DE2447860A1 - Elektropneumatische steuervorrichtung - Google Patents

Description

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1 Elektropneumatische Steuervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektropneumatische Steuervorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Steuerung von heute üblichen Kraftfahrzeuggetrieben, die automatisch betätigbar sind, werden in zunehmendem Maße elektronische Anordnungen vorgesehen. An die elektronischen Anordnungen sind dabei eine Reihe von Forderungen zu stellen. Insbesondere soll es dem Fahrer nicht möglich sein, bei einer unzulässig hohen Fahrzeuggeschwindigkeit die Schaltstufen auf einen zu niederen Gang zu begrenzen oder gar den Rückwärtsgang einzulegen. Bekannte Vorrichtungen erfüllen diese Forderung nur mange.lh.aft oder gar nicht.

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Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmalen, des Hauptanspruchs ist geeignet, den Antriebsmechanismus eines Kraftfahrzeugs vor falschen Betätigungen zu sichern. Der Schutz erfolgt durch ein Sperren des .Gassen- und Gruppenwechsels. Man verhindert so, daß der Fahrer bei einer zu hohen Fahrzeuggeschwindigkeit zurückschalten kann. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung arbeitet mit elektronischen und pneumatischen Mitteln in Verbindung mit Sensoren für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gangstellung. Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird der Kraftfahrzeug-Motor auch nicht überdreht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuervorrichtung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und mehrere Abwandlungen sind in der Zeichnung dargestellt und in der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit den gleichen'Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist das Prinzip einer Schaltanlage gezeigt, in die die erfindungsgemäße Steuervorrichtung eingebaut ist. Über ein Überströmventil 21 ohne Rückströmung fließt ein Druckmittel in einen Druckluftbehälter 22; der Druckluftbehälter 22 ist unabhängig vom Bremsluftbehälter. An den Druckluftbehälter 22 ist ein Druckluftreiniger 23 mit einem Wasserabscheider und einem Entwässerungsventil angeschlossen. Vom Druckluftreiniger 23 führt eine Leitung zu einem Hauptabschaltventil 24, daß zweckmäßigerweise als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet ist und von der Drehwelle gesteuert wird. Dem Hauptabschaltventil 24 ist ein Relaisventil 25 nachgeschaltet, das zweckmäßigerweise als

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4/2-Wege-Ventil ausgebildet ist» Auf das Relaisventil folgt ein Druckluftzylinder 26 für die Gruppenschaltung." Mit einem Schalthebel 2? ist ein Gruppenschaltventil zusammengebaut, das als Vorsteuerventil dient. Zum Messen der Getriebe-Abtriebsdrehzahl ist ein Induktivgeber vorgesehen. An den Ausgang des Induktivgebers 28 ist ein Eingang eines elektronischen Drehzahlschalters 31 angeschlossen. Mit dem Drehzahlschalter 31 ist weiter ein Druckschalter 32, ein Magnetventil 33 für die Gruppensperre und ein Magnetventil 34 für die Gassensperre verbunden. Das Magnetventil 12 steuert einen Zylinder 35 für die Gassensperre.

In Figur 2 ist in einem Blockschaltbild das Prinzip der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gezeigt. Die sinusförmige Spannung, die von dem an der Achse am Ausgang des Getriebes angeordneten Geber 28 erzeugt -wird, wird von einer Eingangsstufe 37 verstärkt. Dann wird das Signal in einem Wandler 38 in eine Gleichspannung umgewandelt; die Höhe dieser·Gleichspannung ist von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig. Die Ausgangsspannung des Wandlers 38 steuert zwei Trigger 39, 4-1 an, deren Schwellen zum Sperren des Gassenwechsels 42 und des Gruppenwechsels 43 entsprechend abgeglichen sind.Beim Umschalten der Gruppe - Gruppenwechsel 43 wird eine Schaltvorrichtung 44 betätigt. Die Schaltvorrichtung 44 verändert die Schaltschwelle des Gassenwechsels 42 so, daß sie einer höheren Geschwindigkeit zugeordnet ist.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung des in Figur 2 vorgestellten Prinzips geschildert. Die endgültige Ausführung kann durch eine beliebige Kombination der verschiedenen Grundschaltkreise verwirktIiclit werden.

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Figur 3 zeigt ein Ausführurigsbei spiel eines Eingangsverstärkers 37· Mit dem Widerstand 46 ist der Transistor 47 leitend gemacht. Dem Transistor 47 ist ein Kollektorwiderstand 48 nachgeschaltet. Der Transistor 47 wird durch die negativen Impulse des Gebers 28 gesperrt. Am Ausgang des Transistors 47 erhält man eine Eechteckspannung mit der gleichen Frequenz, die auch das Gebersignal aufweist. Die Diode 49 schützt den Transistor 47 gegen negative Spannungsspitzen, die Diode 51 erlaubt ein Umschalten in der Gegend der Spannung Null. Wenn der Innenwiderstand des Gebers nicht genügend groß ist, muß ein Widerstand 52 in Reihe geschaltet werden, um den Strom, der parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 47 fließen würde, zu begrenzen.

In den Figuren 4 bis 11 sind Ausführungsbeispiele für einen Frequenz-Spannungs-Wandler gezeigt. Dieser Wandler arbeitet mit Dioden und Kondensatoren und liefert eine Spannung, die eine Funktion der Frequenz und damit der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Während einer halben Periode des Rechtecksignals nimmt ein erster Kondensator die elektrische Ladung auf, während einer zweiten Halbperiode gibt der erste Kondensator die Ladung an einen zweiten Kondensator weiter. Der zweite Kondensator hat einen größeren Kapazitätswert als der erste Kondensator und dient als Speicher. Für ein einwandfreies Funktionieren der Schaltung ist es lediglich notwendig, daß die beiden Kondensatoren ein entsprechendes Kapazitätsverhältnis zueinander haben. Die beiden Dioden steuern die Ladung und die Entladung während den beiden Halbperioden. Da ein Teil der Ladung des Speicherkondensators durch die Belastung mit den nachgeschalteten Triggerstufen 39, 41 verloren geht, stellt sich für jeden Frequenzwert des Steuersignals ein Gleichgewicht ein. So entspricht jedem Geschwindigkeitswert des Fahrzeugs eine bestimmte Gleichspannung.

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Im einzelnen zeigt die Figur 4a eine Schaltung, die am Ausgang eine in Figur 4b dargestellte mit zunehmender Frequenz ansteigende Spannung liefert, die Schaltung nach Figur 5a ergibt eine mit steigender Frequenz fallende Spannung'gemäß Figur 5"b, die Schaltung nach der Figur 6a liefert eine über die Versorgungsspannung hinaus anwachsende Ausgangsspannung gemäß Figur 6b, die Figur 7 a zeigt eine Schaltung, die eine von der Versorgungsspannung ausgehende abfallende Ausgangsspannung gemäß Figur 7b aufweist. Bei allen diesen Ausführungsbeispielen ist an den Kollektor eines Transistors 54- mit dem Kollektorwiderstand 55 der erste Kondensator 56 angeschlossen. Auf den Kondensator 56 folgen die beiden die Ladung und die Entladung steuernden Dioden 57 und 58 sowie der zweite Kondensator 59· Die Belastung durch die Triggerstufen 39, 4-1 ist durch einen Belastungswiderstand 61 angedeutet. Bei den Schaltungen nach Figur 6a und 7a muß zum Begrenzen des Stroms im Steuertransistor 54- ein Begrenzungswiderstand 62 eingefügt werden. Eine Strombegrenzung läßt sich auch dadurch . erreichen, daß man einen Begrenzungswiderstand 63 in Reihe mit dem ersten Kondensator 56·schaltet.

In den Figuren 10 und 11 sind Vorschläge zum Benützen einer doppelten Glättung gezeigt, entweder, um eine bessere Gleichspannung zu erhalten, oder, um mit kleineren Kapazitäten auszukommen. Bei diesen Vorschlägen ist dem zwei.ten Kondensator 59 ein Längswiderstand 64 und eine Querkapazität 65 nachgeschaltet. In bestimmten Fällen will man keine Gleichspannung, sondern im Gegenteil eine Spannung, die um einen Mittelwert schwankt. Die" Welligkeit gestattet es, die Hysterese der Triggerstufen 39ν 4-1 zu verringern.

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Die Figuren 12 bis 14 zeigen Schaltungsbeispiele für temperaturkompensierte Triggerstufen 39 und 41. Die Schaltungen sind im wesentlichen bekannt, deshalb soll nur auf Besonderheiten hingewiesen werden. In Figur 12 stellen die Widerstände 67 und 68 einen Spannungsteiler dar. Der Widerstand 68 hält in der Ruhestellung den Transistor 69 leitend. Die Transistoren 69 und 71 und der Kollektorwiderstand 72 des Transistors 69 bilden zusammen einen Differenzverstärker, dessen Referenzspannung am anderen Eingang durch die Widerstände 73 und 74- bestimmt ist. Ein Magnetventil 75» dem eine Freilaufdiode 76 parallel geschaltet ist, wird durch den Transistor 77 angesteuert. Die Gegenkopplung der Triggerstufe besorgt ein V/iderstand 78, der sich zwischen dem als Endverstärker dienenden Transistor 77 und dem Differenzverstärker-Transistor 71 befindet. Ein Widerstand schützt den Endstufen-Transistor 77 gegen Restströme. In Figur 13 ist eine andere Schaltungsmöglichkeit dargestellt, bei der der positive Pol der Versorgungsspannung als Bezugspunkt benützt wird. Dadurch, können die Magnetventile- in Figur 13 ist nur das Magnetventil 75 dargestellt - einseitig an Masse gelegt werden.

Um die Benützung eines PNI-Leistungstransistors zu vermeiden, der sehr teuer ist, kann man auch einen PKP-Transistor mit kleiner Leistung benützen. Er ist dann mit einem KPN-Leistungstransistör zu verbinden, der als Emitterfolger geschaltet ist. Diese Schaltungsvariante ist dann in Figur 14 dargestellt, in der der Emitterfolger die Transistoren 81 und 82 umfaßt.

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Selbstverständlich können die Endstufen-Transistoren und 81 auch durch Darlington-Transistoren realisiert werden. In den Figuren 12 bis 14 ist ein Rückkopplungszweig aus einem Widerstand 83 und einem Kondensator 84- gebildet. Zum Schutz des Emitterfolger-Trensistors 82 gegen Restströme dient ein Widerstand 85.

Die Figuren 15 bis 25 zeigen verschiedene Varianten einer Überstromsieherung für Magnetventile. Wenn ein Kurzschluß in einem Magnetventil auftritt, steigt der Strom durch das Magnetventil sehr stark an; durch den Kurz s ChIu₄B st rom können die Schalttransistoren sehr schnell beschädigt und Teile des Steuergeräts außer Funktion gesetzt werden.

In Figur 15 ist eine Schaltung gezeigt, bei der in Reihe mit dem Magnetventil 75 eiⁿ Meßwiderstand 87 gelegt ist. Die Spannung am Meßwiderstand ist über einen Tiefpass mit dem Längswiderstand 88 und der Querkapazität 89 an den Steuereingang einer Ausschaltvorrichtung geführt. Die Ausschaltvorrichtung besteht im Ausführungsbeispiel nach Figur 15 aus einem Thyristor 91· Wenn der Strom durch das Magnetventil 75 und damit durch den Meßwiderstand 87 einen vorbestimmten Wert übersteigt, kippt der Thyristor 91 und speert damit die Triggerstufe 39 oder Der Strom durch das Magnetventil 75 wird also zu Null. Zum Ausschalten der Überstromsicherung muß zuerst der Grund für den Überstrom beseitigt werden, erst dann kann die Steuerschaltung wieder normal eingeschaltet werden.

Die Überstromsicherung kann auch in einer Steuervorrichtung verwendet werden, in der das Magnetventil 75 mit einem Wicklungsende an Masse liegt. Diese Schaltungsvariante ist in Figur 16 dargestellt.

Man kann die tJberstromsicherung statt mit einem Thyristor auch mit.zwei Transistoren realisieren. Solche Schaltungs-

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Varianten - für einseitig an Plus oder an Masse liegende Magnetventile 75 - sind in den Figuren 17 und 18 gezeigt. Diese Ausführungsbeispiele enthalten zwei Transistoren 92 und 93 mit dem zugehörigen Kollektorwiderstand 94-·

Schaltungsvarianten zu den Ausführungsbeispielen nach Figur 17 und 18 sind in den Figuren 19 und 20 gezeigt. Statt eines Kollektorwiderstands 94- ist ein Emitterwiderstand 95 vorgesehen.

Die Überstromsicherung mit Transistoren kann auch für mehrere Magnetventile gleichzeitig verwendet werden. Eine Schaltungsmöglichkeit ist in Figur 21 für zwei Magnetventile dargestellt. Die Dioden 97 und 98 dienen dazu, daß entweder die Transistoren 99 und 101 oder die Transistoren 99 und 102 umschalten, je nachdem, an welcher:. Eingang ein Überstrom festgestellt wird.

Auch die in Figur 21 vorgeschlagene Schaltung kann wieder mit dem positiven Pol der Speisespannung als Bezugspunkt, also für einseitig an Masse liegende Magnetventile, verwirklicht werden. Eine solche Schaltungsvariante ist in Figur 22 gezeigt. In den Schaltungen nach Figur 21 und 22 ermöglicht ein Kollektorwiderstand 103 gleichzeitig einen Basisstrom in den Transistor 99·

Es kann auch ein einziger Widerstand 87 für mehrere Magnetventile 75? 105 verwendet werden, das ist in Figur 23 angedeutet.

Beim Betrieb der Triggerstufen 39 und 41 und des Frequenz— Spannungs-Wandlers 38 ist es nicht unbedingt erforderlich, eine stabilisierte Versorgungsspannung zu verwenden. Die Schaltungen sind unempfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung. Die Kondensatoren 89 schützen die Überstromsicherung gegen Störspannungsspitzen, die Trigger werden gegen Störspannungen durch die Rückkopplungsschaltung mit dem Widerstand 83 und dem Kondensator 84- geschützt.

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Ein Beispiel einer vollständigen Schaltung zeigt Figur 24. Der Geber 28 ist über die Diode 51 angeschlossen und steuert die Eingangsstufe 37, die im wesentlichen den Transistor 47, die Diode 49 und die Widerstände 46, 48 und 52 enthält. Die Impulse am Ausgang des Transistors 47 laden den Wandler 38 mit den Kondensatoren 56 und 59, den Dioden 57 und 58 und dem Widerstand 63 auf. An den Klemmen des zweiten Kondensators 59 erhält man eine Gleichspannung mit einer überlagerten ' Wechselspannung. Diese Klemmenspannung steuert die erste Triggerstufe 39 und die zweite Triggerstufe 41 mit den Transistoren 69, 71, 81 und 82 an. Die Widerstände 73 dienen zum Abgleich der Triggerschwellen. Die erste Triggerstufe 39 wird- durch den in der Schaltvorrichtung 24 enthaltenen mechanischen Kontakt umgeschaltet, der an Widerstände 107 und 108 angeschlossen ist. Bei den Triggerstufen 39, 41 wird die Steuerstufe der Magnetventile 75 durch einen PNP-Transistor kleiner Leistung zusammen mit einem E[PN-Leistungstransistor, die beide zusammen den DABLINGTON-Transistor 82 bilden, realisiert. Die Überstromsicherung besteht aus den beiden Transistoren 92, 93· Die Abschaltspannung fällt am Widerstand 87 ab, der entsprechend der Schaltung nach Figur 23 für zwei Ansteuerkreise der Magnetventile 75 gemeinsam vorgesehen ist. Die Bauelemente 83, 84 und 89 dienen zum Schutz der Schaltung gegen Störspannungen. Eine Diode 109 schützt die Schaltungsanordnung gegen ein Verpolen. Zusätzlich schützt der dynamische Widerstand der Diode 109 in Verbindung mit dem dynamiscnen Widerstand des Kondensators 111 die Schaltung gegen Spannungsspitzen. Die Dioden 112 und 113 dienen zum Entkoppeln der beiden ' Triggerstufen 39 und 41.

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Claims (6)

1. Ansprüche

   ή Elektronisch-pneumatische Steuervorrichtung, insbesondere für eine Gangwechselvorrichtung in automatisch schaltbaren Kraftfahrzeuggetrieben, mit einer Schaltsicherung zum Schutz des Antriebsmechanismus vor falschen Betätigungen und mit Gebern zum Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Stellung der Getriebegänge, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Vorrichtung zum Sperren des Gassenwechsels (42) und des Gruppenwechsels (4-3) umfaßt.
2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer Anordnung aus dem Geber (28) zum Messen der der Fahrzeuggeschwindigkeit äquivalenten Getriebeausgangsdrehzahl und einem nachgeschalteten Drehzahl-Spannungs-Wandler (37»38) an die Eingänge von zwei Triggerstufen (39» 41) angeschlossen ist und daß der Ausgang je einer der Triggerstufen (39, 41) mit je einer Einrichtung zum Sperren der Wechsel der

   Gassen (42) und Gruppen (43) verbunden ist.
3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der Gruppe (43) mit Hilfe einer vorzugsweise einen Schaltkontakt enthaltenden Schaltvorrichtung (44) die Schaltschwelle der Einrichtung zum Sperren des Wechsels der Gasse (42) in Richtung auf Einschalten bei einer höheren Geschwindigkeit verändert wird.

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4. 4. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung wenigstens eine Überstromsicherung (Figuren 15 bis 18) enthält, die einen in Reihe mit dem zugehörigen Magnetventil (75) geschalteten Widerstand (87) und eine vom Spannungsabfall an diesem Widerstand (87) gesteuerte Halbleiterschaltanordnung, beispielsweise einen Thyristor (91) oder wenigstens einen Transistor (93? 94), umfaßt und deren Ausgang mit der dem Magnetventil (75) zugeordneten Triggerstufe (39, 41) zum Sperren der Triggerstufe (39? 41) verbunden ist. -
5. 5· Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Überstromsicherung (Figur 21) die Absicherung von wenigstens zwei Magnetventilen (75) übernimmt .
6. 6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 51 dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Widerstand (87) in Reihe mit mehreren Magnetventilen (75) geschaltet ist (.Figur 23) ·

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