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Einrichtung zum Erkennen des Schlupfs von Fahrseugrädern Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichung zum Erkennen des Schlupfs von Rädern von Fahrzeugen,
wobei jedem Rad ein Geber zugeordnet ist, der eine von der Radumfangsgeschwindigkeit
abhängige Ausgangsgröße abgibt und der als Impulsgenerator zum Erzeugen von Impulsen
ausgebildet ist, deren Abstand von der Umfangsgeschwindigkeitdes Rads abhängig isttund
betrifft insbesondere eine Einrichtung, die es gestattet, verschleißfrei einenXubermäßigen
Schlupf von Fahrzeugrädern festzustellen.
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Beim Abbremsen von in Fahrt befindlichen Kraftfahrzeugen muß darauf
geachtet werden, daß die Räder.nicht blockieren, weil sie dann auf der Fahrbahn
gleiten. Der Reibungskoeffizient
zwischen einem gleitenden Rad und
der Fahrbahn ist erheblich geringen als der Reibungskoeffizient zwischen einem noch
rol-1 enden Rad und der Fahrbahn. Aber auch aus Gründen der Fahrsicherheit muß ein
Blockieren der Räder verhindert werden, weil sonst das Fahrzeug leicht ins Schleudern
geraten kann. Ein Rad wird immer dann blockiert, wenn die durch den Anpreßdruck
zwischein der Bremsbacke und der Bremstrommel oder Bremsscheibe erzeugte, vom Rad
au; die - Fahrbahnin Fahrzeuglängsrichtungzu übertragende Kraft größer wird als
die senkrecht zur Radachse gerichtete Komponente der von dem Reibungskoeffizient
zwischen Rad und Fahrbahn abhängigen und der Belastung des -Rads proportionalen
größten möglichen Haftreibungskraft, Beim Bremsen eines Fahrzeugs auf gerader Bahn
werden durch die Verzögerung des Fahrzeugs die flinterräder entlastet, die Vorderräder
belastet. Um zu vermeiden, daß die Hinterräder blolklaren, muß daher die auf sie
wirkende Bremskraft im Vergleich zu der auf die Vorderräder wirkenden Bremskraft
verringert werden. Zur Erhöhung der Kurvensicherheit beim Bremsen in einer Kurve
muß die Bremswirkung auf die einzelnen Räder verschieden verteilt werden, und zwar
so, daß die auf der Eurvenaußenseite liegenden Räder stärker gebremst werden als
die auf der Kurveninnenseite liegenden Räder.
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Die bei Fahrzeugbremssystemen gegebenen Probleme treten grundsätzlich
auch bei Fahrzeugantriebssystemen auf. Bei Straßenfahrsaugen kann das Durchdrehen
der Antriebsräder einen Schleudervorgang einleiten; bei Schienenfahrzeugen können
erhebliche Zeitverluste in der Beschleunigungsphase eintreten, wenn die.
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Antriebsräder durchdrehen.
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sind Bremakraftregelsysteme zum Abfangen und Ausregeln von Rutschvorgängen
bekannt, bei denen div Radbremsen-automatisch in lbhängigkeit von einer übermäßigen
Verzögerung der Raddrehung auslösen. Eine solche Verzögerung der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Rads zeigt nämlich einen beginnenden Rutschvorgang an. Es sind auch elektrische
Impulsgeber bekannt, die ein durch die Relativbewegung zwischen einer Schwungmasse
und der Antriebswelle des Rads bei übermäßiger Beschleunigung oder Vertögerung betätigtes,
einen elektrischen Impuls abgebendes Xontaktelement enthalten.
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Alle diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß der die iibermäßige
Verzögerung oder Beschleunigung signalisierende Geber nicht verschleißfrei arbeitet.
Außerdem haben diese Anordnungen den Nachteil, daß sie mit einer nicht zu vernachlässigenden
Zeitkonstanten behaftet sind, also bei einem beginnenden Rutschvorgang nicht verzögerungsfrei
auf das Brems- oder Antriebssystem einwirken können.
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Der Erfindung liegt daher die aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum
Erkennen der Gefahr des Schlupfs von Fahrzeugrädern zu schaffen, die verschleißfrei
und praktisch verzögerungsfrei arbeitet und die ein starkes Signal an eine Auswertestufe
abgibt.
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Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs erwähnten Einrichtung
dadurch erreicht, daß der Impulsgeber eine Spule mit einem offenen Kern sowie ein
mit dem Rad verbundenes, drehbar gelagertes Geberrad enthält, wobei wenigstens ein
Ende des Kerns dem Umfangbereich des Geber rads gegenilberstehtund wobei wenigstens
die im Verlauf einer vollen Umdrehung des Geberrads dem Ende des Kerns zuwendbaren
Teile des Geberrads inhomogen ausgebildet sind.
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Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung die Wicklung der Spule an eine Konstantstromquelle mit vorzugsweise
einstellbarem Strom angeschlossen ist, insbesondere, wen die Wicklung der Spule
in Serie geschaltet ist mit der Arbeitsstrecke eines steuerbaren Halbleiterelements,
wobei der Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterelements an dem einen Anschluß
einer Konstantspannungsquelle liegt und zwischen dem anderen Anschluß der Konstantspannungquelle
und dem zugehörigen Anschluß der Arbeitsstrecke des steuerbaren Halbieiterelements
ein vorzugsweise veränderbarer Widerstand angeordnet ist.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung
sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeisplels,
das eine Einrichtung zum Regeln der Bremskraft zeigt, näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Fahrzeugbremsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zum Erkennen des Schlupfs, Fig. 2 ein Schaltbild einer Einrichtung zum
Erkenr.en des Schlupfs nach der Erfindung, Fig. 3 ein Beispiel für die mechanische
Anordnung einer Einrichtung zum Erkennen des Schlupfs mit einem Geberrad und einer
Spule, Fig. 4 ein weiteres Beispiel der mechanischen Einrichtung zum Erkennen des
Schlupfs, Fig. 5 ein drittes Beispiel für eine mechanische Anordnung einer erfindungsgemäßen
Einrichtung, und Fig. 6 ein weiteres Schaltbild einer Einrichtung zum Erkennen des
Schlupfs nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein Fahrzeugrad 11, das auf einer Straßenoberfläche 12
abrollt. Das Fahrzeugrad 11 ist mit der Radachse 13 verbunden; auf der Radachse
13 ist eine Bremsscheibe 14 angebracht. Eine Bremszylinderanordnung 15 steht über
ein Gestänge 16, an dem die Bremsbacken 17 angeordnet sind, in bekannter Weise mit
der Bremsscheibe 14 in Wirkverbindung. An einen mechanischen Eingang eines Impulsgenerators
18 ist die Fahrzeugachse 13 angeschlossen, an einen elektrischen Ausgang des Impulsgenerators
18 der Eingang einer Auswerteschaltung 19.
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Der Ausgang-der Auswerteschaltung 19 ist mit einem ersten Eingang
der Bremszylinderanordnung 15 verbunden; mit einem zweiten Eingang der Bremszylinderanordnung
15 ist ein Ausgang einer Bremskr aftgeb eranordnung21 verbunden. Die Bremskraftgeberanordnung
21 enthält beispielsweise einen Druckzylinder, die Verbindungsleitung. zwischen
der Bremskraftgeberanordaung21 und der Bremszylinderanordnung 15 ist dann vorzugsweise
als ein Druckmittel führender Schlauch ausgebildet. Die Bremskraftgeberanordnung
21 steht - vorzugsweise über ein weiteres Gestänge. 22 - mit dem Bremspedal 23 in
Verbindung; das Bremspedal 23 ist am Fahrzeugchassis 24 verstellbar angeordnet.
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Will der Fahrer eines Fahrzeugs, das die in Fig. 1 beschriebene Fahrzeugbremsanordnung
enthält, dieses Fahrzeug abbremsen, so drückt er auf das Bremspedal 23. Der Bremspedaldruck
wird über das Gestänge 22 und die Bremskraftgeberanordnung21 an die Fahrzeugräder
weitergegeben.. Insbesondere wird über die Bremszylinderanordnung 15, das Gestänge
16 und die Bremsbacken 17 eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 14 ausgeübt und so
über die Radachse 13 das Fahrzeugrad 11 verzögert. Durch zu scharfes Bremsen kann
das Fahrzeugrad 11 blockieren, so daß es auf der Straßenoberfläche 12 nicht mehr
abrollt, sondern gleitet.
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Dieses Gleiten hat die oben geschilderten Nachteile zur Folge.
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Der mit der Fahrzeugachse 13 gekuppelte Impulsgenerator erzeugt nun
Impulse, deren Abstand von der Umfangsgeschwindigkeit des
Fahrzeugrads
11 abhängig ist. Den Abstand dieser Impulse mißt die Auswerteschaltung 19. Überschreitet
der Abstand der vom Impulsgenerator 18 erzeugten Impulse einen bestimmtenvorgegebenen
Wert, dann gibt die Auswerteschaltung 19 ein Signal an die Bremszylinderanordnung
15 ab, das eine Verminderung der von den Bremsbacken 17 auf die Bremsscheibe 14
ausgeübten Bremskraft veranlaßt. Selbstverständlich nimmt der Abstand der vom Impulsgenerator
18 erzeugten Impulse initabnehmender Umfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads 11
ab. Deshalb ist der Wert des ImpuLsabstandes, bei dem die Auswerteschaltung 19 das
das Lockern der Bremsen 17 bewirkende Signalabgibt, in der Auswerteschaltung 19
von der Umfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugrads 11 abhängig gemacht, in Fig. 2 der
Zeichnung ist der. Schaltplan eineswesentlichen Teils der erfindungsgemäßen Einrichtungdargestellt.
An den Pluspol 26 einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle ist das eine Ende
.27 einer Spule 28 angeschlossen. Das andere Ende 29 der Spule 28 liegt am Kollektor
eines Transistors 31; der Emitter des Transistors 31 liegt über einen vorzugsweise
eins teilbaren Widerstand 32 an demMinuspol 33 der Spannungsquelle.
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Zwischen dem Pluspol 26 und der Basis des Transistors 31 ist ein Widerstand
35, zwischen der Basis des Transistors 31 und dem Minuspol 33 der Spannungsquelle
eine Zenerdiode 36 angeordnet. Die Kathode der Zenerdiode 36 ist dabei der Basis
des Transistors 31 zugewandt.
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Die Fig. 3, 4 und 5 der Zeichnung zeigen Beispielefür.die noechanische
Ausführung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erkennen des Schlupfs von Rädern;
Gleiche Teile der Fig. 2 bis 5 sind mit denselben Bezugs zeichen versehen. Fig.
3 zeigt ein Geberrad 41, das an seinem Umfang einaxialer Richtung gezahnt ist und
somit Zähne 42 und Zahnlücken 43 aufweist. Den
Zähnen 42 und Zahraticken
43 des Geberrads 41 stehen Zähne 44 und Zahnlücken 45 eines 3ochförmig ausgebildeten
Spulenkerns 46 gegenüber. Auf dem Spulenkern ist die Spule 28 aufgebracht.
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Fig. 4 zeigt ein Geberrad 41, das in axialer Richtung gezahnt ist.
Den Zähnen 42 stehen in axialer Richtung die Zähne 44 des Jochs 46 gegenüber. In
Fig. 5 ist ein Geberrad 41 gezeigt, das am Umfang in axialer Richtung auf beiden
Seiten Zähne 42 trägt.
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Der jochförmig ausgebildete Spulenkern 46 umfaßt einen Teil der Umfangszone
des Geberrads 41 zngenförmig, wobei auch hier wieder Zähnen 42 des Geberrads 41
Zähne 44 des Kerns 46 gegenüberstChen. Die sich gegenüberstehenden Teile des Geberrads
41 und des Spulenkerns 46 sind in Jedem Fall so ausgebildet, daß der Abstand von
Zahnspitte zu Zihnspitze und von Zahngrund zu Zahngrund konstant ist und daß sich
in einer Nullstellung alle Zahnspitzen des Spulenkerns 46 und entsprechende Zahnspitzen
des Geberrads 41 gegenüberstehen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nlm sunEchst
anhand von Fig. 2 der Zeichnung erläutert. Vom Pluspol 26 der nicht dargestellten
Gleichspannungsquelle fließt ein Strom durch den Widerstand 35 und die Zenerdiode
36 zum Minuspol 33. Die Zenerdiode 36 wirkt somit als Gleichspannungsquelle. In
Verbindung mit dieser Gleichspannungsquelle und dem Widerstand 32 wirkt der Transistor
31 als konstante Stromquelle.
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Zwischen dem Kollektor des Transistors 31, also dem Anschluß der tonstantstromquelle,
und dem Pluspol der nicht dargestellten Spannungsquelle liegt die Spule 28, durch
die nun ein konstanter Strom fließt. Dieser konstante Strom bewirkt eine Vormagnetisierung
des Kerns 46, auf den die Spule 28 aufgebracht ist. Mit Hilfe des Widerstands 32
ist der Vormagnetisierungsstrom einstellbar. Anstelle des Widerstands 32 kann selbstverständlich
auch ein Teil einer Regelstrecke treten, die von der erfindungsgeniäßen Einrichtung
unabhängig ist.
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Der Spulenkern 46 der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Geberanordnung
besteht vorzugsweise auq laminiertem Dynomoblech, das Geberrad 41 aus massives,
unlegiertem Stahl. Sobald sich das Geberrad 41 dreht, ändert sich der wirksame Luftspalt
zwischen zwischen dem Kern 46 und dem Geberrad 41 periodisch, denn einmal stehen
sich die Zähne 44 des Kerns 46 und die Zähne 42 des Geberrads 41 gegenüber, dann
aber die Zahnlücken 45 des Kerns 46 und die Zahnlücken des Geberrads 41. Auf diese
Weise ändert sich, sobald sich das Geberrad 41 dreht, die Induktivität der Spule
28 laufend. Weil nun die Konstantstromquelle mit dem Transistor 31 einen konstanten
Strom durch dieSpule 28 schickt, entsteht bei. sich drehendem Geberrad 41 notwendigerweise
zwischen den Anschlüssen 27 und 29 der Spule 28 eine Wechselspannung, die sich dem
Gleichepannungsabfall- ander Spule 28 ffberlagert. Diese überlagerte Wechselspannung
kann ian andem Anschluß 29 der Spule 28 auskoppeln. Da die Konstantstromquelle mit
dem Transistor 31 bekanntlich einen hohen Innenwiderstand aufweist, wird die erzeugte
Wechselspannung nicht bedispft.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Erkennen des. Schlupfs von- Rädernvon
Fahrzeugen gestattet es , mit einem geringen Aufwand auf betriebssichere Weise Informationen
über die Umfangsgeschwindigkeit eines Fahrzeugrads zu erhalten. Der Geber dieser
Einrichtung arbeitet verschleißfrei. Im Gegensatz zur herk1ti=1icheninduktiven Drehzahlgebernmit
Gleichstromvormagnetisierung, bei denen ein Teil der Wechselspannung des Drehzahlgebers
über den Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle und den Vorwiderstand für die
Einstellung des Magnetisierungsstroms kurzgeschlossen wird, kanh bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung der für die Vormagnetißierung notwendige Gleichstrom in nahezu beliebiger
Höhe eingestellt werden, ohne daß die erzeugte Wechselspannung merklich bedänipft
wird.
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In Fig. 6, die ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erflndungsgemäßen
Einrichtung zeigt, ist das eine Ende der Spule 28 an das Fahrzeugchassis 51 gelegt,
während das andere Ende der Spule 28 mit dem Emitter eines Transistors 131 verbunden
ist. Die Basis des Transistors 131 ist wieder, wie oben geschildert, an den Pluspol
der Konstantspannungsquelle.
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36 angeschlossen; der Minuspol der Konstantspannungsquelle 36 liegt
ebenfalls am Fahrzeugchassis 51. Statt der in Sperr richtung gepolten Zenerdiode
36 kann die Konstantspannungsquelle auch eine Serienschaltung von in Durchlaßrichtung
gepolten Dioden 136, vorzugsweise vom gleichen Halbleitermaterial wie der Transistor
131, enthalten. Es ist aber auch möglich, einen niederohnigen Widerstand 236 anstelle
der Zenerdiode 36 einzusetzen. Dieser Widerstand 236 weist zweckmäßigerweise einen
temperaturabhängigen Widerstandswert auf, und zwar so, daß-der Temperfturgang der
Spule 28 und des Transistors 1X1 gerade kompensiert wird. Zur kurzzeitigen Spannungsstabilisierung
kann diesem Widerstand 236 noch ein Ladekondensator 336.
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parallelgeschaltet werden. tber eine Leistung 52 ist der Kollektor
des Transistors 131 an das eine Ende eines hochohmigen Widerstands 53 angeschlossen;
das andere Ende des Widerstands 53,liegt am Pluspol 54 einer in der Zeichnung nicht
dargestellten Spannungsquelle, beispielsweise der Fahrzeugbatterie.
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Zwischen der Leistung 52 und der Basis des Widerstands 131 liegt ein
Spannungsteilerwiderstand 55. Ueber einen Kondensator 56 ist der Eingang 57 einer
in der Zeichnung nicht dargestellten Auswertestufe an die Leitung 52 angeschlossen.
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Die von einem Geber nach der Erfindung gelieferte Signalspannung ist
verhältnismäßig klein und erfordert bei derçAnwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung
in einem Kraftfahrzeug eine zweipolige abgeschirmte Bettung. Bringt man unmittelbar
am Geber einen Verstärker an, so sind im allgemeinen trotzdem zwei Leitungen
zusätzlich
zu der Masseverbindung des Fahrzeugchassis nötig, nämlich eine Leitung für die Zuführung
der Versorgungspannung und eine zweite Leitung zur Ubertragung des Gebersignals.
Die in Fig. 6 dargestellte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung vermeidet
diese Nachteile, sie hat folgende Wirkungsweise: Vom Pluspol 54 der nicht dargestellten
Batterie fließt über den Widerstand 53 und die Leitung 52 ein Strom durch den Spannungsteilerwiderstand
55 und die Zenerdiode 36 zum Chassis 51 des Kr)aftfahrzeugs. Die Zenerspannwg der
Diode 36 ist so hoch, daß der Transistor 131 leitend ist.
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Infolgedessen fließt über den Widerstand 53 und die Leitung 52 auch
ein Strom über die Sollektor-Emitter-Strecke des Transistors 131 durch die Spule
28 zum Chassis 51. Infolgedessen wird der Kern 46 (Fig. 3) vormagnetisiert. Wenn
sich das Geberrad 41 (Fig. 3) dreht, ändert sich die Induktivität. der Spule -28,
in der Spule 28 wird daher eine Wechselspannung induziert, und das Emitterpotential
des Transistors 131 schwankt im Rhythmus dieser induzierten Wechselspannung. Da
die Basis des Transistors 131 am festen Potential der Konstaatspnnnungsquelle 36
liegt,verstärkt der Transistor 131 diese an seinem Emitter auftretenden Spannungsschwankungen.
Die verstärkte Geberspannung steht also am Kollektor des Transistors 131 zur Verfügung.,
Da der Widerstand 53 sehr hochohmig ist, wird die verstärkte Wechselspannung kaum
gedämpft, auch wenn die Leitung 52 sehr lang ist. Die verstärkte Wechselspannung
wird über den Kondensator 56 wisgekoppelt und dem Eingang 57 einer nicht dargestellten
Auswerteschaltung zugeführt. Da andererseits aber der Widerstand 55 sehr niederohmig
und der Eingangswiderstand der Konstantspnnnungsquelle 36 sehr klein ist, haben
Störspannungen, die auf eine lange Leitung 51 eingekoppelt- werden, nur einen verschwindend
geringen Einfluß. Die Leitung 52 braucht also nicht abgeschirmt zu werden. Der weitere
Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß über dieselbe Leitung
52 sowohl die Versorgungspannung dem Transistor 131 zugeführt
als
auch die Signalspannung vom Geber 28 wieder zur Auswerte-Schaltung zurückgeführt
werden kann. Es ist also nur die eine Leitung 52 erforderlich.
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Die geschilderte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum
Erkennen des Schlupfs von Rädern von Fahrzeugen hat al£;o, im Gegensatz zu bekannten
Anordnungen, den Vorteil, daß über eine einzige Leitung sowohl die Versorgungsspannung
als.
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auch die Signalspannung geführt werden können, und daß diese Leitung
nicht abgeschirnt werden muß. In einem araftfahrzeug ist der Batteriespannung stets
eine Vielzahl von verschieden hohen Spamlungsspitzen überlagert, sobald das Kraftfahrzeug
in Betrieb genomnen ist. Deshalb bringen vor allem diese beiden letztgenannten Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Einrichtung große Vorteile bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen.