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Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine auf wenigstens ein Fahrzeugrad wirkende Blockierschutzvorrichtung, mit einem Drehzahl-Impulsgeber, dem ein Frequenz-Gleichspannungs-Wandler nachgeschaltet ist, und mit einem Schwellwertschalter, der über einen Schaltverstärker ein in eine Bremsleitung eingeschaltetes Durckminderventil in Abhängigkeit von einer von der Differenz. zwischen einer in einer Nachbildestufe nachgebildeten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Radgeschwindigkeit betätigt.
Es ist schon eine derartige Steuerschaltung bekanntgeworden (deutsche Offenlegungsschrift 2012897), bei der zur Nachbildung der Fahrzeuggeschwindigkeit zunächst in einem Differenzierer und in nachgeschalteten Korrekturstufen eine simulierte Fahrzeugverzögerung aus einer einzelnen Radumfangsgeschwindigkeit gebildet wird. Diese simulierte Fahrzeugverzögerung wird in einem Integrator integriert, so dass sich eine nachgebildete Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt. Der Wert dieser in komplizierten Rechenoperationen ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit ist naturgemäss mit starken Fehlern behaftet, so dass sich auch die Bremsdruckregelung nur mit einer entsprechend verminderten Genauigkeit vornehmen lässt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung zu schaffen, die eine genauere Nachbildung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Schwellwertschalter eine Summierstufe in zwei Eingängen vorgeschaltet ist, von denen der erste Eingang an den Ausgang eines als Frequenz-Gleichspannungs-Wandler vorgesehenen Tiefpassfilters und der zweite Eingang an den Ausgang der Fahrzeuggeschwindigkeits-Nachbildestufe angeschlossen ist, die als Ausgangsstufe eine
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Ausgang vorgesehen sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Entladung der Integrierstufe eine Transistorstufe vorgesehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles, Fig. 2 einen Teil des Schaltplanes des Ausführungsbeispieles, Fig. 2a eine Weiterbildung des Schaltplanes nach Fig. 2, Fig. 2b einen Beschleunigungsmesser zum Einbau in die Schaltung nach Fig. 2, Fig. 3 Schaukurven zur Erläuterung der Wirkungsweise bekannter Blockierschutzvorrichtungen und Fig. 4 Schaukurven zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 1 enthält eine Eingangsschaltung, die aus der Reihenschaltung eines Impulsgebers einer monostabilen Kippstufe--12--und eines Tiefpassfilters --13-- besteht. Der Ausgang des Tiefpassfilters --13-- ist erstens direkt mit einem ersten Eingang einer Differenzstufe--25-und zweitens über eine Fahrgeschwindigkeits-Nachbildestufe-24-mit einem zweiten Eingang der Differenzstufe--25--verbunden. Der Ausgang der Differenzstufe--25--ist mit dem Eingang eines Schwellwertschalters --26-- verbunden. An den Ausgang des Schwellwertschalters--26--ist
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in Fig. 2 bzw. 2a dargestellt.
In den Fig. 2 und 2a sind Schaltungseinzelheiten der wichtigsten Baugruppen des Ausführungsbeispieles angegeben. Das Tiefpassfilter--13--enthält zwei Transistoren--130 und 131--. Der Basis des ersten Transistors--130--der als pnp-Transistor ausgebildet ist, wird die Eingangsspannung über eine Reihenschaltung zweier Widerstände--132--zugeführt. Der Emitter des pnp-Transistors--130--ist über eine Reihenschaltung zweier Widerstände --133-- mit der Basis des zweiten Transistors--131--verbunden, der als npn-Transistor ausgebildet ist. Der Emitter des ersten Transistors--130--ist weiterhin über einen
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bestehenden Spannungsteilers liegt. Dieser Transistor--241--dient als Konstantstromquelle zum Entladen des Kondensators-246-.
Der Widerstand --244-- hat einen veränderlichen Widerstandswert und ist in Fig. 2b dargestellt.
Die Spannung am Kondensator --246-- und die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters-13-werden
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--25-- zugeführt.Diode --245-- und dem Kondensator --246-- in der Fahrgeschwindigkeits-Nachbildestufe-24-- angeschlossen. Beim Operationsverstärker --250-- ist der Ausgang über einen Widerstand --254-- auf den invertierenden Eingang gekoppelt.
Die Summenspannung am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen --255 und 256-wird
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--26-- zugeführt,Transistors --261-- ist über einen Widerstand --263-- an die Minusleitung --32-- angeschlossen. Ausserdem ist der Kollektor des zweiten Transistors --261-- über einen Widerstand --264-- galvanisch auf die Basis des ersten Transistors--260--gekoppelt. Der Emitter des ersten Transistors --260-- liegt am
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Am Ausgang des Schwellwertschalters--26--, nämlich am Kollektor des zweiten Transistors--261--, ist über einen Widerstand --268a-- eine Umkehrstufe angeschlossen, die aus einem Transistor --268-- mit einem Kollektorwiderstand --268b-- besteht.
Fig. 2a zeigt eine Abwandlung der Differenzstufe--25--, bei der zwischen dem Ausgang des
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Emitter-Folger angeschlossen, der aus einem Transistor --257-- mit einem Emitter-Widerstand-258besteht. Mit dem Emitter des Transistors --257-- ist der erste Addierwiderstand --255-- verbunden. Die übrigen Bauteile sind gleich wie in Fig. 2 und auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 2b ist der mechanische Aufbau des veränderlichen Widerstandes --244-- dargestellt, u.zw. an Hand eines Längsschnittes und eines Querschnittes. In einem gekrümmten Glasrohr --60-- liegt auf der
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Widerstand kann sich ein Quecksilbertropfen--56--bewegen, der oben das Glasrohr berührt. Ein Ende des Drahtwiderstandes-62-ist nach aussen zu einer Anschlussklemmc --63-- geführt. Parallel zur Oberkante des Glasrohrs--60--verläuft ein Draht --64--, der den andern Anschluss des Widerstandes bildet. Der Kontakt zwischen dem Draht --64-- und dem Widerstand --62-- wird durch den Quecksilbertropfen --66-- geschlossen. Das Glasrohr--60--ist mit einem Schutzgas, wie z. B.
Argon oder Stickstoff, gefüllt und weist an seinem oberen Rand eine Ausbuchtung --65-- auf. In diese Ausbuchtung kann infolge der Kapillarwirkung das Quecksilber nicht eindringen, während das Schutzgas in ihr strömen kann. Da die Ausbuchtung einen relativ kleinen Querschnitt aufweist, wirkt sie als Strömungswiderstand für das Schutzgas und bedämpft so die Schwingungen des Quecksilbertropfens--66--.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Diagramme zur Erklärung der Funktionsweise des Ausführungsbeispieles. Dabei ist ein idealisierter Bremsvorgang zugrundegelegt, bei dem sich der Strassenzustand während der Bremsung nicht ändert und bei dem daher die Fahrzeuggeschwindigkeit v gemäss Kurve-50-im Lauf der Zeit linear abnimmt. Es ist vorausgesetzt, dass die Bremse so stark betätigt wird, dass die Blockierschutzvorrichtung eingreift.
Die Kurven-51 bis 54-zeigen den zeitlichen Verlauf der Radumfangsgeschwindigkeit, wie er sich einstellt, wenn verschiedene Typen von Steuerschaltungen für die Blockierschutzvorrichtungen verwendet werden. Die Bremse wird jeweils zum Zeitpunkt to betätigt, die Einschwingvorgänge im ersten Zeitintervall zwischen to und tl sind in den Kurven-51 bis 54-- jeweils nicht berücksichtigt.
Die Kurve --51-- zeigt den Verlauf der Radumfangsgeschwindigkeit bei Verwendung einer bekannten Steuerschaltung, wenn der Strassenzustand gut ist ; dagegen zeigt Kurve --52-- den zeitlichen Verlauf der
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Radumfangsgeschwindigkeit bei einer Bremsung auf sehr glatter Strasse. Man sieht, dass bei Verwendung einer herkömmlichen Steuerschaltung das Rad vorzeitig blockiert. Die Kurven-51, 54 und 54a-geben den zeitlichen Verlauf der Radumfangsgeschwindigkeit wieder, wenn die Steuerschaltung gemäss den Fig. l und 2 verwendet wird.
Beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit gibt die monostabile Kippstufe--12--an ihrem Ausgang Rechteckimpulse mit konstanter Folgefrequenz ab. Das Tiefpassfilter--13-- (s. Fig. 2) siebt mit Hilfe der
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 laufen die Schaltungsmassnahmen im wesentlichen darauf hinaus, dass die Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit des einzelnen Rades gemessen wird. Das Druckminderventil --20-- wird dann geöffnet, wenn diese Geschwindigkeitsdifferenz einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs müsste prinzipiell mit einem nicht gebremsten fünften Rad gemessen werden. Das ist bei einem normalen Kraftfahrzeug jedoch nicht durchführbar. Die Fahrgeschwindigkeits-
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Rades ist. Der Spannungsabfall am Emitter-Widerstand--136--ist damit näherungsweise proportional zur Raddrehzahl. Im Eingang der Fahrgeschwindigkeits-Nachbildestufe-24-ist ein Impedanzwandler-240eingebaut. Je höher die Raddrehzahl ist, um so weniger leitfähig ist der Transistor--240--und um so höher ist auch sein Emitter-Potential, da der Spannungsabfall am Emitter-Widerstand--242--immer mehr abnimmt. über den Emitter-Widerstand--242--und die Diode--245--wird der Kondensator--246--auf eine Spannung aufgeladen, die im wesentlichen proportional zur Raddrehzahl ist.
Für jedes Fahrzeugrad ist ein solcher Emitter-Folger--240, 242-- vorgesehen, und diese Emitter-Folger sind an der Eingangsklemme - 248--angeschlossen.
Da die Regelvorgänge in den Blockierschutzvorrichtungen der einzelnen Räder nicht synchron ablaufen, kann man annehmen, dass immer die Umfangsgeschwindigkeit wenigstens eines Rades näherungsweise gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Ein gleichzeitiges Blockieren aller Räder ist äusserst unwahrscheinlich. Auch für diesen unwahrscheinlichen Fall ist in der Schaltung nach Fig. 2 mit Hilfe des einstellbaren Widerstands nach Fig. 2b vorgesorgt. Beim Blockieren eines Rades wird das Emitter-Potential des Transistors --240-- nahezu gleich dem Potential der Minusleitung-32--.
Der Kondensator --246-- kann sich jedoch wegen der Diode --245-- nicht über den Transistor --240-- entladen. Damit er beim Blockieren oder beim gleichmässigen Abbremsen aller vier Räder seine Aufladespannung nicht beibehält, ist die Konstantstromquelle --241, 243, 244-vorgesehen.
Bei einer vereinfachten Schaltung mit einem festen Widerstand --244- wird ein Stromwert eingestellt, der einer Fahrzeugverzögerung um 10 mfsec2 entspricht. Das ist die auf trockener Strasse maximal erreichbare Bremsverzögerung. Man erreicht damit, dass die Aufladespannung des Kondensators--246--abnimmt, auch wenn alle Räder blockiert sind.
Mit dieser vereinfachten Schaltung wird man jedoch im Falle des Blockierens in der Fahrgeschwindigkeits-Nachbildestufe --24-- einen Geschwindigkeitswert erhalten, der zu schnell abnimmt.
Diesen Fehler kann man korrigieren, indem man einen Beschleunigungsmesser verwendet. Ein besonders einfacher Beschleunigungsmesser ist in Fig. 2b dargestellt. Das Glasrohr--60--, in dem der Widerstand - 244-- angebracht ist, wird in waagrechter Lage am Fahrzeugchassis befestigt. Die Fahrtrichtung ist durch einen Pfeil markiert. Wenn das Fahrzeug verzögert wird, rollt der Quecksilbertropfen langsam nach vorn, u. zw.
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Konstantstromquelle--241, 243, 244--um so grösser ist, je stärker das Fahrzeug verzögert wird. Wenn alle Räder blockiert sind, werden diese Geschwindigkeitsänderungen vom Kondensator--246--integriert und es liegt an ihm eine Spannung, die proportional zur tatsächlich erreichten Geschwindigkeit ist.
Damit ist es auch möglich, in der Differenzstufe --25-- die Differenzgeschwindigkeit genau zu bestimmen.
Zur Bestimmung der Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und der Radumfangsgeschwindigkeit dient die Differenzstufe--25--. Man erhält aus einer Addierstufe eine Differenzstufe--25--, wenn man einem der Eingänge der Addierstufe eine Umkehrstufe mit einem Operationsverstärker -250-- vorschaltet. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden Addierwiderständen - 255 und 256--liegt dann eine Spannung, die proportional zur Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Rades und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, vorausgesetzt, dass die Verstärkung des Operationsverstärkers --250-- gleich eins ist. Sobald diese Differenz einen Grenzwert überschreitet, schaltet der Schwellwertschalter--26--das Druckminderventil ein.
Der Schwellwertschalter--26--ist als Schmitt-Trigger mit einstellbarer Schaltschwelle und mit Temperaturkompensation ausgebildet. Die
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wenn die Umfangsgeschwindigkeit des einzelnen Fahrzeugrades etwa gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wenn jetzt das Rad plötzlich stark verzögert, nimmt die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters --13-- ab und über den Addierwiderstand--256--wird auch das Eingangspotential des Schwellwertschalters--26-abgesenkt. Damit sperren die beiden Transistoren-260 und 261--. Der Kollektor des Transistors-261- liegt damit nahezu auf Minuspotential. An diesem Kollektor ist der Eingang des Schaltverstärkers--19--über die Umkehrstufe--268, 268a, 268b--angeschlossen.
Beim Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeitsdifferenz, die mit dem Trimmpotentiometer--265--einstellbar ist, wird also das Druckminderventil geöffnet.
Da der Regelkreis eine relativ grosse Regelzeitkonstante aufweist, wird das Druckminderventil erst wieder geschlossen, wenn die Geschwindigkeitsdifferenz wesentlich kleiner geworden ist.
Es ist z. B. möglich, die Schaltschwelle des Schwellwertschalters --26-- mit Hilfe des Trimmpotentiometers-265-so einzustellen, dass das Druckminderventil --20-- beim Auftreten einer Geschwindigkeitsdifferenz von etwa 16 km/h geöffnet wird. Bei einer so eingestellten Steuerschaltung kommt dann allerdings das Rad schon zum Stillstand, wenn das Fahrzeug noch eine Geschwindigkeit von 16 km/h hat.
Bei Stillstand des Rades wird die Seitenführungskraft zu Null, so dass sich bei Glatteis immer noch gefährliche Situationen ergeben können. Mit der Schaltungsvariante nach Fig. 2a kann man dem Ausführungsbeispiel eine
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--54a-- verleihen,Fig. 2 so dimensioniert, dass sie genau die Verstärkung eins aufweist. Die beiden Widerstände --253 und 254-- müssen zu diesem Zweck genau den gleichen Wert aufweisen. Bei der Schaltung nach Fig. 2a wird dem ersten Addierwiderstand--255--nicht die ganze Ausgangsspannung des Operationsverstärkers--250--zugeführt, sondern nur ein bestimmter, mit dem Trimmpotentiometer--259--einstellbarer Bruchteil.
Infolge dieser Massnahme spricht der Schwellwertschalter--26--dann an, wenn die mit dem Tiefpassfilter--13-- gemessene Radgeschwindigkeit ungefähr gleich diesem eingestellten Bruchteil der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Man erreicht damit im wesentlichen eine Regelung auf konstanten Schlupf, d. h. auf konstante relative Abweichung der Radumfangsgeschwindigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Ausführungsbeispiel bietet die Möglichkeit, mit Hilfe der beiden Trimmpotentiometer-259 und 265--die Schaltungscharakteristik in weiten Grenzen zu variieren. Allerdings wird das Druckminderventil erst dann zum ersten Mal geöffnet, wenn die eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz von z. B. 16 km/h erreicht ist.
Insbesondere beim scharfen Bremsen auf trockener Fahrbahn spürt man dann, dass die Blockierschutzvorrichtung ruckweise anspricht.
Zur weiteren Vervollkommnung der Steuerschaltung dienen die Abschaltstufe-28-und das UND-Glied-33-. Die Abschaltstufe --28-- enthält einen Schwellwertschalter, der das öffnen des Druckminderventils --20-- dann verhindert, wenn eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit von z. B. 5 km/h unterschritten wird. Zwei Gründe machen den Einbau der Abschaltstufe--28--notwendig : Beim Durchfahren von Schlaglöchern treten an den einzelnen Rädern auch dann Beschleunigungen und Verzögerungen auf, wenn nicht gebremst wird. In diesem Fall darf das Druckminderventil nicht ansprechen.
Bei sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeiten gibt der Impulsgeber--11--Impulse ab, die wegen ihrer niedrigen Frequenz vom
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mit dieser Impulsfolgefrequenz periodisch geöffnet und geschlossen.
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