DE2364207A1

DE2364207A1 - Digitale schaltungsanordnung zum bestimmen der zeitlichen aenderung der frequenz von impulsen

Info

Publication number: DE2364207A1
Application number: DE2364207A
Authority: DE
Inventors: James Edward Rau; George Arthur Watson; Rogell Van Wyk
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3805089A; JPS505792A; DE2364207C2; GB1396688A; FR2211657B1; CA1002190A; JPS5649775B2; FR2211657A1; IT1000732B

Description

--. Wilhelm Reichsl
,:. Wolfgang Reiche!

Frankfurt a. M. 1
Pcrksixaße 13

7717

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, Ca., VStA

Digitale Schaltungsanordnung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung der Frequenz von Impulsen

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Schaltungsanordnung zum Messen oder Bestimmen der zeitlichen Änderung der Frequenz von Impulsen. Wenn somit die eingangsseitige Impulsfolgefrequenz einer Geschwindigkeit entspricht, liefert die digitale Schaltungsanordnung ein Maß für die Beschleunigung.

In Steuergeräten zum Gleitschutz von bremsbaren Fahrzeugen werden der Drehgeschwindigkeitszustand und der Drehbeschleunigungszustand der gebremsten Räder des Fahrzeugs benutzt, um den Bremszustand des Fahrzeugs festzustellen. Der Beschleunigungszustand wird aus den Winkelgeschwindigkeitsdaten gewonnen, die man von Fühleinrichtungen erhält, beispielsweise von an sich bekannten magnetischen Gebern, die Impulse mit einer Impulsfolgefrequenz liefern, die dem abgetasteten Winkelgeschwindigkeitszustand entspricht. Die zugeordnete Winkelbeschleunigung kann man, sofern vorhanden,

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dadurch bestimmen, daß man mit Hilfe von analogen oder digitalen Differenzierungsverfahren die zeitliche Frequenzänderung der festgestellten Impulsfolgefrequenz ermittelt.

Digitale Differenzierungsverfahren werden gegenüber analogen Differenzierungsverfahren im allgemeinen bevorzugt, da die Auswirkungen von differenzierten Rauschsignalen bei Digitaleinrichtungen weniger störend als bei Analogeinrichtungen sind. Darüberhinaus kann man die anfallenden digitalen Daten direkt in zuverlässig und. schnell arbeitenden Digitalprozeßrechnern oder ähnlichen digitalen Steuereinheiten verwenden. Die Notwendigkeit für eine Analog-Digital-Umsetzung entfällt somit. Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung aus einer der Geschwindigkeit entsprechenden festgestellten Impulsfolgefrequenz ist aus der US-PS 3 522 973 bekannt. Diese Vorrichtung macht von magnetischen oder anderen Meßwandlern Gebrauch«, um Impulse zu erzeugen, die die Raddrehbewegung angeben« Die Anzahl der während aufeinanderfolgender ähnlicher Zeitintervalle gemessener Impulse wird über die Intervalle gemittelt als Analogen für die Durchschnittsgeschwindigkeit genommene Die Differenz zwischen der Anzahl der Impulse in aufeinanderfolgenden Intervallen wird als ein MaB für die Beschleunigung oder zeitliche Änderung der über zwei aufeinanderfolgende Intervalle gemittelten Geschwindigkeit betrachtet«

Eine Unzulänglichkeit in der Leistungsfähigkeit dieser bekannten Vorrichtung -besteht darin, daß sich die Auflosungsgrenzen der Beschleunigvxsgsbestimmung bei niedrigen Beschlennigungs- und Drehgeschwindigkeitswerten verschlechtern^ und zwar infolge der Winkelauflösungsgrenzen in der abgefühlten Impulsfolge ₉ die zur Gescimindigkeits~ und BeseliXemiiipings-■ bestimmung herangezogen wird. Die zu® Gemmen der Bress«» -kriterien is einer Aatigleit-Steueranlage erforderlichen KofflMnatiosswsF.te für die Geschwindigkeit und Beschleunigung können daher mit der bekannten Vorrichtung nichi: mit

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ausreichender Sicherheit und Zuverlässigkeit bestimmt werden.

Eine digitale Schaltungsanordnung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung der Frequenz von Impulsen, deren Frequenz sich über einen gewissen Bereich ändert, mit einer Integrierschaltung, die in eine negative Rückführschleife geschaltet ist, um als Differenzierschaltung zu wirken, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, -daß die negative Rückführschleife einen ersten Akkumulator und einen zweiten Akkumulator sowie Mittel enthält, die auf jeden der Eingangsimpulse ansprechen, um den ersten Akkumulator mit einer festen Zahl abzüglich des Inhalts des zweiten Akkumulators inkremental weiterzuschalten und den zweiten Akkumulator zu löschen, und daß eine Taktimpulsquelle vorhanden ist, deren Taktimpulse eine Frequenz haben, die höher als die höchste Frequenz des Frequenzbereichs der sich in der Frequenz ändernden Eingangsimpulse ist, und daß Mittel vorgesehen sind, die auf jeden der Taktimpulse ansprechen, um den zweiten Akkumulator mit dem Inhalt des ersten Akkumulators inkremental weiterzuschalten, wobei zwischen dem Ausgang des zweiten Akkumulators und dem Eingang des ersten Akkumulators ein Digitalsignal zur Verfügung steht, das die zeitliche Frequenzänderung der Eingangsimpulse darstellt.

Der Ausgang des zweiten Akkumulators wird vorzugsweise mit einem Subtraktionseingang eines Digitalvergleichers verbunden, der einen Additionseingang-aufweist, an den die feste Zahl gelegt wird. Der Ausgang des Digitalvergleichers ist mit dem Eingang des ersten Akkumulators verbunden, um diesem die Differenz zwischen der festen Zahl und dem Inhalt des zweiten Akkumulators zuzuführen.

Der Ausgang des Digitalvergleichers wird vorzugsweise mit einem dritten Akkumulator verbunden, der unter der Taktsteuerung der Eingangsimpulse von der Differenz inkremental weitergeschaltet wird und der periodisch gelöscht wird. Der dritte

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Akkumulator glättet das Beschleunigungssignal "bzw. Frequenzänderungssignal»

Beimnormalen Betrieb der beschriebenen Anordnung arbeiten der Vergleicher und die als Integrator in der negativen Rückführschleife befindlichen Akkumulatoren in "bezug auf die zugeführte oder festgestellte sich ändernde Impulsfolgefrequenz derart, daß am Ausgang des Vergleichers die erste zeitliche Ableitung oder zeitliche Änderung der zugeführten Impulsfolgefrequenz auftritt. Bei kleineren Impulsfolgefrequenzen wird die Abtastperiode der Rückführschleife aus Kompensationsgründen erhöht _f um auch bei den kleineren Frequenzen die digitale Auflösung der einen Regelkreis bildenden Differenzieranordnung aufrechtzuerhalten, wobei in Abhängigkeit von Änderungen in der zugeführten Impulsfolgefrequenz beiläufig die Schleifenverstärkung verändert wird. Die Ausgangsverstärkung wird durch Änderung der Rücksetz- oder Löschfrequenz des dritten Akkumulators in Abhängigkeit von den Änderungen der zugeführten Impulsfolgefrequenz in einen ausgleichenden Sinne eingestellt. Die Verstärkung des dritten Akkumulators wird somit in bezug auf Änderungen in der zugeführten Impulsfolgefrequenz umgekehrt verändert. Auf diese Weise wird die Gesamtverstärkung der Anordnung stabilisiert, und die digitale Auflösung über einen weiten Bereich der geschwindigkeitsanalogen zugeführten Impulsfolgefrequenz verbessert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines als Differenziereinrichtung dienenden Regelkreises mit einer integriereinrichtung in der Rückführschleife,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer als Anwendungsbeispiel dienenden Anlage mit der Anordnung nach der Fig. 2 und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weitergebildeten Anordnung nach der Fig. 2, die auch die Verarbeitung von niedrigeren Impulsfolgefrequenzen ermöglicht.

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In der Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine Differenziereinrichtung dargestellt, "bei der es sich um eine Anordnung aus einem Regelkreis mit einer Integriereinrichtung 14 handelt. Dabei ist die Integriereinrichtung 14 in den negativen Rückführzweig geschaltet und arbeitet mit einer Differentialsignaladditionseinrichtung oder einem Vergleicher 10 zusammen, der einen an den Ausgang der Integriereinrichtung 14 angeschlossenen Eingang 12 und einen an den Eingang der Differenziereinrichtung 14 angeschlossenen Ausgang 13 aufweist. Einem zweiten Eingang 11 des Vergleichers 10 wird ein Eingangssignal e_v zugeführt. Am Ausgang 13 des Vergleichers 10 tritt ein Ausgangssignal e auf, das die zeitliche Änderung des Eingangssignals e angibt, und zwar unter der Annahme, daß die Anfangsbedingungen der Integriereinrichtung 14 null sind:

e_o(s) = e_v(s) - e_o(s) § (1)

Wenn man gleiche Tenne ordnet, erhält man:

e_o(s)(1 +§) = e_v(s) (2)

Durch weitere Umformung ergibt sich die folgende Gleichung:

^eo^(s) 1
-

1+1

Diese Gleichung kann auch wie folgt geschrieben werden: ^e°^(s)

Ts+1

Das elementare Glied oder das freie s-Glied im Zähler der Gleichung (4) hat differenzierendes Verhalten, während das additiv zusammengesetzte Glied erster Ordnung im Nenner der Gleichung ein zeitverzögerndes oder signalglättendes Verhal-

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ten zeigt. Die in der Gleichung (4) enthaltene Konstante T
ist der offenen Schleifenverstärkung K der Integriereinrichtung 14 umgekehrt proportional. Die geschlossene Schleifenverstärkung der Anordnung, ändert sich ebenfalls umgekehrt
proportional mit der Integratoryerstärkung K.

Zur Verarbeitung von aus Impulszügen gewonnenen Digitaldaten müßte die beschriebene Analoganordnung digitalisiert werden. Dazu könnte man als Integriereinrichtung ein Akkumulationsregister in Verbindung mit einem dem Differentialsignal (vom
Vergleicher 10) äquivalenten digitalen Signal verwenden. Allerdings besteht die Neigung, daß die digitale Auflösung des sich ergebenden geglätteten Zeitänderungssignals e stark
herabgesetzt wird, die an sich bei geringer Impulsfolgefrequenz der Eingangsdaten während fester Datenabtastungsperioden erwünscht ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß bei
festen Datenabtastperioden die digitale Auflösung der Ergebnisgröße umso schlechter ist, je weniger Impulse während
einer Abtastperiode oder je weniger Vorgänge pro Zeiteinheit auftreten, auf denen die Berechnung des sich ergebenden nach der zeitabgeleiteten Signals e_Q beruht. Diese Auflösungsgrenze wird auch von der zeitlichen oder räumlichen Auflösung des Fühlers beeinträchtigt, der zur Erzeugung der beispielsweise einer Geschwindigkeit analogen Impulsfolgefrequenz dient. Im Falle einer Kraftfahrzeugbremsanlage tastet dieser Fühler die Radstellung ab.

Bei der Anordnung nach der Fig. 2 werden mehrere aus Kompensationsgründen taktgesteuerte Register benutzt, um die digitale Auflösung einer digital gewonnenen zeitlichen Änderung einer Impulsfolgefrequenz zu bewahren.

Zur Bestimmung der zeitlichen Änderung einer festgestellten
Impulsfolgefrequenz sieht die Anordnung nach der Fig. 2 eine auf die Impulsfolgefrequenz ansprechende Einrichtung mit ne-

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gativer Rückführung vor, die aus Kompensationsgründen taktgesteuerte Einrichtungen enthält, um die digitale Auflösung des nach der Zeit abgeleiteten Ausgangssignals zu bewahren. Ein akkumulierendes Register 24 mit einem Takteingang wird von den Impulsen einer Impulsquelle mit einer festgestellten Impulsfolgefrequenz taktmäßig angesteuert₉ die beispielsweise der Analoggeschwindi£keit eines gebremsten Rades einer Fahrzeugbremsanlage entspricht. Ein Vergleicher 20 weist einen ersten Eingang 21 auf, an den ein Vorspannungssignal D_Q gelegt ist, das die analogen Auflösungsgrenzen des Fühlers angibt, der zum Erzeugen des eine variable Impulsfolgefrequenz aufweisenden Impulszuges benutzt wird, der dem Takteingang des Registers 24 zugeführt wird. Ein zweiter Eingang 22 des Vergleichers 20 ist über ein zweites Register 25 an den Ausgang des ersten Registers 24 angeschlossen. Sofern es erwünscht ist, kann der Vergleicher 20 derart ausgelegt sein, daß er von der Impulsfolgefrequenz der genannten Impulsquelle taktgesteuert wird. Die aus den Bauteilen 20 und 24 gebildete Anordnung nach der Fig. 2 entspricht funktionsmäßig der aus den Bauteilen 10 und 14 gebildeten Anordnung nach der Fig. 1.

Die Anordnung nach der Fig. 2 enthält allerdings noch das taktgesteuerte zweite Register 25, das zwischen den Ausgang des akkumulierenden Registers 24 und den zweiten Eingang 22 des Vergleichers 20 geschaltet ist. Das zweite Register 25 hat einen Takteingang, der mit "einer vorgewählten Taktfrequenz beaufschlagt wird, deren Periode beispielsweise 80 /Us beträgt. Weiterhin ist das Register 25 derart ausgebildet, daß es beim Auftreten eines Eingangsimpulses der festgestellten Impulsfolgefrequenz zurückgesetzt oder gelöscht wird. Darüberhinaus ist ein taktgesteuertes drittes Register 26 vorhanden, dessen Eingang an den Ausgang 23 des Vergleichers 20 angeschlossen ist. Das dritte Register 26 weist einen Takteingang auf, dem die Impulse der festgestellten Impulsfolgefrequenz zugeführt werden. Ferner ist das dritte Regi-

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ster 26 derart ausgebildet, daß es im Takt einer vorgewählten Taktfrequenz zurückgesetzt oder gelöscht wird, die' wesentlich niedriger als die vorgewählte Taktfrequenz des zweiten Registers 25 ist und eine Periode von beispielsweise 20 ms aufweist.

Der Aufbau und die Arbeitsweise von Schieberegistern, einschließlich des Taktsteuervorgangs (zum Einschreiben) und des Lösch- oder Rücksetzvorgangs (zum Auslesen), sind dem mit digitalen Anlagen vertrauten Fachmann bekannt und brauchen daher im einzelnen nicht erläutert zu werden. Die Taktgeber oder Taktquellen zum Taktsteuern und Rücksetzen der Eingänge sind daher nicht dargestellt. Darüberhinaus sind die Register 24, 25 und 26 lediglich in Blockschaltbilddarstellung angegeben. Das Entsprechende gilt für den in der Fig, 2 dargestellten Vergleicher 20.

Beim Normalbetrieb der oben beschriebenen Anordnung ist die Taktimpulsperiode für das zweite Register 25 derart vorgewählt, daß sie ein Sechzehntel der Periode der höchsten festgestellten interessierenden Impulsfolgefrequenz (oder Rücksetzfrequenz) beträgt, um zum Register 25 einen kumulativen Dateneingang von passender Auflösung sicherzustellen (beispielsweise mehr als eine Abtastung über der Ausleseperiodizität). Bei einem festgestellten Impulsperiodenbereich von 1,2 bis 20 ms entspricht ein Sechzehntel der Periode der festgestellten höchsten Impulsfolgefrequenz einer vorgewählten Taktperiode von etwa 80 /US für das Register Während sowohl bei hohen als auch niedrigen festgestellten Impulsfolgefrequenzen angemessene und hinreichende Datenabtastungen vorgesehen sind, tritt infolge der Änderung der Ausleseperiodizität für das zweite Register 25 bei der mit einer höheren festgestellten Impulsfolgefrequenz verbundenen niedrigeren Periodizität eine niedrigere kumulative Ausgangsgröße auf, so daß es bei einer festgestellten höheren Impulsfolgefrequenz zu einer Verminderung der Verstärkung kommt.

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Die Rücksetz- oder Auslesefrequenz des dritten Registers 26 ist derart vorgewählt, daß sie nicht höher als die zu erwartende niedrigste festgestellte Impulsfolgefrequenz (mit einer Periodizität oder Periodendauer von 20 ms) ist, um zu vermeiden, daß beim Auslesen Daten verlorengehen. Bei höheren festgestellten Impulsfolgefrequenzen (mit einer Periodizität oder Periodendauer bis hinunter zu 1,2 ms) tritt eine hinreichend kumulative Anzahl von Datenabtastungen auf, so daß keine Gefahr besteht, daß Daten verlorengehen. Die periodische Auslesegröße des dritten Registers 26 stellt daher eine kumulative Menge der taktgesteuerten Eingangsgrößen dar und ist dem Produkt aus dem Durchschnitt dieser taktgesteuerten Eingangsgrößen und der Taktfolge für diese Ausleseperiodizität proportional. Bei einer im Mittel angelegten Eingangsgröße wird somit die zugeordnete Ausgangsgröße bei einer vorgegebenen Ausleseperiode verstärkungsmäßig geändert, und zwar proportional zu der dem Takteingang des Registers während der interessierenden Rücksetzperiode von 20 ms zugeführten Taktfrequenz (beispielsweise die festgestellte Impulsfolgefrequenz). Diese proportionale Verstärkungsänderung kompensiert somit die umgekehrte Verstärkungsänderung durch das zweite Register 25, die, wie beschrieben, dadurch bewirkt wird, daß als Ausleseperiode für das Register 25 die Periode der sich ändernden festgestellten Impulsfolgefrequenz verwendet wird.

Die Grobkörnigkeit oder Rauhigkeit des Datenergebnisses bei festgestellten niedrigen Impulsfolgefrequenzen wird somit dadurch vermieden, daß das zweite Register 25 mit einer hohen Frequenz taktgesteuert und mit der sich ändernden festgestellten Impulsfolgefrequenz zurückgesetzt wird, während die Taktsteuerung des Ausgangsregisters 26 mit der sich ändernden festgestellten Impulsfolgefrequenz und die Rückstellung des Registers 26 mit einer festen Frequenz- für eine kompensierend wirkende Verstärkungsänderung sorgen, um die Verstärkungsänderungen auszugleichen, die durch das zweite Register 25 hervorgerufen y^Tftep;c / Ü 9 11

Bei der Anordnung nach der Fig« 2 ist weiterhin .in Betracht zu ziehen, daß das zweite Register 25 eine zweite Integriereinrichtung darstellte Die Rückführschleife des Vergleichers 20 enthält somit eine Anordnung aus zwei Integriereinrichtungen 24 und 25. Der Eingang 21 des Vergleichers 20 spricht auf inkrementale Verschiebungen D an, die dem abgefühlten Verschiebungsinkrement oder räumlichen Abstand entsprechen, der den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen darstellt, die von einem Fühler stammen, beispielsweise von einem magnetischen Geber eines Radrotationsfühlers oder von einer anderen Impulsfolgefrequenzquelle» Infolge der Doppelintegration des Verschiebungsinkreraents D in der oben beschriebenen Rückführanordnung tritt an der Leitung 23 eine Ausgangsgröße auf_s die der Beschleunigung oder der'zweiten Ableitung der Verschiebung nach der Zeit entspricht:

(5) Durch Zusammenfassen gleicher Tenne erhält man:

D₀ = e_o(s) + -§— (6)

Durch Umformung ergibt sich:

S²D₀(S) = s²e_o(s)'+ e_o(s) (7)

= e_o(s) (s² + 1) (8)

^Do (s² + 1)

(9)

Der analogen Beziehung der Gleichung (9) kann man entneh-

men, .daß das elementare Glied oder freie s -Glied im Zähler eine doppelte Differenzierung beschreibt, während das addi-

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tiv zusammengesetzte (s²+1)-Glied im.Nenner ein ungedämpftes Verzögerungs- oder Signaldämpfungsglied zweiter Ordnung darstellt. Wenn somit der Term D einen Inkrementalabstand darstellt, stellt e_Q die zweite Ableitung nach der Zeit oder die Beschleunigung dar. Beim tatsächlichen Betrieb der in der Fig. 2 dargestellten Digitalanordnung verhindern jedoch die aufeinanderfolgenden Rücksetzungen des zweiten Integrators 25 das Auftreten einer Instabilität oder dämpfen anderweitig die Vorgänge in der geschlossenen· Schleife mit der Doppelintegration, die durch die Register 24 und 25 bewirkt wird. Das dritte Register 26 dient zur Abtastung, Verstärkungsanpassung und weiteren Glättung der Daten. Die Glättungsperiode entspricht der (beispielsweise mit 20 ms angenommenen) Rücksetzperiode, und die Verstärkungsänderung hängt vom Verhältnis der sich ändernden Taktfrequenz und der festen Rücksetzfrequenz ab. Die Verstärkungsänderung kompensiert den auf die Verstärkung umgekehrt Einfluß nehmenden Effekt, der durch die sich ändernde Rücksetzfrequenz des Registers 25 hervorgerufen wird.

Die beschriebene Digitalanordnung liefert somit eine geglättete Anzeige von der zeitlichen Änderung von Vorgängen pro Zeiteinheit und auch die zweite Ableitung des räumlichen Intervalls oder inkrementalen Abstands, der von der Ausgangsgröße des Fühlers für die pro Zeiteinheit auftretenden Vorgänge dargestellt wird, wobei die Auflösung dieser digitalen Ausgangsgröße über einen weiten Bereich der pro Zeiteinheit auftretenden Vorgänge oder der Impulsfolgefrequenz aufrechterhalten bleibt. Das bedeutet, daß sich die Ausgangsauflösung der Differenziereinrichtung für die pro Zeiteinheit auftretenden Vorgänge bei geringer werdender Anzahl der pro Zeiteinheit auftretenden Vorgänge nicht verschlechtert.

Infolge der Integrationswirkung des ersten Registers 24 stellt die am Ausgang des Registers 24 auftretende Größe in Anbetracht des am Eingang des Registers 24 an der Leitung 23 an-

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liegenden Beschleunigungssignal ein Gesciiwindigkeitssignal oder die erste Ableitung nach der Zeit in bezug auf das Beschleunigungssignal dar.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung tritt Jedoch die Schwierigkeit auf, daß, wenn die festgestellte Impulsfolgefrequenz des mit Nr. 1 bezeichneten Taktgebers gegen Null geht, die Kapazität des zweiten Registers 23 außerordentlich groß sein muß, wenn ein Überlaufen vermieden werden soll. Ferner kann bei einer zu großen Korrektur vom Ausgang 23 des Vergleichers 20 der Sinn des Inhalts des ersten Registers 24 ins Negative getrieben werden. Schließlich -ist es möglich, daß der Inhalt des ersten Registers 24 nicht auf Null geht, wenn die festgestellte Iiapulsfolgefrequenz des Taktgebers Nr. 1 den Wert Null annimmt, weil damit auch ein Wegfall der dem ersten Register 24 zugeführten Taktimpulse verbunden ist. In ähnlicher Weise verhindert der Wegfall der Taktimpulse, daß das dritte Register 26 rechtzeitig auf den neuesten Stand gebracht wird.

Diese Unzulänglichkeiten können beispielsweise durch Zufügen von kompensierenden Bauelementen bei der Anordnung nach der Fig. 2 überwunden werden, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Diese kompensierenden Bauelemente enthalten entsprechend der Anordnung nach der Fig. 4 einen Vorzeichendetektor 41, an dessen Ausgang 42 der Takt des mit Nr. 2 bezeichneten Taktgebers auftritt, wenn am Ausgang 23 des Vergleichers 20 eine negative Größe erscheint, ein Gatter 43, an dessen Ausgang die vom Vergleicher 20 kommende Eingangsgröße auftritt, wenn die 2-Zustands-Steuereingangsgröße vom Vorzeichendetektor 41 "Wahr" ist oder dem Takt des Taktgebers Nr.. 2 entspricht, und an dessen Ausgang die Zahl 0 auftritt, wenn die Steuereingangsgröße "Nicht wahr" ist, eine Addiereinrichtung 45, an deren zum Eingang des Registers 25 führenden Ausgang die algebraische Summe der vom Gatter 43 und vom Register 24 kommenden Eingangsgrößen auftritt, und ein ODER-Glied 46, an dessen Aus-

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gang 47, der mit den Takteingängen der Register 24 und 26 verbunden ist, die logische Summe vom Ausgang 42 des Vorzeichendetektors 41 und vom Taktgeber Nr. 1 auftritt.

Wenn die in der Fig. 4 dargestellte Anordnung normal arbeitet und wenn die festgestellte Impulsfolgefrequenz des Taktgebers Nr. 1 zunimmt oder konstant bleibt, üben die zusätzlichen Bauelemente 41 bis 47 keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der digitalen Beschleunigungsmeßeinrichtung aus, da der Ausgang des Vergleichers 20 niemals negativ wird und weil sich der Vorzeichendetektor 41 im "Nicht wahren" Zustand befindet. Wenn jedoch der Ausgang 23 des Vergleichers 20 infolge einer Abnahme in der festgestellten Impulsfolgefrequenz des Taktgebers Nr. 1 negativ wird, wird dieses negative Signal durch den "wahren" Zustand am Ausgang des Vorzeichendetektors 41 dem Register 24 und dem Register 26 zugeführt, und vor der Ankunft des nächsten Impulses des Taktgebers Nr.1 werden der Geschwindigkeitsinhalt des Registers 24 und in ähnlicher Weise der Beschleunigungsinhalt des Registers 26 herabgesetzt. Ferner wird der Inhalt des Registers 25 durch Zufuhr des durch den Taktgeber Nr. 2 taktgesteuerten Signals am Ausgang 23 des Vergleichers 20. zum Eingang der Addiereinrichtung 45 herabgesetzt. Dieses der Addiereinrichtung 45 zugeführte Eingangssignal hebt das Korrektursignal vom Ausgang -23 des Vergleichers 20 auf, das gleichzeitig dem Register 24 und dem Register 26 zugeführt wird.

Wenn darüberhinaus die festgestellte Impulsfolgefrequenz des Taktgebers Nr. 1 Null wird, sehen die zusätzlichen Bauelemente 41 bis 47 Mittel vor, um den Geschwindigkeitsinhalt des Registers 24 in einer solchen Weise auf Null zu bringen, daß ein Negativwerden dieses Registers verhindert wird.

Durch die Maßnahmen der in der Fig. 4 dargestellten Anordnung entfällt somit die Notwendigkeit, dem Register 25 eine außerordentlich hohe Kapazität zu geben. Darüberhinaus wird das

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Verhalten der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung bei niedrigen Frequenzen verbessert.

Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Impulsfolgefrequenz-Differenzieranordnung oder des die zeitliche Änderung einer pro Zeiteinheit anfallenden Anzahl von Vorgängen angebenden Rechners als Rechner zur Angabe der Drehbeschleunigung eines Rades in einer Antigleit-Bremsanlage ist in der Fig. 3 dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt schematisch einen Satz -von druckbetätigbaren Bremsen 30, die auf eine mit einem Fußpedal betätigbare, unter Druck gebrachte Bremsfluidquelle 31 ansprechen. Die Bremsfluidquelle kann pneumatischer oder hydraulischer Natur sein. Zwischen den Ausgang der unter Druck gestellten Fluidquelle 31 und die Bremsen 30 ist ein magnetisch betätigbares Absperrorgan 32 geschaltat, beispielsweise ein Hubmagnetventil, das den durch das Fußpedal ausgelösten Fluiddruck moduliert oder v/ahlweise drosselt. Diese selektive Drosselung oder Modulation (zum Mindern des Bremsfluiddrucks) wird von Steuersignalen bewirkt, die den Hubmagnetventilen oder den sonstigen Stelleinrichtungen von einer Treiberstufe 33 zugeführt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Arbeitsweise einer Steuerlogik in Form einer vorgewählten logischen Funktion aus den Daten über den Drehgeschwindigkeitszustand und den Drehbeschleunigungszustand der gebremsten Räder. Derartige Daten werden von Radrotations- oder Bewegungsfühlern gewonnen, beispielsweise von magnetischen Gebern oder anderen bekannten Einrichtungen, die einen Impulszug liefern, der der Raddrehung entspricht, wobei die Impulsfolgefrequenz die Drehgeschwindigkeit und die zeitliche Änderung der Impulsfolgefrequenz die Drehbeschleunigung angibt. Dabei kann man sowohl für das linke als auch für das rechte Rad eines gebremsten Radpaares eins·Achse einen Impulszug erzeugen. Die Signale für die Radarehzahl und die Radfoescfoleunigung kann man für die beiden Räder von jeder Achse mit einem der Anordnung nach der Fig. 2 entsprechenden

ORfGiNAL INSPECTED * O98 * 6/09 Π ■

_ ₁₅ _ 2 3 6 /, 2 Π 7

Rechner 35 für die zeitliche Änderung der Anzahl der pro Zeiteinheit auftretenden Vorgänge "bestimmen.

Obwohl die Erfindung beispielshalber an Hand einer glättend arbeitenden Differenziereinrichtung für die als Impulsfolgefrequenz gemessene Drehgeschwindigkeit und einer glättend arbeitenden Doppeldifferenziereinrichtung für eine inkrementale Drehverschiebung beschrieben worden ist, soll darin keine Beschränkung gesehen werden. So kann es sich bei der Anzahl von Vorgängen pro Zeiteinheit um die Zeitfolge irgendeines interessierenden meßbaren Parameters handeln, und das Inkre« ment D kann ebenfalls irgendeinen räumlichen Abstand oder irgendein getastetes Inkrement eines interessierenden meßbaren Parameters darstellen. Obwohl die beschriebene Anordnung vorzugsweise in Antigleit-Bremssteueranlagen zum Hessen der Beschleunigung eines gebremsten Rades benutzt wird, kann sie auch für andere Zwecke eingesetzt werden und findet einen großen Anwendungsbereich zum Steuern oder Regeln von verschiedenartigen Vorgängen und Prozessen.

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Claims

Patentansprüche

1 J Digitalschaltungsanordnmig zum Bestimmen der zeitlichen Änderung der Frequenz von Impulsen^ deren Frequenz sich über einen gewissen Bereich ändert^ mit einer Integrierschaltung, die in eine negative Rückführsehlelfe geschaltet ist₉ um als Differenzierschaltung zn wirken^
dadurch gekennzeichnet, .daß die negative Rückführschlelfe einen ersten Akkumulator (24) und einen stielten Akkumulator (25) sowie Mittel enthält? die auf ,jeden der In der Frequenz veränderlichen Eingangsimpulse ansprechen«, um den ersten Akkumulator (24) mit einer festen Zahl (D ) abzüglich des Inhalts des zweiten Akkumulators (25) Inkremental weiterzuschalten und den zweiten Akkumulator zu löschen,, daß eine Taktinipulsquelle vorhanden ist, deren Taktimpulse eine Frequenz haben;, die höher als die höchste Frequenz des Frequenzbereiches der Eingangsimpulse ist, und daß Mittel vorgesehen sind, die auf jeden der Taktimpulse ansprechen^ um den zweiten Akkumulator mit dem Inhalt des ersten Akkumulators Inkremental weiterzuschalten, wobei zwischen dem Ausgang des zweiten Akkumulators und dem Eingang des ersten Akkumulators ein digitales Signal zur Verfügung steht, das die zeltliche Frequenzänderung der Eingangsimpulse darstellt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 ₉ dadurch gekennzeichnet _a daß der Ausgang des zweiten Akkumulators (25) an einen Subtraktionseingang eines Digitalvergleichers (20) angeschlossen ist, daß einem Additionseingang des Digitalverglelehers eine feste Zahl (D_Q) zugeführt wird und daß der Ausgang des Digitalvergleichers an den Eingang des ersten Akkumulators (24) angeschlossen istj, um diesem Akkumulator die Differenz zwischen der festen Zahl und dem Inhalt des zweiten Akkumulators zuzuführen.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Digitalvergleicher (20) auch die" Eingangsimpulse gelegt werden, so daß die Differenz nur beim Auftreten eines Eingangsimpulses zugeführt wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Digitalvergleichers (20) an einen dritten Akkumulator (26) angeschlossen ist, der jeweils beim Auftreten eines Eingangsimpulses von der Differenz inkremental weitergeschaltet und periodisch gelöscht wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang les Digltalvergleichers (20) ein Vorzeichendetektor (41) angeschlossen ist, der feststellt, ob die Differenz negativ.oder positiv ist, und. der bei festgestellter negativer Differenz veranlaßt, daß diese Differenz dem Inhalt des ersten, des zweiten und (ggf.) des dritten Akkumulators (24, 25 und 26) algebraisch hinzuaddiert wird.
6. Schaltungsanordnung mit negativer Rückführung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung einer festgestellten Impulsfolgefrequenz, auf die die Schaltungsanordnung anspricht, gekennzeichnet durch ein taktgesteuertes akkumulierendes Register (24) mit einem Takteingang, der auf eine ihm zugeführte in der Frequenz sich ändernde Eingangsimpulsfolge anspricht, und durch eine Vergleichseinrichtung mit einem ersten Eingang, der auf ein vorgewähltes parametrisches Intervall anspricht, das die Periodizität der festgestellten Impulsfolgefrequenz darstellt, mit einem zweiten Eingang, der von einem Ausgang des akkumulierenden Registers angesteuert wird, und mit einem den Eingang des Registers ansteuernden Ausgang, an dem ,ein Signal auftritt, das die zeitliche Änderung der zugeführten Impulsfolgefrequenz angibt.

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Le e rs e i t'e