bremsreibung vorhanden, ί

und die niedrigste Systemverstärkung ist anzulegen. Diese :

Überlegungen werden bei der Wahl des Aufbaus der Signalgeneratoren 20 und 24 verwendet, welcher im einzelnen in Figur 2 dargelegt ist.

Aus' Figur 2 ist ersichtlich, daß der Druckwandler 18 mit einem Verstärker 28 zum Zweck der Maßstabänderung des BremsdrUcksigrvaXes gekoppelt ist. Dieses Signal wird einem' Operationsverstärker 30 mit einem Riickkopplungswiderstand 34 und einem Eingangswiderstand 32 zugeführt, die zur Festlegung des Verstärkungsfaktors eingestellt sind. Ein Kondensator · 36 .ist zu Filterzwecken vorgesehen. Von besonderer Bedeutung ist ein Zweig der Rückkopplungsschaltung des Operationsverstärkers 30, welcher Zweig eine Zenerdiode 38 in Reihenschaltung mit einem Widerstand 40 ,umfaßt. In der gezeigten Ausführungsform hat die Zenerdiode 38 "eine Schwellenspannung von 6,2 V, so daß dec Schaltkreis des Operationsverstärkers 30 eine Änderung der Verstärkung bei einem Ausgangssignal von 6,2 V zeigt.

Das Diagramm in Figur 3 zeigt die duale Verstärkungskennlinie der Schaltung 20. Wie gezeigt, ändert sich die Verstärkung bei der Zenerspannung von 6,2 V, was in dem gezeigten Beispiel einem Bremsdruck von 105 kg/cm (1500 psi) entspricht. Das Diagramm in Figur 3 stellt die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 30 in Volt und dem auf die Bremse ausgeübten Druck in kg/cm dar, welcher durch den Druckwändler 18 abgetastet wird. Es leuchtet ein, daß der Verstärker mit einer angemessenen Verstärkung derart gewählt ist, daß sein Ausgangssignal eine lineare Beziehung zwischen der Spannung und dem Bremsdruck zeigt, wobei 10 V 210 kg/cm entsprechen.

v-Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 22 wird einem Anpassungsverstärker 42 zugeführt, dessen lineare Verstärkung derart festgelegt ist, daß eine Verzögerung von 4,8 m/s- (16ft/ see ) einer Spannung von 10 V entspricht. Dieses

Ausgangssignal wird, wie gezeigt, einem Operationsverstärker zugeführt. Ein Rückkopplungswiderstand 46 ist mit einem Eingangswiderstand 48 verbunden, um eine erste Verstärkung für den Operationsverstärker 44 zu erzielen. Eine zweite Verstärkung für den Operationsverstärker 44 wird erzielt, wenn das Ausgangssignal des Anpassungsverstärkers 42 die Abbruchspannung der Zenerdiode 50 von 5 V übersteigt, was einen Widerstand dem Eingangswiderstand 48 parallel-schaltet und auf diese Weise die Verstärkung des Operationsverstärkers 44 abwandelt, Es ist anzumerken, daß der Operationsverstärker einen Vorspannpegel enthält, welcher durch einen Spannungsteiler 54 an seinem positiven Eingang eingestellt wird. Dieser Vorspannpegel wirkt auf übliche Art, um das Ausgangssignal des Operationsverstärker um 1,5 V zu verschieben.

Figur 4 stellt die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 44 und dem Verzögerungssignal dar, welches von dem Beschleunigungsmesser 22 erhalten wird und dem Bremsmoment entspricht. Wie gezeigt, ändert sich die Verstärkung des Operationsverstärkers 44 bei 5 V entsprechend einer Verzögerung von 2,4 m/s . Das Diagramm in Figur 4 zeigt -die Tätigkeit des Operationsverstärkers 44 in dem Fall, in welchem von dem Operationsverstärker 30 kein Eingangssignal geliefert wird. Der Operationsverstärker 30 ist aber, wie gezeigt, mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 44 über einen Eingangswiderstand 56 verbunden. Dementsprechend bestimmen die Widerstände 46 und 56 die Verstärkung für die Bremsdrucksignale von dem Operationsverstärker 30. Das Gesamtausgangssignal des Operationsverstärkers 44 ist also die Summe des durch Figur 3 dargestellten Drucksignals und des entsprechenden durch Figur dargestellten Momentsignals, wobei jedes dieser Signale durch die passende Verstärkung maßstäblich angepaßt ist. Die Verstärkung für das Drucksignal wird durch das Verhältnis der Widerstände 46 und 56 bestimmt, während die Verstärkung für das Momentsignal bestimmt wird durch die Widerstände 46, 48 und 52 unter gebührender Berücksichtigung der Abbruchspannung der Zenerdiode 50.

- ίο -

Das Ausgangssignal von dem Operationsverstärker 44 wird an einen Vervielfacher 58 angelegt, welcher als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal von der Antiblockier-Steuerschaltung 12 erhält. Das Ausgangssignal von dem Vervielfacher 58 ist also ein abgewandeltes Antibl'ockier-Steuersignal, welches durch . einen Multiplikationsfaktor maßgeschneidert ist, welcher eine Funktion des Bremsdruckes sowie des .Bremsmomentes ist. Dieses Signal wird dem Ventilantrieb 14 zugeführt, um die Ventilspulen 14a auf übliche Weise zu steuern, Der auf den Vervielfacher durch den Operationsverstärker 44 angewandte Faktor wird also veitwendet, um die Verstärkung der Antiblockier-Steuerschaltung zu verstellen. Als Beispiel dient für die speziellen, in Figur 2 gegebenen Elemente, die folgende Angabe, um die Art der Abwandlung der Systemverstärkung darzustellen:

Vervielfachungs-Druck Verzögerung Summe faktor (X)

3000	8	1	.5 ^	- 1	3	= 3
3000	16	1	.5 H		.0	= 2.3
500	4	1	.5 H	- 1	15	1.7
500	16	1	.5 H	.0	=■ .85
h 1.8
l- 1.8
l· .35
- .35

Es ist also ersichtlich, daß die Gegenstände der Erfindung durch den oben angegebenen Aufbau erzielt worden sind. Obzwar nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und im einzelnene beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung nicht dadurch oder darauf beschränkt ist. Zur Würdigung des Rahmens und der Breite der Erfindung sollte auf die Ansprüche Bezug genomnen werden.

Der Patentanwalt

Leer seite

Claims

".."..· '..· .:. D-8000 MÖNCHEN 22 Di pi.-I ng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 1,0 Dr.rer.nat. W. KÖRBER ^ (°89) Dipl.-! ng. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE 22. Juni 1981 GOODYEAR AEROSPACE CORPORATION 1210 Massillon Road Akron, Ohio 44315 /V.St.A. Ansprüche:

1./ Antiblöckier-Steuersystem für Fahrzeuge mit gebremsten "Rädern, mit einer Bremse an einem Rad, einem Steuerventil, das den Druck an der Bremse regelt, sowie einer Steuerschaltung, die mit dem Steuerventil verbunden ist und an dieses ein Antiblockier-Steuersignal anlegt, ge kennze'ich net durch eine mit der Bremse (16) verbundene erste Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend dem Bremsdruck an der Bremse, eine mit dem¹Fahrzeug verbundene zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem augenblicklichen Moment der Bremse analog ist, eine •Summiereinrichtung, die zwischen die erste und die zweite Einrichtung zwischengeschaltet ist zum Aufnehmen und Summieren der Ausgangssignale von diesen, sowie eine Umwandlungseinrichtung zum Aufnehmen des Antiblockier-Steuersignals sowie der Summe der Ausgangssignale von der Summiereinrichtüng, welche Umwandlungseinrichtung das Antiblockier-Steuersignal als Funktion der Summe umwandelt und dann das umgewandelte Antiblockier-Steuersignal dem Steuerventil (14·) zuführt.'

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen ersten Verstärker (28, 30) mit variablem Verstärkungsfaktor umfaßt.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung einen zweiten Verstärker (42, 44) mit variablem Verstärkungsfaktor umfaßt.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Verstärker (28, 30; 42, 44) eine Zenerdiode (38, 50) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (40, 52) zur Veränderung des Verstärkungsfaktors des zugehörigen Verstärkers umfaßt.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiereinrichtung eine Verbindung (26) des ersten und zweiten Verstärkers umfaßt.

6. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen Druckwandler (18) und die zweite Einrichtung einen Beschleunigungsmesser (22) umfassen.

7. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung einen Vervielfacher (58) umfaßt, der als Eingangssignal das Antiblockier-Steuersignal und die Summe der Ausgangssignale erhält.