DE2155839C3 - Frequenz-Spannungs-Wandler, insbesondere für Blockier- und Schleuderschutzeinrichtungen von Fahrzeugen - Google Patents

Description

nals folgen. Die Kondensatorspannung großer ii „leTwird dahei nicht wie üblich der nachfol- α Blockier- oderSchleuderschutzeinrichtung zu- ^ sondern periodisch mit dem Meßsignal zu fflten Zeitpunkten, vorzugsweise jeweils am riner Periode des Meßsignals von dem Analogabeefragt und für die Darer der jeweüs η Periode des Meßsignals in dem Analogeespeichert, so daß die abgefragte Spannung der ganzen Periode konstant bleibt und als proportionale Spannung ohne Welligkeit d Einrichtung, insbesondere einer * ,ugefuhn der 2-, 3faeheui Zeitkonstante des ÄC-Ghedes 3, 4 entspricht, der Mittelwert der welligen Spannung am Kondensator 4 sich bis auf etwa I⁰U seinem statischen, der Frequenz des Meßsignals U₁ proportiona-

len Endwert angenähert hat. Diese Verzögerung ist auch bei einer Änderung der Frequenz des Meßsignals U_f wirksam. Durch die bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung zulässige große WeUigwai der Spannung U_c am Kondensator 4 kann jedoch die

ίο Zeitkonstante des ÄC-Gliedes 3, 4 — """'

Zeitkonstante

Verzögerungszeit der Einrichtung,^

gehalten werden als bei einem ubhehen

wird die Erfindung an Hand .5 oder Regeleinrichtung zugeführt wird.

5r äsääS

an den einzelnen *> Kondensator, die jeweüs am Ende einer

schaltungstechnisch Re- tastet und der Speicherschaltung

ÄtÄäfi. -_W„e . SA

als Eingangssignal der Einrichtung eine der Frequenz des Meßs.gnals U,

3.5S.iS -

in der Regel eine sinusförmige oder durch das erwähnte Abtasten des j Äe¹ Wechselspannung ab, die jedoch ohne Wertes der Kg^g™* % Volmer

s durch Schaltuogsmiltel, die dem bekannten 3S uefslen Frequenz des Meosignais u, _d

Sd de' Technik eniprechei, in eine geeignete Meßfehler (U. in Abh_ang,gkejt™nderJ_requeM<l

Sec_ksp.nn,„_e oder impuUfoIge »„,geformt wer- *gg^Z£EESSi$£, Freque'nz r Tei, der Eingang.n.pu.fo.ge U₁, ^i^

vorzugsweise elektronischen Schalters 5, wo-

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_Absoi_utwcrt

Ablauf der Impulsdauer T₁ öffnet der Schalter 5 wie-JeV wobei jedoch weiterhin die während T₁ dem Speicher 6 vermittelte Spannung as Ausgangsspannung U₁₁ des Speichers 6 bestehen bleibt.

öle Abfallflanke des ersten Impulses der Dauer T₁ bewirkt über die Leitung 1« die Ansteuerung emer zweiten monostabilen Kippstufe 2, die daraufhin ten Impuls l/, der Dauer T, abgibt; dieser vemrsacht über den Widerstand 3 eine Aufladung des Kondensators 4. Nach Ende> des,Impulse, ü ,wird die Spannung U₂ zu Null, und der Kondensator 4 entladt sich nun über den Widerstand 3, um iJ" Ende £ betreffenden Periode des Eingangssignals U,

ÄÄSÄÄS rSamS

^_o ⁿ _n ^g _d^_satorepa ^P _nnurfg U_c

^^^^^Sodt des Meßsignals U₁ hat jeweils am tnoe jeae Verzögerung der sich

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^J¹ ^3^^, J Zusammenhang; nut eine nocn^ zu Einrichtung besonders vorteil

^"^SgSShnST des Speiche« 6 kann hafte ^Sc^™^_h ^auS^_rden ^B _{daB sich} die Ausgangsaußerdem ^^ht _e'_{ndeT Fre<},_uenz des.MeB-spannung U,ve _{jeder Pe}riode dieses Signals

j'f^euen Wert nähert; dies ist in Fig. 2 [U₀) ge^Je^_h ⁿJ_t ^U _darge_Stellt

35

Bezeichnung »halfshot« (halber monostabiler Multi- spannung U₁₁ der Einrichtung den Wert der Spanvibrator) bekannt sind. Sie haben den Vorteil eines nung U₍ am Kondensator 4 erreicht hat. Da dann die geringeren Schaltungsaufwandes (nur ein Transistoi: Spannungen an den Eingängen 18 a und 18 b des und keine Rückkopplungswiderstände) gegenüber Verstärkers 18 gleich groß sind, wird seine Ausgangseiner normalen nionostabilen Kippstufe. Jedoch haben 5 spannung am Punkt 18c zu Null; hierdurch sperrt die abgegebenen Impulse eine geringere Flankensteil- nun der Transistor 19 und die Entladung des Speiheit, was jedoch in der vorliegenden erfindungsgemä- cherkondensators 19, und die Entladung des Speißen Einrichtung sich nicht störend auswirkt. cherkondensators 23 hört auf, so daß die gespeicherte

Die Einrichtung wird beispielsweise wieder mit Spannung U_sn und damit die Ausgangsspannung U_u einem symmetrischen Rechtecksignal U₁ angesteuert. io der Einrichtung konstant bleiben.
Der Transistor 10 ist normalerweise auf Grund des Konstante Spannungen U^₁, und U_a werden späte-

Basisstroms über den Widerstand 9 voll durchgesteuert stens am Ende einer Periode des Meßsignals U₁ er- und gesättigt, so daß seine Kollektorspannung LZ₁ reicht, wenn die Spannung U_e am Kondensator 4 nahezu Null ist. Während des positiven Impulses des ihren niedrigsten Wert erreicht hat (vgl. U_c in Fig. 2). Meßsignals U₁ wird der Kondensator 8 auf die Höhe 15 Die hier erläuterte Wirkungsweise der Schalter-Speides Meßsignals U₁ aufgeladen. Nach Ende des posi- cher-Einrichtung ist deshalb von großem Vorteil, weil tiven Impulses liegt der Eingang 7 auf Schaltungs- bei einer Abnahme der Frequenz des Meßsignals U, Nullpotential, wobei die Spannung am Kondensator 8 die Spannung U_c am Kondensator 4 (vgl. U_c in als negative Spannung an der Basis des Transistors F i g. 2) in der Periode T_n schon nach Ablauf einer 10 wirksam wird und diesen sperrt, so daß seine 20 Zeit R_n _,, die der Dauer der vorhergehenden Periode Kollektorspannung U₁ über den Widerstand 11 gleich entspricht, unter den tiefsten Wert !/„., sinkt, der in der Batteriespannung U_B wird. Über den Widerstand 9 der Periode T_n _ _t erreicht wurde und damit anzeigt, wird nun der Kondensator 8 umgeladen, wobei die daß die Frequenz des Meßsignals sich erniedrigt hat. zunächst negative Spannung an der Basis des Tran- Da das Ende der Periode T_n aber noch nicht erreicht sistors 10 laufend abnimmt und schließlich positiv 25 ist (vgl. F i g. 2), erfolgt noch kein Abtastimpuls T₁. wird, so daß der Transistor 10 schließlich wieder lei- der in der prinzipiellen Einrichtung nach F i g. 1 eine tend wird und der positive Impuls (IZ₁) an seinem Herabsetzung der gespeicherten Spannung und damit Kollektor beendet wird. Die Dauer 7", dieses Impul- der Ausgangsspannung bewirken könnte. Da aber die ses wird also durch U_h U_n sowie die KC-Zeitkon- Spannung U_c am Kondensator 4 jetzt kleiner wird als stante 8,9 bestimmt. 30 die Ausgangsspannung LZ₀, kann durch die oben be-

Nach Ablauf des Impulses Γ, wird vom Kollektor schriebene Funktion der Schalter-Speicher-Einrichdes Transistors 10 über ein Entkopplungsneuwerk tung 5, 6 nun schon ein Absenken der Ausgangsaus der Diode 12 und dem Widerstand 13 eine zweite spannung IZ₀ erfolgen; dies ist in Fig. 2 (U_a) gegleichartige Stufe angesteuert, die aus dem Transi- strichelt dargestellt. Hierdurch wird die Verzögestor 16, dem Kondensator 14 und den beiden Wider- 35 rungszeit, die zwischen dem Beginn der Frequenzständen 15 und 17 besteht und am Kollektor des erniedrigung und dem Absinken der Ausgangsspan-Transistors 16 einen Impuls U₂ der Dauer T₂ abgibt; nung IZ₀ vergeht, gegenüber der prinzipiellen erfindieser wird dem RC-Glied 3, 4 zugeführt. dungsgemäßen Einrichtung nach F i g. 1 weiter ver-

In F i g. 1 waren zur Verdeutlichung der prinzipiel- mindert.

len Arbeitsweise der vorzugsweise elektronische 40 Weiterhin bewirkt diese Schalter-Speicher-Einrich-Schalter 5 und die Speichereinrichtung 6 getrennt dar- tung 5, 6 in Fi g. 3 auch, daß bei einem Ausfall des gestellt. Die Aufgabe dieser Teile übernimmt in Meßsignals IZ,, ζ. B. bei einem Defekt des Frequenz-Fig. 3 die mit 5, 6 bezeichnete, gestrichelt einge- generators, die Ausgangsspannung U₀ der Einrichrahmte Schaltungseinrichtung. Das eigentliche Spei- tung automatisch in kurzer Zeit dem Wert Null zucherelement ist ein Kondensator 23, dem zur Vermin- 45 strebt; dies ist vor allem für eine sogenannte Sicherderung der Schwingneigung der Schaltungseinrichtung heitsschaltung von Vorteil, die durch Vergleich der ein kleiner Widerstand 22 in Reihe geschaltet ist. Ein Ausgangsspannungen der den einzelnen Fahrzeug-Transistor 24 in Kollektorschaltung (Emitterfolger) rädern bzw. Frequenzgeneratoren zugeordneten Fremit dem Emitterwiderstand 25 dient als Impedanz- quenz-Spannungs-Wandler einen Defekt eines Frewandler und überträgt die im Kondensator 23 ge- 50 quenrgenerators erkennen kann,
speicherte Spannung l/_CT an den Ausgang 26. Er ver- Außerdem kann das Blockieren eines Fahrzeughindert, daß der Speicherkondensator 23 durch eine rades bei niedrigen Geschwindigkeiten dazu führen, Belastung der Ausgangsspannung U_e am Ausgang 26 daß das Frequenz-Generator-Signal plötzlich ausfällt entladen wird. Die Ausgangsspannung IZ₀ wird zum oder zumindest so klein wird, daß es zur Anstcue-Zwecke des Vergleichs mit der Spannung U_c am 55 rung des Frequenz-Spannungs-Wandlers nicht mehr Kondensator 4 über die Leitung 26 a dem nichtinver- ausreicht. Auch hier muß die Ausgangsspannung U_a tierenden ( + ) Eingang 18 α eines Differenzverstär- unbedingt automatisch dem Wert Null zustreben — kers 18 zugeführt. Die wellige Spannung U_c am Kon- was durch die erfindungsgemäße Einrichtung gewährdensator 4 wird dem invertierenden ( — ) Eingang 186 leistet ist —, weil sonst das Blockieren des Rades des Verstärkers 18 zugeführt. 60 nicht erreicht werden kann.

So lange nun die Ausgangsspannung U_a positiver In der Anordnung nach F i g. 3 übernimmt nun der

ist als die Spannung U_c am Kondensator4, erscheint Transistor 20 die Rolle des Schalters S in Fig. 1. am Ausgang 18c des Verstärkers eine positive Span- Während des größten Teils jeder Periode des Meßnung. die der Basis des Transistors 19 zugeführt wird signals U₁ ist, wie oben erläutert, der Transistor 10 und diesen in den leitenden Zustand bringt. Hier- 65 durchgeschaltet, und an seinem Kollektor steht nur durch wird der Speicherkondensator 23 übeT den die sehr geringe Restspannung an. Da diese Span-Widerstand 22 und die KoHektor-Emitter-Strecke des nung über die Leitung 1 b der Basis des Transistors Transistors 18 so lange entladen, bis die Ausgangs- 20 zugeführt wird, ist dieser normalerweise gesperrt.

Erst während des Impulses U₁ der Dauer T₁ in jeder Periode nimmt der Kollektor des Transistors 10 und damit die Basis des Transistors 20 Batteriepotential (H- U_n) an, wodurch der Transistor 20 leitend wird und über den Strombegrenzungswiderstand 21 dem Schaltungspunkt 21a Strom zuführt. Infolgedessen wird sich die Spannung am Punkt 21 α und damit die Ausgangsspannung l/„ erhöhen. Dieser Erhöhung wird aber sofort Einhalt geboten, weil durch die Rückführung über die Leitung 26a der Verstärker 18 nun eine positive Spannung an seinem Ausgang 18 c abgibt und damit den Transistor 19 in den leitenden Zustand bringt. Es stellt sich dann ein solcher Zustand ein, daß der Transistor 19 gerade so weit leitend ist, daß er den vom Transistor 20 gelieferten Strom voll übernimmt und somit die Spannung am Punkt 21 a, die gespeicherte Spannung U_sp am Speicherkondensator 23 und die Ausgangsspannung l/„ praktisch konstant bleiben. Dies gilt für den statischen Zustand einer konstanten Frequenz des Meßsignals U₁, wenn also die Periodendauer konstant ist und der tiefste Wert der Spannung U_n am Kondensator 4 zum Ende jeder Periode (vgl. F i g. 2) sich nicht verändert.

Erhöht sich dagegen die Frequenz des Meßsignals U, (vgl. F i g. 2), so ist die Spannung U_c am Ende einer Periode jeweils größer als am Ende der vorangehenden Periode. Da die gespeicherte Spannung U_sn bzw. die Ausgangsspannung aber dem Wert von U_t. am Ende der vorhergehenden Periode entspricht, ist der Eingang 18 b positiver als der Eingang 18 a des Verstärkers 18. Dieser ergibt an seinem Ausgang 18c nun eine negative Spannung ab, die den Transistor 19 sperrt; dadurch bewirkt nur. während der Abtastzeit T₁ der Strom durch den Transistor 20 eine Aufladung des Speicherkondensators 23, wo-

bei sich U_sp und damit die Ausgangsspannung U_a so lange erhöhen, bis U₀ gleich groß ist wie die momentane Spannung U_c. Dann wird, wie oben erläutert, der Transistor 19 zunehmend leitend und verhindert eine weitere Aufladung des Speicherkondensators 23. Damit hat sich aber bereits die Anpassung der gespeicherten Spannung U_st und damit der Ausgangsspannung U„ an die veränderte Frequenz des Meßsignals U_f vollzogen. Dieser Vorgang vollzieht sich

ίο während der relativ kurzen Abtastzeit T₁.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schalter-Speicher-Einrichtung 5, 6 nach F i g. 3 läßt sich für die drei vorkommenden Betriebsfälle kurz zusammenfassen.

1. Zunehmende Frequenz: Transistor 20 leitet während T₁ und lädt Speicherkondensator 23 auf, bis die richtige Ausgangsspannung U_a erreicht ist. Dann wird der Transistor 19 zunehmend

ao leitend und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand bei konstant bleibender Ausgangsspannung ein. Nach Ende von T₁ sind die Transistoren 19 und 20 nichtleitend, und die Ausgangsspannung bleibt konstant.

as 2. Gleichbleibende Frequenz: Der erwähnte Gleichgewichtszustand ist bei Beginn der Zeit Z₁ bereits vorhanden; Transistor 19 und 20 während T₁ leitend, danach nichtleitend. 3. Abnehmende Frequenz: Schon vor Ende einer Periode wird Transistor 19 leitend und entlädt den Speicherkondensator23 automatisch so, daß am Ende der Periode die richtige Ausgangsspannung U„ erreicht wird. Während T, sind dann wiederum die Transistoren 19 und 20 leitend, was aber wirkungslos bleibt, da der Gleich-" gewichtszustand schon erreicht ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 bindung mit einer derartigen Division der Meßwerte, Patentansprüche- insbesondere für Blockier- und Schleuderschutzein richtungen von Fahrzeugen zu aufwendig ist

1. Frequenz-Spannungs-Wandler, bei dem dreh- In der älteren deutschen Offenlegungsschrift " zahlproporüonale Impulse auf ein Ladeglied ge- 5 2031707 ist auch schon eine Schaltung zur Impulsgeben und dessen Spannung zu bestimmten Zeh- frequenzmessung angegeben, die jedoch nut erhebpunkten über einen Schalter auf einen Analog- lichem Aufwand eine sehr hohe Meßgenauigkeit anspeicher übertragen werden, insbesondere für strebt, die vielfach und insbesondere bei Blockier-Blockier- oder Schleuderschutzeinrichtungen von und Schleuderschutzeinrichtungen nicht erforderlich Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, io ist .

daß bei drehzahlproportionaler Impulsfrequenz Es sind weiterhin bereits Einrichtungen bekannt

und konstanter Länge (T2) der von dieser Fre- die eise Spannung proportional zur Frequenz eines

quenz erzeugten Impulsfolge zu Beginn jeder Meßsignals abgeben. Solche Einrichtungen verwen-

Periode des Eingangssignals ein Impuls, dessen den ein ÄC-Glied, dem periodisch mit dem Meß-Länge (Tl) wesentlich kurzer als die Perioden- 15 signal konstante Ladungsbeträge zugeführt werden,

dauer ist, den Schalter (5) schließt Dadurch stellt sich am Kondensator des Ladegliedes

2. Frequenz-Spannungs-Wandler nach An- eine Spannung gewisser Welligkeit ein, deren Mittelspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wert proportional der Frequenz des Meßsignals ist Schalter-Speicher-Einrichtung (5, 6) mit einem Die Welligkeit dieser Spannung wirkt sich bei Blok-Differenzverstärker (18) vorgesehen ist dessen ao kier- und Schleuderschutzeinrichtungen sehr störend invertierendem Eingang (186) die wellige Span- aus, weil sie eine momentane Verzögerung oder Benung (U_c) am Kondensator (4) des Ladegliedes schleunigung des den frequenzgebenden Generator (ÄC-Gliedes 3,4) und dessen nichtinvertierendem antreibenden Rades vortäuscht

Eingang (18 a) die Ausgangsspannung (l/„) der Durch Vergrößerung der Zeitkonstante des Lade-Schalter-Speicher-Einrichtung zugeführt wird. »5 gliedes kann die Welligkeit der abgegebenen Span-

3. Frequenz-Spannungs-Wandler nach An- nung zwar beliebig verringert werden, jedoch ist diese sprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus- Zeitkonst^nte auch bei Frequenzänderungen wirkgang (18 c) des Differenzverstärkers (18) mit der sam und verhindert, daß die Spannung am Konden-Basis eines ersten Transistors (19) verbunden ist sator schnell und zügig der sich ändernden Frequenz wobei dessen Kollektor über einen Widerstand 30 folgen kann.

(21) mit einem zweiten Transistor (20) und über Aufgabe der Erfindung ist es, mit weitgehend geeinen Widerstand (22) mit einem Speicherkon- ringem schaltungstechnischen Aufwand einen Fredensator (23) verbunden ist, dessin Spannung quenz-Spannungs-Wandler der eingangs genannten über einen weiteren Transistor (24) zur Aus- Art anzugeben, bei der die abgegebene Spannung den gangs-Spannung (t/„) der Einrichtung verstärkt 35 Frequenzänderungen des zu messenden Signals sehr wird und daß weiter der Kollektor des Transistors schnell folgen kann, um insbesondere für die Ver-(10) eines ersten Schaltverstärkers (1) über eine wendung in Blockier- und Schleuderschutzeinrichtun-Leitung (1 α) mit der Basis des besagten zweiten gen von Fahrzeugen geeignet zu sein.
Transistors (20) und mit dem Eingang eines zwei- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise

ten Schaltverstärkers (2) verbunden ist, und daß 40 gelöst, daß bei drehzahlproportionaler Impulsfrequenz der Kollektor des Transistors (16) des zweiten und konstanter Länge der von dieser Frequenz er-Schaltverstärkers (2) mit dem Ladeglied (3, 4) zeugten Impulsfolge zu Beginn jeder Periode des Einverbunden ist. gangssignals ein Impuls, dessen Länge wesentlich kürzer als die Periodendauer ist, den Schalter schließt. 45 Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß

eine S^halter-Speicher-Einrichtung mit einem Differenzverstärker vorgesehen ist, dessen invertierendem Eingang die wellige Spannung am Kondensator des

Die Erfindung betrifft einen Frequenz-Spannungs- Ladegliedes und dessen nichtinvertierendem Eingang Wandler, bei dem drehzahlproportionale Impulse auf 50 die Ausgangsspannung der Schalter-Speicher-Einrichein Ladeglied gegeben und dessen Spannung zu be- tung zugeführt wird.

stimmten Zeitpunkten über einen Schalter auf einen Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht

Analogspeicher übertragen werden, insbesondere für darin, daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit Blockier- oder Schleuderschutzeinrichtungen von der Basis eines ersten Transistors verbunden ist wo-Fahrzeugen. 55 bei dessen Kollektor über einen Widerstand mit

Durch die deutsche Ofienlegungsschrift 1 913 517 einem zweiten Transistor und über einen Widerstand ist es bereits bekannt, drehzahlproportionale Impulse mit einem Speicherkondensator verbunden ist, dessen auf ein Ladeglied zu geben und die Ladung zu be- Spannung über einen weiteren Transistor zur Ausstimmten Zeitpunkten über einen Schalter auf einen gangsspannung der Einrichtung verstärkt wird und Analogspeicher zu geben. Die mittlere Spannung an 5- daß weiter der Kollektor des Transistors eines ersten dem Ladeglied ist jedoch nicht der Frequenz sondern Schaltverstärkers über eine Leitung mit der Basis des der Periodendauer proportional. Es wird also nicht besagten zweiten Transistors und mit dem Eingang die Frequenz, sondern der reziproke Wert der Fre- eines zweiten Schaltverstärkers verbunden ist, und quenz gemessen. Die von der bekannten Einrichtung daß der Kollektor des Transistors des zweiten erhaltenen Meßwerte müssen also erst in Frequenz- 65 Schaltverstärkers mit dem Ladeglied verbunden ist. werte umgewandelt werden. Die hierzu erforderliche Bei Verwendung eines Ladegliedes mit kleiner

Division ist bekanntlich mit einfachen Mitteln nicht Zeitkonstante kann somit die Spannung am Kondenerreichbar, so daß die bekannte Einrichtung in Ver- sator schnell einer sich ändernden Frequenz des