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Anlage zur Patentanmeldung Blocki erschut zvorrichtun Die Erfindung
bezieht sich auf eine Blockierschutzvorrichtung für eine druckmittelbetätigte, auf
wenigstens ein Fahrzeurad wirkende Bremse mit einem Bremskraftmesser und mit einem
an einen Radbremszylinder angeschlossenen, in Abhängigkeit vom Schlupf zwischen
dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche regelbaren Druckminderventil, Der Schlupf,
d. h. die relative Abweichung der Radumfangsgeschwindigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
kann nicht direkt gemessen werden, da man zur genauen Messung der Fahrzeug geschwindigkeit
z. B. ein ungebremstes fünftes Rad benötigen würde. Bei den bekannten Blockierschutzvorrichtungen
gibt es
grundsätzlich zur indirekten Schlupfmessung zwei Verfahren:
erstens die Messung der Radverzögerung und -beschleunigung und zweitens die Messung
der Bremskraft, d. h. die Messung der Kraft zwischen Fahrzeug und Straße in Fahrtrichtung.
Beim ersten Meßverfahren für den Schlupf wird die Bremskraft dann vermindert, wenn
die Radverzögerung einen oberen Grenzwert überschreitet. Beim zweiten Meßverfahren
für den Schlupf wird dagegen die Bremskraft direkt begrenzt.
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Beide Verfahren weisen den Nachteil auf, daß die Abhängigkeit der
maximalen Bremskraft und damit der maximalen Radverzögerung von der Beschaffenheit
der Straßenoberfläche nicht berücksichtigt wird. Auf glatter Straße kann die Bremskraft
keinen so großen oberen Grenzwert erreichen wie auf trockener Straße.
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Der Erfindung lie gt daher die Aufgabe zugrunde, eine Blockierschutzvorrichtung
zu schaffen, die unabhängig von der Straßenbeschaffenheit eine optimale Bremsung
erlaubt. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung das
Druckminderventil in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Bremskraft und
von der zeitlichen Änderung des Bremsdrucks regelbar ist.
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Der Bremsdruck ist der Druck in der Bremsleitung, mit dem die Bremszange
um die Bremsscheibe geschlossen wird. Bei einer Erhöhung des Bremsdrucks erhöht
sich auf jeden Fall der Schlupf.
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Daher ist es mit der erfindungsgemäßen Blockierschutzvorrichtung möglich,
genau aenjenigen Schlupf einzustellen, bei dem die Bremskraft ihren Maximalwert
erreicht.
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Eine besonders wirkungsvolle Lösung ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung
Mittel zur digitalen Messung des Vorzeichens der zeitlichen Änderung des Drucks
im Radbremszylinder und ein
an den Bremskraftmesser angeschlossener
Differenzierer vorgesehen sind, wenn an den Differenzierer ein Analog-Digital-Wandler
angeschlossen ist und wenn die Mittel und der Analog-Digital-Wandler an eine zur
Ansteuerung des Druckminderventils dienende Schalteinrichtung angeschlossen sind.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend
anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bremsanlage
für ein Rad und ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Blockierschutzvorrichtung,
Fig. 2 einen Schaltplan des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, Fig. 3 in einem
Diagramm die Abhängigkeit der Bremskraft vom Schlupf, Fig. 4 in einem Diagramm die
Abhängigkeit der Seitenführungskraft vom Schlupf, Fig. 5 ein Diagramm zur Erklärung
der Wirkungsweise der Blockierschutzvorrichtung, und Fig. 6 eine schematische Darstellung
einer Bremsanlage für ein Rad und ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Aus Fig. 1 erkennt man das Zusammenwirken der Blockierschutzvorrichtung
mit der Bremsanlage. Eine Bremsscheibe 12 ist auf einer Radachse 13 befestigt und
wird von einer Bremszange 14 gebremst. Die Bremszange 14 ist über ein Gestänge 15
am Fahreeugchassis
11 befestigt. Das Gestänge 15 nimmt die Bremskraft
auf und wird daher beim Bremsen geringfügig gedehnt oder gestaucht. Diese Dehnung
wird mit einem Bremskraftmesser 16 gemessen, der im Ausführungsbeispiel als Dehnmeßstreifen
ausgebildet ist. Die Bremszange 14 wird von einem Kolben 45 betätigt, wie es mit
einer unterbrochenen Line 46 angedeutet ist. Der Kolben 45 bewegt sich in einem
Radbremszylinder 39, der über eine Bremsleitung 38 mit einem Hauptbremszylinder
verbunden ist.
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An die zum Radbremszylinder 39 führende Bremsleitung 38 sind zwei
Druckminderventile 32 und 33 angeschlossen, deren Bauart von den mechanischen Blocki
erschutzvorrichtungen her bekannt ist.
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Zur Ansteuerung der beiden Druckminderventile 32 und 33 dienen zwei
Schaltverstärker 30, 31. Der Bremskraftmesser 16 ist über einen Meßverstärker 17
an einen Differenzierer 18 angeschlossen.
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Mit dem Ausgang des Differenzierers 18 sind zwei Schwellwertschalter
19, 20 verbunden. Mit dem Ausgang des ersten Schwellwertschalters 19 ist ein Differenzierglied
mit Gleichrichter 22 über eine Umkehrstufe 21 und mit dem Ausgang des zweiten Schwellwertschalters
20 ein zweites Differenzierglied mit Gleichrichter 23 direkt verbunden. Die Ausgänge
der beiden Differenzierglieder mit Gleichrichter 22, 23 sind an zwei Eingänge einer
bistabilen Kippstufe 24 angeschlossen. Ein Ausgang der bistabilen Kippstufe 24 ist
mit einem ersten Eingang einer logischen Schaltung 25 verbunden. Mit einem zweiten
Eingang der logischen Schaltung 25 ist ein Taktgeber 26 über eine Phasenschieberstufe
60 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Taktgebers 26 mit einem Eingang des
zweiten Schaltverstärkers 31 verbunden.
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Der Ausgang der logischen Schaltung 25 ist mit einem ersten Eingang
eines ODER-Glieds 29 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer Verzögerungsstufe
28 verbunden ist. Mit dem Eingang der Verzögerungsstufe 28 sind über ein UND-Glied
27, das vorzugsweise
einen negierenden Ausgang besitzt, erstens
der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 20 und zweitens der Ausgang der Umkehrstufe
21 verbunden. Der Ausgang des ODER-Glieds 29 ist mit dem Eingang des ersten Schaltverstärkers
30 verbunden. Die Bauteile 19 bis 24 und 27, 28 bilden zusammen einen Analog-Digital-Wandler
70.
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Fig. 2 gibt den genauen Schaltplan der Blockierschutzvorrichtung wieder.
Der als Bremskraftmesser dienende Dehnmeßstreifen 16 bildet mit drei Widerständen
171, 172, 173 eine Brükkenschaltung. Aus Gründen der Demperaturkompensation verwendet
man dabei für den Widerstand 171 zweckmäßigerweise ebenfalls einen Dehnmeßstreifen'
der aber nicht auf Dehnung beansprucht wird. Der Neßverstärker 17 enthält einen
Operationsverstärker 170, dessen Ausgang über einen Widerstand 175 auf einen invertierenden
Eingang gegengekoppelt ist. Den beiden Eingsången des Operationsverstärkers 170
wird die Spannung am Querzweig der Brücke über zwei Koppelwiderstände 174 und 176
zugeführt.
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Der Differenzierer 18 enthält in bekannter Weise einen Operationsverstärker
180, dessen nicht invertierender Eingang mit Hilfe eines aus Widerständen 183, 184
bestehenden Spannungsteilers auf ein definiertes Potential gelegt wird. Dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 180 ist ein Differenzierkondensator 181 in Reihe
mit einem Begrenzungswiderstand 182 vorgeschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers
180 ist über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 186 und einem Kondensator
185 auf den invertierenden Eingang gegengekoppelt. Der Kondensator 185 ist dabei
nicht zum Erzielen der Differenzierwirkung erforderlich, sondern dient ebenso wie
der Widerstand 182 zur Unterdrückung hochfrequenter Störsignale.
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Der erste Schwellwertschalter 19 enthält einen Operationsverstärker
190, der in bekannter Weise über einen Widerstand 195 auf den nicht invertierenden
Eingang positiv rückgekoppelt ist.
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Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 190 ist
über einen Widerstand 191 an einen aus Widerständen 192, 193 bestehenden Spannungsteiler
angeschlossen. Mit den Widerständen 192 und 193 kann die Schaltschwelle des Operationsverstärkers
190 festgelegt werden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 190 ist
über einen Widerstand 194 an den Ausgang des Differenzierers 18 angeschlossen. Am
Ausgang des Operationsverstärkers 190 ist eine Umkehrstufe 21 angeschlossen, die
in bekannter Weise aus einem Transistor 210 mit einem Kollektorwiderstand 211 und
einem Basiswiderstand 212 besteht.
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Der zweite Schwellwertschalter 20 ist gleich aufgebaut wie der erste
Schwellwertschalter 19 und unterscheidet sich nur in der Schaltschwelle von diesem.
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Am Ausgang der Umkehrstufe 21 ist ein erstes Differenzierglied mit
Gleichrichter 22 angeschlossen, das aus der Reihenschaltung eines Kondensators 221
und einer Diode 222 besteht. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 221 und
der Diode 222 führt eine Diode 223 zu einer Minusleitung 41. Diese Diode 223 dient
zur Entladung des Kondensators 221 bei negativen Impulsen. Am Ausgang des zweiten
Schwellwertschalters 20 ist ein zweites Differenzierglied mit Gleichrichter angeschlossen,
das gleich wie das erste Differenzierglied mit Gleichrichter 22 aufgebaut ist, nämlich
aus einem Kondensator 231 und zwei Dioden 232 und 233. Die beiden Dioden 222 und
232 sind an zwei Eingänge der bistabilen Kippstufe 24 angeschlossen. Diese bistabile
Kippstufe ist in bekannter Weise aus zwei Transistoren 240 und 241 mit Kollektorwiderständen
242, 243 und Basiswiderständen 244,
245 aufgebaut. Jeweils der Kollektor
des einen Transistors ist auf die Basis des anderen Transistors galvanisch gekoppelt
über einen Widerstand 246 bzw. 247. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe 24 ist
über eine Leitung 248 mit dem ersten Eingang 258 der logischen Schaltung 25 verbunden.
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nit dem zweiten Eingang 259 der logischen Schaltung 25 ist über die
Phasenschieberstufe 60 der Taktgeber 26 verbunden, der als astabiler Multivibrator
mit zwei Transistoren 260 und 261 beschaltet ist. Jeder dieser Transistoren besitzt
einen Kollektorwiderstand 268 bzw. 269 und einen Basisspannungsteiler 265, 262 bzw.
264, 263. Jeweils der Kollektor eines Transistors ist kapazitiv auf die Basis des
anderen Transistors über einen Kondensator 266 bzw. 267 gekoppelt, so daß sich ein
astabiles Schaltverhalten ergibt. Der logische Schalter 25 enthält einen npn-Trallsistor
250, dessen Emitter direkt mit der Minusleitung verbunden ist und dessen Kollektor
über einen Kollektorwiderstand 251 mit der Plusleitung 40 verbunden ist. An der
Plusleitung 40 ist außerdem ein Widerstand 253 angeschlossen, und an der Basis des
Transistors 250 ist ein Widerstand 252 angeschlossen. Die beiden Anschlüsse 253'und
252' der Widerstände 253 und 252 sind über eine Serienschaltung von zwei Dioden
256 und 257 miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden
256 und 257 bildet den ersten Eingang 258 der logischen Schaltung 25. Parallel zur
Serienschaltung der beiden Dioden 256 und 257 liegt eine weitere Serienschaltung
von zwei Dioden 254 und 255. Der Verbindungspunkt der beiden Dioden 254 und 255
bildet den zweiten Eingang 259 der logischen Schaltung 25. Eine bauliche Einheit
mit der logischen Schaltung 25 bildet das ODER-Glied 29, das aus drei Dioden 291,
292 und 293 besteht. Die Kathoden der drei Dioden sind verbunden und bilden den
Ausgang des ODER-Glieds. Die Anode der ersten Diode 291 ist mit dem Verbindungspunkt
253' zwischen dem Widerstand 253 und den Dioden 254
und 256 verbunden.
Die Anode der zweiten Diode 292 ist an den Kollektor des Transistors 250 angeschlossen,
und die Anode der dritten Diode 293 ist mit dem Ausgang der Verzögerungsstufe 28
verbunden.
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Die Verzögerungsstufe 28 ist gleich aufgebaut wie die Phasenschieberstufe
60 und enthält einen Unijunction-Transistor 280, von dessen erstem Basisanschluß
ein Widerstand 283 zur Plusleitung 40 und von dessen zweitem Basisanschluß ein Widerstand
282 zur Minusleitung 41 führt. Der Emitter des Unijunction-Transistors 280 ist über
einen Kondensator 281 ebenfalls iiit der Minusleitung 41 verbunden. Außerdem ist
der Emitter des Unijunction-Transistors 280 mit dem Ausgang des UND-Glieds 27 verbunden.
Das UND-Glied 27 enthält in bekannter Weise einen Transistor 270 mit einem Kollektorwiderstand
271 und einem Basiszuleitungswiderstand 272. Der Basiszuleitungswiderstand 272 ist
mit dem Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 20 über eine Diode 273 und mit
dem Ausgang der Umkehrstufe 21 über eine Diode 274 verbunden.
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ßchließlich ist noch mit dem Ausgang des Taktgebers 26 der zweite
Schaltverstärker 31 verbunden. Am Ausgang des ODER-Gliedes 29 ist der erste Schaltverstärker
30 angeschlossen.
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Zur Erklärung der Funktionsweise der Blockierschutzvorrichtung dienen
die Fig. 3, 4 und 5. In Fig. 3 ist die Bremskraft KB als Funktion des Schlupf es
S aufgezeichnet, und zwar für verschiedene Reibungszahlenp. Kurve 51 gilt für einen
trockenen, griffigen Straßenbelag mit einer Reibungszahli1. Bei den Kurven 52 bis
54 nimmt immer weiter ab. Die Kurve 54 für/u4 gibt den Fall einer mit Rollsplitt
belegten und die Kurve 55 den Fall einer vereisten Straße. Die Kurven 51, 52, 53
weisen bei einem optimalen Schlupf SO ein Maximum auf, während die
Kurven
54 und 55 bis zum optimalen Schlupf SO monoton ansteigen und für größere Schlupfwerte
etwa waagrecht verlaufen.
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Die Kurve 56 in Fig. 4 gibt die Abhängigkeit der Seitenführungskraft
K5 vom Schlupf wieder. Man sieht, daß die Seitenführungskraft schon beim optimalen
Schlupf gegenüber dem Schlupf Null abgenommen hat, daß sie aber noch immer hinreichend
groß ist. In Fig. 5 ist der Verlauf des im folgenden kurz als Bremsdruck bezeichneten
Druckes p in der Bremsleitung 38 über der Zeigt wiedergegeben. Wenn nur das erste
Druckminderventil 72 betätigt wird und das zweite Druckninderventil 33 dauernd geschlossen
bleibt, ergibt sich der Druckverlauf nach Kurve 57. Das zweite Druckminderventil
33 ergibt nur kleinere Druckänderungen. Daher ergibt sich bei Betätigung beider
Druckminderventile für den Druckverlauf die Kurve 58. Die Kurve 58 hat einen von
einer Sägezahnkurve überlagerten, näherungsweise sinusförmigen Verlauf, obwohl der
Taktgeber 26 eine Rechteckspannung abgibt. Der sinusförmige Verlauf der Kurve 58
resultiert aus der Massenträgheit des Druckminderventils 33, das nicht schlagartig
geöffnet und geschlossen werden kann, sowie aus der Massenträgheit der Bremsflüssigkeit.
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Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Blockierschutzvorrichtung besteht
darin, für jeden Wert der Reibungszahl P die Bremskraft K3 über den Druck in der
Bremsleitung 38 so zu regeln, daß sich genau der optimale Schlupf SO einstellt.
Die bekannten Blockierschutzvorrichtungen, die entweder nur die Radverzögerung oder
nur die Bremskraft messen, erlauben das nur für einen bestimmten Wert der Reibungszahl
<. Die Funktion der Blockierschutzvorrichtung wird im folgenden anhand des Schaltplanes
nach Fig. 2 erläutert.
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Der Widerstand des Dehnmeßstreifens 16 ändert sich, je nachdem wie
stark das Gestänge 15 durch die Bremskraft Kß gedehnt wird.
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Diese Widerstandsänderung bewirkt eine Änderung der Ausgangsspannung
des Verstärkers 17. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 17 wird im Differenzierer
18 differenziert. Wenn sich der Widerstand des Dehnmeßstreifens 16 nicht ändert,
liegt der Ausgang des Operationsverstärkers 180 im Differenzierer 18 auf einem konstanten
Potential UO, dessen Höhe durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 183 und
184 bestimmt wird. Die Schaltschwellen der beiden Schwellwertschalter 19 und 20
werden jeweils durch den Spannungsteiler bestimmt, der dem nicht invertierten Eingang
vorgeschaltet ist. Die Schaltschwelle des ersten Schwellwertschalters 19 wird so
festgelegt, daß er knapp oberhalb der Spannung UO umschaltet. Dagegen wird die Schaltschwelle
des zweiten Schwellwertschalters 20 so festgelegt, daß dieser knapp unterhalb von
UO umschaltet.
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Die e Schaltungsanordnung mit den zwei Schwellwertschaltern 19 und
20 erlaubt es also, festzustellen, ob die Ausgangsspannung des Differenzierers 18
größer als UO, gleich UO oder kleiner als UO ist. Es sind also/bei einem Dreipunktregler
drei Zustände unterscheidbar. Die Anordnung mit den zwei Schwellwertschaltern kann
demnach durch jede Dreipunktreglerschaltung ersetzt werden.
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Für die Einstellung des Arbeitspunktes A auf den Kurven 51, 52 und
57 nach Fig. 3 sind nur die beiden Fälle wesentlich, bei denen die Ausgangsspannung
des Differenzierers 18 nicht gleich UO ist. Wenn die Ausgangsspannung den Wert UO
überschreitet, tritt am Ausgang des ersten Schwellwertschalters 19 ein negativer
Ausgangsimpuls auf, der in der Umkehrstufe 21 invertiert und über das erste Differenzierglied
mit Gleichrichter 22 einem ersten Eingang der bistabilen Kippstufe 24 zugeleitet
wird.
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Wenn die Ausgangsspannung des Differenzierers 18 dagegen den Wert
UO unterscheidet, tritt am Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 20 ein positiver
Impuls auf, der über das zweite Differenzierglied mit Gleichrichter 23 dem zweiten
Eingang der bistabilen Kippstufe 24 zugeführt wird. Demnach sperrt der Transistor
240 in der bistabilen Kippstufe 24, wenn die Ausgangsspannung des Differenzierers
18 unter den Wert UO abgesunken ist. Der Transistor 240 leitet dagegen, wenn die
Ausgangsspannung des Differenzierers 18 über UO angestiegen ist.
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Die Spannung am Kollektor des Transistors 240 ist also ein Maß für
die zeitliche Änderung der Bremskraft. Sie wird dem ersten Eingang 258 der logischen
Schaltung 25 zugeführt. Dem zweiten Eingang 259 der logischen Schaltung 25 wird
die Information über die zeitliche Änderung des Bremsdrucks zugeführt. lis Druckinformation
wird das Ausgangssignal des Taktgebers 26 verwendet, da sich der Druck erhöht, wenn
der Taktgeber 26 das zweite Druckminderventil 33 schließt, und sich der Druck erniedrigt,
wenn der Taktgeber 26 das zweite Druckminderventil 33 öffnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Blockierschutzvorrichtung wird die änderung
des Bremsdrucks p als MaB für die Änderung des Schlupfs verwendet. Dies ist insofern
zulässig, als sich der Schlupf auf jeden Fall erhöht, wenn infolge Drucksteigerung
in der Bremsleitung die Bremszange 14 fester um die Bremsscheibe 12 geschlossen
wird. Diese gegenseitige. Zuordnung von Bremsdruck und Schlupf wäre jedoch nicht
zulässig, wenn ein Analogrechenverfahren zur Steuerung des ersten Druckminderventils
32 verwendet würde, weil kein exakter Zusammenhang zwischen dem Bremsdruck und dem
Schlupf besteht. Für das bei der erfindungsgemäßen Blockierschutzvorrichtung verwendete
digitale Rechenverfahren ist es jedoch hinreichend, wenn der
erwähnte
Zusammenhang zwischen Bremsdruckänderung und Schlupfänderung besteht.
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Aus Fig. 3 kann man die Schaltbedingungen für die drei Kurven 51,
52 und 53 ablesen. Der Bremsdruck muß mit Hilfe des ersten Druckminderventils 32
gehalten werden, wenn sich Schlupf und Bremskraft, d. h. Bremsdruck und Bremskraft,
gleichsinnig ändern. Dagegen muß der Bremsdruck herabgesetzt werden, wenn sich Schlupf
und Bremskraft, d. h. Bremsdruck und Bremskraft, gegensinnig ändern. Die logische
Schaltung 25 ist so aufgebaut, daß sie diese Bedingungen erfüllt. Ihre Funktionsweise
wird unten näher erläutert.
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Zu erklären bleibt noch die Funktion der Blockierschutzvorrichtung
auf glatter Straße, d. h. wenn die Kurve 54 nach Fig. 3 zutrifft. Die Bremskraft
bleibt in diesem Fall nach anfänglicher Zunahme für längere Zeit konstant. In diesem
Fall gibt der Differenzierer 18 genau die Ausgangsspannung UO ab, d. h. die Ausgänge
des ersten Schwellwertschalters 19 und der Umkehrstufe 21 liegen auf Nulipotential.
Uber die Dioden 273 und 274 wird jetzt der Transistor 270 des UND-Glieds 27 gesperrt,
so daß an seinem Kollektor Pluspotential liegt. Diese positive Spannung wird der
Verzögerungsstufe 28 zugeführt, die nach Ablauf ihrer Verzögerungszeit das erste
Druckminderventil 32 öffnet und somit den Bremsdruck absenkt, so daß der Schlupf
wieder verringert wird.
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Die Funktionsweise der logischen Schaltung 25 sowie des UND-Glieds
27 und des Verzögerungsglieds 28 wird im folgenden anhand eines Bremsvorganges erläutert,
wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Phasenschieberstufe 60 zunächst außer
acht gelassen wird. Die beiden Schaltverstärker 30, 31 sind so ausgelegt, daß die
zugehörigen Druckminderventile geöffnet werden1 wenn am Eingang des Schaltverstärkers
eine positive
Spannung liegt. Beim Beginn des Bremsvorgangs steigt
der Druck in der Bremsleitung 38 stetig an, weil das Bremspedal niedergetreten wird.
Die Bremskraft steigt rasch an, und es ergibt sich ein Schlupf zwischen dem Rad
und der Straßenoberfläche.
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Nach kurzer Zeit ist z. B. der Punkt B auf Kurve 51 erreicht.
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Der zweite Schaltverstärker 31 moduliert den Bremsdruck, so wie es
Kurve 58 in Fig. 5 zeigt. Im Zeitpunkt D ist das zweite Druckminderventil 31 geschlossen
und der Bremsdruck steigt daher. Der Ausgang des Taktgebers 26 liegt im Zeitpunkt
D auf positivem Potential, das damit auch am zweiten Eingang 259 des elektronischen
Schalters 25 liegt. Infolge der Bremsdruckzunahme nimmt auch der Schlupf und damit
die Brenskraft zu. Am Ausgang des Differenzierers 18 liegt daher eine Spannung,
die größer als U0 ist, 80 daß der erste Schwellwertschalter 19 umschaltet und ein
positives Signal zur Basis des Transistors 240 in der bistabilen Kippstufe 24 gelangt.
Damit wird der Transistor 240 leitend, so daß über die Diode 274 am ersten Eingang
258 der logischen schaltung 25 etwa Nullpotential liegt. mit dem zweiten Eingang
255 verbundene Der Transistor 250 erhält damit Basisstrom über die/Diode 255 und
bleibt leitend. Der Punkt 253' liegt auf etwa + 0,8 V.
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Damit kann auch über die Diode 291 keine positive Spannung zum Ausgang
des ODER-Glieds 29 gelangen, so daß das Druckminderventil 32 weiterhin geschlossen
bleibt.
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Kurze Zeit später ist auf der Kurve 57 in Fig. 5 der Punkt E erreicht,
d. h. der Bremsdruck wird mit Hilfe des zweiten Druckminderventils 33 herabgesetzt.
Am Ausgang des Taktgebers 26 und damit am zweiten Eingang 259 der elektronischen
Schaltung 25 liegt zu diesem Zeitpunkt ein-negatives Potential. Gleichzeitig wird
infolge der Verminderung des Bremsdrucks der Schlupf und damit auch die Bremskraft
kleiner. Am Ausgang des Differenzierers 18 tritt daher eine Spannung auf, die unterhalb
von U0 liegt. Das Ausgangspotential des zweiten Schwellwertschalters 20
macht
daher einen positiven Sprung, so daß der Transistor 241 in der bistabilen Kippstufe
24 jetzt leitet und der Transistor 240 sperrt. Somit liegt am ersten Eingang 258
der logischen Schaltung 25 jetzt das Potential der Plusleitung 40.
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Daher kann der Transistor 250 in der logischen Schaltung 25 über die
Diode 257 Basis strom erhalten, so daß er leitend bleibt. Sein Kollektor liegt jetzt
nahezu auf Nullpotential, und der Punkt 253' liegt wiederum auf etwa + 0,8 V, so
daß auch jetzt noch das erste Druckminderventil 32 weiterhin geschlossen bleibt.
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Wird bei weiterer Fortsetzung des Bremsvorganges das Bremspedal immer
stärker getreten, so steigt der Druck in der Bremsleitung und damit der Schlupf
dauernd weiter an, bis schließlich der Gipfelpunkt A1 der Kurve 51 in Fig. 3 überschritten
wird. Wenn z. B. der Punkt C auf Kurve 51 erreicht ist, spielen sich in der Blockierschutzvorrichtung
die im folgenden beschriebenen Regelvorgänge ab. Die Druckänderung und die Bremskraftänderung
verlaufen jetzt gegensinnig. Im Zeitpunkt D' in Fig. 5 ist das zweite Druckminderventil
33 geschlossen, und am Ausgang des Taktgebers 26 und am zweiten Eingang 259 der
logischen Schaltung 25 liegt Pluspotential. Infolge der Zunahme des Schlupf es nimmt
jetzt nach Fig. 3 die Bremskraft ab, so daß am Ausgang des Differenzierers 18 eine
Spannung liegt, die kleiner als UO ist. Somit wird der Transistor 241 in der bistabilen
Kippstufe 24 leitend und am ersten Eingang 258 der logischen Schaltung 25 liegt
Pluspotential. Jetzt liegen die Dioden 256 und 254 praktisch parallel zum Widerstand
253. Der Punkt 253' liegt auf Pluspotential, das damit über die Diode 291 am Ausgang
des ODER-Glieds 29 liegt. Damit kann über den ersten Schaltverstärker 30 das erste
Druckminderventil geöffnet werden, so daß der Bremsdruck abnimmt.
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Im Zeitpunkt E' liegen die Verhältnisse genau umgekehrt wie im Zeitpunkt
D', d. h. am ersten Eingang 258 und am zweiten Eingang 259 der logischen Schaltung
25 liegt negatives Potential. Damit kann der Transistor 250 keinen Basisstrom mehr
erhalten, so daß er sperrt. Ueber die Diode 292 liegt jetzt Pluspotential am Ausgang
des ODER-Glieds 29, so daß das erste Druckminderventil 32 weiterhin geöffnet bleibt.
Die bis jetzt beschriebenen Teile der Blockierschutzvorrichtung gewährleisten einen
optimalen Bremsvorgang auf trockenen und nassen Straßen. Auf Straßen mit Rollsplitt
und auf vereisten Straßen ist jedoch noch eine Zusatzvorrichtung erforderlich, die
aus dem UND-Glied 27 und der Verzögerungsstufe 28 besteht. Wenn beim Bremsen auf
vereister Straße der kritische Schlupf 5k überschritten wird, bleibt die Bremskraft
laut Kurve 54 in Fig. 3 konstant, unabhängig davon, ob der Druck erhöht oder vermindert
wird. Damit in diesem Falle das Rad nicht blockiert wird, muß der Bremsdruck vermindert
werden.
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Da sich die Bremskraft nicht mehr ändert, ist die Ausgangsspannung
des Differenzierers 18 genau gleich UO. Demzufolge liegt der Ausgang des ersten
Schwellwertschalters 19 auf Pluspotential und der ausgang des zweiten Schwellwertschalters
20 auf Nuilpotential. Ueber die Dioden 273 und 274 wird also beiden Eingängen des
UND-Glieds 27 ein Nullpotential zugeführt, so daß der Transistor 270 sperrt. Damit
liegt die Kollektorelektrode des Transistors 270 auf Pluspotential. ueber den Kollektorwiderstand
271 wird der Kondensator 281 in der Verzögerungsstufe 28 aufgeladen. Nach einer
durch die Größe des Widerstandes 271 und des Kondensators 281 bestimmten Verzögerungszeit
von etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden wird die Zündspannung des Unijunction-Transistors
280 erreicht. Der Kondensator 281 entlädt sich jetzt über den Emitter und die zweite
Basis des Unijunction-Transistors 280. Am Basiswiderstand 282 fällt
daher
eine positive Spannung ab, die dem ODER-Glied 29 zugeführt wird. ueber die Diode
293 im ODER-Glied 29 erhält der erste Schaltverstärker 30 ein positives Eingangssignal
und öffnet damit das erste Druckminderventil 32, so daß der Bremsdruck abgesenkt
wird.
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Die Blockierschutzeinrichtung ist auch ohne die Verzögerungsstufe
28 funktionsfähig. Man kann jedoch dann auf trockenen Straßen nicht genau den Bereich
des Arbeitspunktes A1 nach Fig. 3 einhalten, da das Druckminderventil beim Erreichen
des Punktes A1 schon wieder geöffnet wird. Daher stellt sich ein Arbeitspunkt zwischen
den Punkten A1 und B ein.
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Die beschriebene Blockierschutzvorrichtung gewährleistet also einen
optimalen Bremsvorgang auch unter extremen Bedingungen.
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Eine gewisse Schwierigkeit ergibt sich lediglich dadurch, daß infolge
der relativ großen Masse des Rades die Bremskraftänderung der Bremsdruckänderung
unter Umständen nicht trägheitsfrei folgt. Eine solche Verzögerung der Änderung
der Bremskraft gegenüber der Druckänderung wirkt sich am Eingang der logischen Schaltung
25 störend aus. Wenn die Phasenverschiebung zu groß wird, gibt die logische Schaltung
25 falsche Schaltbefehle ab.
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Die Phasenverschiebung ist jedoch bei einem gegebenen Fahrzeug konstant,
so daß sie sich durch Einbau einer Phasenschieberstufe 60 zwischen dem Taktgeber
26 und dem zweiten Eingang 259 der logischen Schaltung 25 ausgleichen läßt. Diese
Phasenschieberstufe kann gleich aufgebaut sein wie die Verzögerungsstufe 28.
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Der besondere Vorteil des ersten Ausführungsbeispiels liegt darin,
daß infolge der relativ hohen ModuLationSfrequenz i die vom Taktgeber 26 abgegeben
wird, der Arbeitspunkt A in Fig. 3 recht genau eingehalten werden kann. Während
des Bremsvorganges treten also keine großen Abweichungen vom Maximalwert der
Bremskraft
auf. Falls die Phasenverschiebung zwischen Bremsdruckänderung und Bremskraftänderung
stört, kann man das zweite Ausfuhrungsbe ispiel nach Fig. 6 einsetzen. In Fig. 6
sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird direkt die Druckänderung im
Bremszylinder 39 gemessen, die vom ersten Druckminderventil 32 verursacht wird.
Auch hier wird wieder die Druckänderung als digitales Maß für die Schlupfänderung
verwendet. Der Druck im Radbremszylinder 39 wird mit Hilfe eines Druckmessers 61
gemessen. Als solcher Druckmesser kann wieder einfach ein Dehnmeßstreifen verwendet
werden, der um die Bremsleitung gelegt wird. Voraussetzung für diese einfache Konstruktion
eines Druckmessers ist eine hinreichend hohe Verstärkung des zweiten Meßverstärkers
62.
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Das Ausgangssignal des zweiten Meßverstärkers 62 wird in einem zweiten
Differenzierer 63 differenziert und einem dritten Schwellwertschalter 64 zugeführt.
Bei positiver Druckänderung gibt der dritte Schwellwertschalter 64 ein negatives
Ausgangssignal ab und bei negativer Druckänderung ein positives Ausgangssignal.
Das Ausgangssignal des dritten Schwellwertschalters 64 ersetzt also das Ausgangssignal
des Taktgebers 26 im ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Schaltvorgänge in der logischen Schaltung 65 laufen genauso ab
wie es beim ersten Ausführuhgsbeispiel beschrieben ist.
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Beide Ausführungsbeispiele der beschriebenen Blockierschutzvorrichtung
sind nur bei der Bremsung eines vorwärtsfahrenden Fahrzeugs mit Vorteil einzusetzen.
Das rührt daher, daß die Richtung der Bremskraft von der Fahrtrichtung des Fahrzeugs
abhängt. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Bremskraft, der Dehnung
des Gestänges 15 und dem Widerstand
des Dehnmeßstreifens 16. Die
einfachste Lösung für die Rückwärtsfahrt besteht darin, daß man die Blockierschutzeinrichtung
bei Rückwärtsfahrt einfach abschaltet. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.
6 ist die Blockierschutzvorrichtung auch bei Rückwärtsfahrt wirksam. Bei der Rückwärtsfshrt
muß entweder das Ausgangssignal des ersten Differenzierers 18 oder das Ausgangssignal
des zweiten Differenzierers 63 invertiert werden. Da die Invertierung eines Digitalsignals
einfacher zu bewerkstelligen ist, wird die zweite Möglichkeit verwendet.
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Gleichzeitig mit dem Schalter für den Rückfahrscheinwerfer wird ein
Wechselschalter 65 betätigt, der zwischen dem Ausgang des dritten Schwellwertschalters
64 und dem zweiten Eingang der logischen Schaltung 25 eine zweite Umkehrstufe 66
einschaltet.
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Abschließend soll die Grundkonzeption der beschriebenen Blokkierschutzvorrichtung
nochmals zusammengefaßt werden. Die Blokkierschutzvorrichtung hat die Aufgabe, im
Schlupf-Kennlinien-Feld nach Fig. 3 immer den Arbeitspunkt A einzustellen, der dem
Maximalwert der Bremskraft entspricht. Zu diesem Zweck wäre prinzipiell eine Messung
erstens der Bremskraft KB und zweitens des Schlupf es S nötig. Der Verlauf der Kurven
51 bis 55 ist jedoch so, daß es genügt, wenn man nur den zeitlichen Differentialquotienten
des Schlupf es bzw. der Bremskraft in einer Schalteinrichtung verarbeitet. Aus Gründen
der geringeren Störanfälligkeit ist eine digitale Blockierschutzschaltung vorgesehen.
Die Bremskraft wird direkt gemessen und im Differenzierer 18 differenziert. Der
Differentialquotient der Bremskraft liegt als Analogwert vor und wird in einem Analog-Digital-Wandler
70 in drei voneinander verschiedene Digitalsignale umgewandelt, und zwar je nachdem,
ob der Differentialquotient positiv, negativ oder gleich Null ist. Als Maß für die
Schlupfänderung kann die Bremsdruckänderung verwendet werden, wenn man nur Digitalsignale
verarbeitet, wenn es also nur interessiert, ob die Schlupfänderung positiv oder
negativ ist.
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Die beschriebene Blockierschutzeinrichtung ermöglicht also eine denkbar
einfache Messung des Schlupf es. Es sind keine Drehzahlmesser erforderlich. Trotzdem
ist es möglich, genau den kritischen Schlupf einzustellen, und zwar bei jeder Straßenbeschaffenheit.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden zur Messung der
Bremskraft und zur Messung des Bremsdruckes jeweils Dehnmeßstreifen verwendet. Es
ist ebenso möglich, in beiden Fällen piezoelektrische Geber zu verwenden. Bei geeigneter
Abänderung des ersten Neßverstärkers 17 ist es auch möglich, zur Bremskraftmessung
einen induktiven Weggeber zu verwenden, wenn das Bremsgestänge 15 ein elastisches
Glied mit hinreichend großem Federweg aufweist. Auch zur Messung des Drucks im zweiten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 kann ein Manometer verwendet werden, das einen induktiven
Weggeber antreibt.