DE2516624A1

DE2516624A1 - Elektrische schaltungsanordnung zur drehzahl- oder geschwindigkeitsmessung

Info

Publication number: DE2516624A1
Application number: DE19752516624
Authority: DE
Inventors: Claude Lombard
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2516624C3; FR2268268B1; JPS574868B2; IT1032671B; ES436618A1; US3996483A; JPS5116081A; FR2268268A1; GB1500578A; DE2516624B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

1 R Λητ-ΐ 1 1 97R Telefon

J.S.April iy/b Stuttgart (0711)356539

PA 17 rüse 35 9619

Telex 07 256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

REGIE NATIONALE DES USINES REUAULT, 8-10 Avenue Emile Zola, 9 2105 Boulogne-Billancourt, Frankreich

AUTOHOBILLES PEUGEOT, 75 Avenue de la Grande-Armee, 75016 Paris, Frankreich

Elektrische Schaltungsanordnung zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung, mit zwei oder mehreren verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von einer Eingangsfrequenz, bei der wenigstens eine Zeitmeßstufe mit einem zwei Entladungswege aufweisenden und einen Teil einer Zeitkonstanten-Schaltung bildenden Kondensator vorgesehen ist, dessen einer Entladungsweg durch das Eingangssignal gesteuert und dessen anderer Entladungsweg nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne selbsttätig leitend wird, wobei der durch die Eingangsfrequenz gesteuerte Entladungsweg einen eine unkontrollierbare Entladung des Kondensators ergebenden Thyristor mit grossem Haltestrom enthält.

Es sind eine Reihe von elektrischen Halbleiterschaltungsanordnungen zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung bekannt, die mehrere unterschiedliche Aus gangs zustände aufweisen können und die mit dem Vergleich der Dauer einer Periode eines Eingangssignals mit der Dauer eines Signals

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arbeiten, das durch eine Zeitkonstanten - Schaltung geliefert wird. Derartige Schaltungen werden für Steuervorrichtungen von Kraftfahrzeugen oder Motoren dazu benützt, abhängig von der Drehzahl einer Welle oder von einer an Bord des Kraftfahrzeuges gewonnenen oder empfangenen Frequenz Steuerbefehle abzugeben. Die Schaltungen werden insbesondere dann verwendet, wenn es notwendig ist, zwischen zwei entgegengesetzten Steuerbefehlen Totzeiten zu erzielen; beispielsweise werden die Schaltungen für einfache Servo-Mechanismen eingesetzt: Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeuges oder eines Motors, Drehzahlregelung eines Getriebes, Steuerung der Stellung der Scheinwerfer, Steuerung von hydraulischen Arbeitszylindern etc. Die verbreitetsten Schaltungen dieser Art integrieren eine Folge von Spannungsimpulsen, die bei jeder Periode des Eingangssignals ausgelöst wird; andere Schaltungen zählen während einer vorbestimmten Zeitspanne eine bestimmte Zahl von Eingangssignalen ab.

Die bekannten Schaltungen haben den Nachteil, dass sie ihre Steuerbefehle erst nach einer bestimmten Anzahl von Eingangssignalen abgeben. Andere solche Drehzahl-Meßschaltungen wie sie insbesondere in der FR PS 1 457 550 beschrieben sind, vermeiden zwar diesen Nachteil, müssen dafür aber andere in Kauf nehmen.

Die in der Patentschrift beschriebene Schaltungsanordnung beruht auf dem Vergleich der Dauer eines von einer einem Unij unction-Transistor zugeordneten Zeitkonstanten - Schaltung gelieferten Signals mit der Dauer einer Periode eines ankommenden Eingangssignals. Abhängig davon ob die Periode des ankommenden Signals grosser oder kleiner als die Dauer des Bezugssignals ist, wird ein starker Impuls auf den einen oder den anderen Steuerweg einer bistabilen Schaltung gegeben, die das Resultat bis zu der nächstfolgenden Periode speichert. Eine solche Schaltung gibt zwar wesentlich

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bessere Ergebnisse wie die früher entwickelten oben erwähnten Schaltungen, bei denen der Unijunction-Transistor spannungsabhängiger Schaltungem-nachgeführt wird, weil
die spannungsabhänge Nachführung wesentlich langsamer ist und die hinsichtlich der Temperatur-Kompensation auftretenden Probleme schwieriger zu beherrschen sind.
Ausserdem ist zu bemerken, dass die in der erwähnten Patentschrift beschriebene Schaltung nicht an eine bestimmte
Unijuncion-Transistertype gebunden ist. In der Tat genügt es, dass die plötzliche Zündung bei einer, bezüglich der
an den anderen Elektroden liegenden, festen Steuerspannung geschieht. Da lediglich der erste Spannungsanstieg ausgenutzt wird, ist die sich ergebende Eigenperiode unabhängig von der Spannung und dem Talstrom des Unijunction-Transistors

In der erwähnten Patentschrift ist auch der Fall mehrerer parallel liegender SteuerschaItungen erörtert, die jedoch unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. Wenn aber zwei Wirkungen bor ^T;enig unterschiedlichen Frequenzen auftreten sollen, ist es notwendig, passive Bauelemente hoher
Stabilität für die Zeitkonstanten - Schaltungen zu benutzen, weil sonst nach einer bestimmten Betriebszeit die Unterscheidung zwischen den beiden Wirkungen nicht mehr getroffen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche
Schaltung zu verbessern und sie für eine Schalteinrichtung mit mehreren Ausgangszuständen in Abhängigkeit von einer
Periode des ankommenden Eingangssignals zu erweitern.

Erfindungsgemäss ist die eingangs genannte elektrische
Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass der
andere Entladungsweg einen Unijunction-Transistor mit
kleinem Haltestrom enthält. Wenn die Schaltungsanordnung
zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung mehrere Zeitmeßstufen der erwähnten Art oder ähnlichen Aufbaus, aber

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gleicher Wirkung enthält, lässt man die eine der Zeitkonstanten erst nach dem End3 des Ablaufs der Vorhergehenden einsetzen. Die Genauigkeit der Unterscheidung zwischen den Wirkungen hängt nurmehr von der Genauigkeit der jeweiligen Zeitkonstanten selbst ab und nicht von dem Unterschied zwischen den Zeitkonstanten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Grundschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung, bei der abhängig davon, ob die Periode des Eingangssignals langer oder kürzer als die Bezugs-Zeitkonstanten ist, Impulse auf einem oder einem anderen Steuerweg abgegeben werden,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der an einzelnen Meßstellen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretenden Spannungen in Abhängigheit der Zeit, v/obei im linken Teil des Diagramms der Spannungsverlauf für ein Eingangssignal mit einer längeren Periode und im rechten Teil des Diagramms der Spannungsverlauf für ein Eingangssignal mit kurzer Periode veranschaulicht sind,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung gemäss der Erfindung mit drei verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von der Schliessfrequenz eines Kontaktes,

Fig. 4 einen Diagramm zur Veranschaulichung des zeitabhängigen Spannungsverlaufes an unterschiedlichen Meßpunkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3, auf der linken Seite des Diagramms für eine lange Periode des ankommenden Signals, in der Mitte des Diagramms eine mittlere Periodendauer und rechts des Diagramms für eine kurze Periodendauer des ankommenden Signals,

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Fig. 5 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung mit η unterschiedlichen Ausgangszuständen, insbesondere zur Erzielung einer
schrittweise fortschreitenden Steuerung und mit einer den jeweils gültigen Steuerbefehl umgebenden Totzeit,

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Spannungsverlaufes an verschiedenen Meßstellen sowie der Zustände der Schaltungsanordnung nach Fig. 5
in Abhängigkeit von der Zeit und

Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitabhängigen Verlaufs der Steuerzustände am Ausgang der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 in Abhängigkeit von der Periode des Eingangssignals
entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 5 und 6.

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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist eine Speisespannungsleitung 1 positiver Polarität und eine Speisespannungsleitung 2 negativer Polarität auf. An die Leitung 1 ist ein Widerstand 3 angeschlossen, der in Reihe mit einem Kondensator 4 liegt, welcher mit seiner anderen Klemme an die Leitung 2 angeschlossen ist. Der Widerstand 3 und der Kondensator 4 bilden eine Zeitkonstanten-Schaltung. Parallel zu dem Kondensator 4 liegen zwei verschiedene Schaltungen. Die erste Schaltung enthält einen Thyristor 5, dessen Steuerelektrode mit 6 bezeichnet ist und der in Reihe mit einem Widerstand 7 liegt, welcher seinerseits an die negative Speisespannungsleitung 2 angeschlossen ist. Die Steuerlektrode 6 des Thyristors ist mit dem auftretenden Signal beaufschlagt, dessen Abweichungen festgestellt werden muss und das in Gestalt kurzer aufeinanderfolgender Impulse auftritt.

Die zweite parallel zu dem Kondensator 4 liegende Schaltung enthält einen Unijunction-Transitor 9, dessen Anode 8 an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4 angeschlossen ist und dessen Kathode mit der Anode einer Diode 10 verbunden ist, deren Kathode ihrerseits über einen Widerstand 11 an der negativen Speisespannungsleitung 2 liegt. Die Steuerelektrode oder zweite Basis 12 des Unijunction-Transitors 9 ist an einen zwischen den Leitungen 1,2 liegenden Spannungsteiler angeschlossen, der aus drei Widerständen 13,14,15 besteht. Sein mittlerer Widerstand 14 ist als Potentiometer ausgebildet, dessen Schleifer an die zweite Basis 12 angeschlossen ist und es so gestattet die an dieser Elektrode 12 liegende Spannung einzustellen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterelement 5 ein Thyristor; es kann aber jedes Element sein,dessen Leitfähigkeit durch die Steuerelektrode 6 ausgelöst werden

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kann und dann so lange anhält wie der durchfließende Strom nicht unter einem bestimmten Minimalwert ι den sogenannten Haltestrom abgefallen ist.

Der Halbleiter 9, der hier ein Unijunction-Transitor ist, ist ein Bauelement, dessen Eigenschaften ähnlich jenen des Transitors sindjinit dem Unterschied jedoch, dass die Leitfähigkeit nur einer bestimmten Größe des zwischen den Elektroden 8 12 vorhandenen relativen Potentials vorhanden ist.

Im Folgenden soll die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 beschrieben werden, wobei auf das Diagramm nach Fig. 2 Bezug genommen wird, das den Verlauf der Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in Abhängigkeit der Zeit zeigt, wobei diese Punkte jeweils mit a,b,c,d bezeichnet sind.

Bei a ist das die Steuerelektrode 6 beaufschlagende Signal veranschaulicht, dessen Änderungen die von der Schaltung abzugebenden Befehle auslösen. Bei jedem positiven Impuls entlädtder Thyristor 5 den Kondensator 4, wodurch der Unijunction-Transitor 9 gesperrt wird, wenn er vorher durchlässig war. Durch die Diode 10 wird der Spannungsabfall in der den Unijunction-Transitor 9 enthaltenden.an die Klemmen des Kondensators 4 angeschlossenen Reihenschaltung erhöht, wobei der Entladungsstrom des Kondensators 4 zu · dem Thyristor 5 geleitet wird. Nach der Entladung des Kondensators 4 hört der Thyristor 5 auf leitend zu sein, weil der Widerstand 3 nicht genug Strom liefert, um ihn in leitendem Zustand zu halten. Als ein allerdings nicht beschränkendes Beispiel kann angegeben werden, dass der Haltestrom des Thyristors etwa zwischen 1 und 100 mA liegen kann, während der Haltestrom des Unij unction-Transitors 9 im allgemeinen 100 χ grosser ist. Es ist demnach leicht

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für den Widerstand 3 einen Wert zu wählen, der den Unijunction-Transistor 9 im leitenden Zustand hält, während der Thyristor 5 gesperrt wird. Diese Funktionsweise wird im einzelnen noch erläutert werden.

Nach Ablauf einer sehr kurzen Zeitspanne, die bei ti beginnt, sind der Thyristor 5 und der Unijunction-Transistor 9 nicht mehr leitend. Die Ladung des Kondensators (Kurve b) wächst unter der Wirkung des Widerstandes 3 mit der Zeit an. Wenn die zwischen ti und t3 liegende Zeitspanne groß genug ist, wird der Unijunction-Transistor 9 bei t2 leitend, womit an dem Punkt c, d.h. der Verbindungsstelle zwischen der Diode 10 und dem Widerstand 11 ein Impuls großer Amplitude an den Klemmen des Widerstandes 11 auftritt, während andererseits nach der Entladung des Kondensators 4 der Unijunction-Transistor 9 leitend bleibt, weil der Widerstand 3 entsprechend gewählt worden war. Der Kondensator 4 bleibt deshalb praktisch entladen, womit zum Zeitpunkt t3 die Zündung des Thyristors 5 bei d, an den Klemmen des Widerstandes 7, lediglich einen sehr kleinen Impuls auftreten läßt, der im wesentlichen dem Schwellenwert der Gleichspannung der Diode 10 entspricht.

Der Zyklus beginnt sodann von neuem, wobei jedoch, wenn das zwischen t4 und t3 liegende Zeitintervall kleiner als das für die Zündung des Unijunction-Transistors 9 nötige Zeitintervall t2 - ti ist, der Thyristor 5 im Zeitpunkt t4 einen sehr stark geladenen Kondensator 4 entlädt, womit an dem Punkt d ein starker Impuls erscheint.

Es ergibt sich somit, daß abhängig davon, ob die Periode der ankommenden Impulse länger oder kürzer als die Zündzeitspan'ne ist, starke Signale bei c oder d erscheinen. Diese Signale werden dazu benutzt, Steuerbefehle für Steuermechanismen zu erzeugen.

Das Funktionsprinzip einer Schaltung mit zwei Zweigen ist bereits aus der FR-PS 1 457 550 bekannt. Der Ersatz des mit

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dem ankommenden Signal beaufschlagten Elementes durch den Transistor 5, welcher unabhängig von der Dauer des Steuersignales die Entladung des Kondensators 4 gewährleistet und das Hinzufügen der Diode 10 haben es aber gestattet, in einem zwischen 10 und 1000 liegenden Verhältnis die Grenzen des Einsatzes der Schaltung hinsichtlich der Werte der Widerstände, der Spannung etc. zu vergrößern, womit dieser Schaltung ein wesentlich industriellerer Charakter verliehen wird.

In Fig. 3 ist eine drei verschiedene Zustände aufweisende Drehzahlmeßschaltung veranschaulicht, die auf die Frequenz des Schließens eines Kontaktes anspricht. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann das Signal auch von jedem anderen Signalgeber abgegeben werden, vorausgesetzt, daß dieser eine Signalwiederholung festzustellen gestattet. Eine solche Schaltung kann beispielsweise dazu dienen, einen Elektromotor oder ein entsprechendes Gerät im rechtsläufigen oder linksläufigen Drehsinn in Gang zu setzen, insbesondere für die Geschwindigkeitssteuerung eines Kraftfahrzeuges durch Betätigung des Gashebels.

In Fig. 3 ist zur Erleichterung des Verständnisses schematisch die Steuerung der Haltevorrichtung eines Gaspedales eines Kraftfahrzeuges mittels eines umsteuerbaren Elektromotors veranschaulicht, doch ist die Steuerung nicht auf solche Anwendungsfälle beschränkt; sie umfaßt vielmehr die Steuerung von Arbeitszylindern, Geschwindigkeitswechselgetrieben, Einrichtungen zur Veränderung der Stellung der Scheinwerfer etc..

Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist das Bordnetz aus einer Batterie 16 gespeist, dessen positive Klemme an eine Leitung 17 angeschlossen ist und deren negative Klemme über eine Leitung 18 an Masse liegt. Die Leitung 17 ist mit einer auf einem Verlust behafteten Ferritkern angeordneten

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Induktivität 19 verbunden, welche zusammen mit einem ihre Ausgangsklemme 21 mit Masse verbindenden Kondensator 20 parasitäre Spannungen des Bordnetzes ausfiltert. Die Ausgangsklemme 21 speist zwei Messzweige, von denen der in der Figur oben dargestellte Hauptmeßzweig die erste Messperiode ausgehend von dem ankommenden Signal besorgt, während der SekundärmePzweig, der im Unterteil der Figur veranschaulicht ist, eine zweite Messperiode bewirkt, die am Ende der ersten beginnt. Die empfindlichen Teile der beiden Meßzweige sind über Leitungen 22, 23 und Widerstände 24, 25/ausgehend von der Ausgangsklemme 21 j mit geregelter Spannung versorgt, wobei beide Leitungen 22, 23 jeweils über eine Zenerdiode 26 bzw. 27 an Masse angeschlossen sind.

Ein Magnetkontakt 28, dessen abwechselnde ttffnungs- und Schließperioden das ankommende Signal der Meßschaltung bilden, steht unter der Einwirkung eines um eine Achse 30 umlaufenden drehbaren Magneten 29. Die Achse 30 ist beispielsweise eine Abtriebswelle des Geschwindigkeitswechselgetriebes des Kraftfahrzeuges. Eine Seite des Kontakts 28 ist ausgehend von der Leitung 22 über einen Widerstand 31 gespeist, während die andere Seite des Kontaktes 28, die mit dem Buchstaben e bezeichnet ist, über einen Störschutzkondensator 32 und einen zur Fixierung des Potentials dienenden Widerstand 33 an Masse liegt. Von dem Punkt e zweigt außerdem ein Kondensator 34 ab, mit dem eine Diode 35 in Reihe geschaltet ist, die zu einem mit f bezeichneten Punkt führt. Die Punkte e, f sind PotentialmessDunkte, die sich in Fig. 4 wiederfinden.

Von dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 34 und der Diode 35 geht ein zu der Masseleitung 18 führender Widerstand 36 ab, während ein anderer Widerstand 37 parallel auf den Ausgang der Diode 35 geschaltet ist. Die ganzen

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Elemente 28 bis 37 bilden eine Rechteck-Signalgenerator-Schaltung, auf die eine Differentiation und die Unterdrükkung der negativen Polarität folgt. Der Widerstand 31, der den Kontakt 28 von der positiven Leitung 22 aus versorgt, verhütet eine Beschädigung des Kontaktes 28 beim Auftreten eines Leitungsfehlers. Wie aus den Elementen 28, 31, 32, 33, 34 und 36 bestehende Schaltung ist an sich bekannt; sie wird lediglich zur Erläuterung eines praktischen Anwendungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung erläutert.

Von dem mit f bezeichneten Punkt gehen drei Widerstände 38, 39, 40 ab, die jeweils zu den Steuerelektroden 41, 42 von Thyristoren 43, 44 und zur Basis 45 eines Transistors 46 führen, welcher gemeinsam mit einem weiteren Transistor 47, dessen Basis mit 48 bezeichnet ist, eine bistabile Kippschaltung bildet.

Der Kollektor des Transistors 47 ist über einen Widerstand 49 an die Leitung 23 und über einen Widerstand 50 an die Basis 45 des Transistors 46 angeschlossen. Die Basis 48 des Transistors 47 ist über einen Widerstand 51 mit dem Kollektor des Transistors 56 und über einen Widerstand 53 mit einer Leitung 52 verbunden. Von dem Kollektor des Transistors 46 geht ein an eine Leitung 55 angeschlossener Widerstand 54 ab, der über einen Widerstand 56 mit der Leitung 23 verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 46 ist ein Spannungsmeßpunkt, der mit h bezeichnet ist.

Wenn man den in der Zeichnung Fig. 3 oben dargestellten Hauptmeßzweig betrachtet, so ist zu sehen, daß die Anode des Thyristors 43 an die Leitung 22 über Widerstände 57, 58, 59 angeschlossen ist, von denen die beiden letztgenannten durch Kontakte 60, 61 eingeschaltet werden können. Die Kathode des Thyristors 43 ist mit der Masseleitung 18 über

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einen Widerstand 62 verbunden, wobei der Ausgang an den Klemmen dieses Widerstandes mit 1 bezeichnet ist. Parallel zu der aus dem Thyristor 43 und dem Widerstand 62 bestehenden Reihenschaltung sind ein Kondensator 63 und eine weitere Reihenschaltung geschaltet, welche aus einem Unijunction-Transistor 64, einer Diode 65 und einem Widerstand 66 besteht, wobei die Anode und die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors 64 mit 67 bzw. 68 bezeichnet sind. Der Spannungsausgang an den Klemmen des Widerstan7 des 66 ist mit j bezeichnet. Zwischen der Steuerelektrode 68 des Unijunction-Transistors 6 4 und der Masseleitung 18 liegen parallel ein Kondensator 69 und ein zur Entstörung und zur Fixierung des Potentials dienender Widerstand 70, während eine Diode 71 zwischen der Steuerelektrode 68 und dem Schleifer 72 eines Potentiometers 73 liegt, welches mit Widerständen 74, 75 einen zwischen der positiven Speisespannungsleitung 22 und der Masseleitung 18 liegenden Spannungsteiler bildet. Die Diode 71 dient zur Temperaturkompensation des Unijunction-Transistors. Von dem Schleifer 72 geht ein Widerstand 76 ab, der an den Kollektor eines Transistors 77 angeschlossen ist, dessen Basis mit

78 bezeichnet ist und der mit einem weiteren Transistor

79 mit der Basis 80 eine bistabile Kippschaltung bildet.

Von dem Kollektor des Transistors 77 geht ein Widerstand 81 zu der Leitung 21, während ein Widerstand 82 zu der Basis des Transistors 79 führt. Entsprechend ist der KoI-. lektor des Transistors 79 über einen Widerstand 83 an die Leitung 21 und über einen Widerstand 84 an die Basis 78 des Transistors 77 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 79 ist außerdem mit der Basis 85 eines PNP-Transistors 86 verbunden, dessen Kollektor unmittelbar an der Masseleitung 18 liegt, während sein Emitter mit der positiven Speisespannungsleitung 17 über die Erregerwicklung

87 eines Relais verbunden ist, welches einen Umschaltanker

88 aufweist und einen Anschluß eines Motors 89 steuert, der über ein elastisches Element 90 das Gaspedal 91 des Kraft-

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fahrzeuges mitnimmt, uri οε entwender anzuheben oder abzusenken. In Reihe mit der Erregerwicklung 87 liegt ein Wegbegrenzungskontakt 92 des Motors, der durch einen Parallelkondensator 93 entstört ist.

Der sekundäre Meßzweig ist bis auf einige Details analog zu dem Hauptmeßzweig aufgebaut.

Die Anode des Thyristors 44 ist mit der Leitung 55 über einen Parallel-Widerstand 94 verbunden, über den durch gleichzeitig mit den Kontakten 60 bzw. 61 betätigte Kontakte 97, 98 Widerstände 95, 96 aufschaltbar sind. Die Kathode des Thyristors 44 ist über einen Widerstand 99 an die Masseleitung 18 angeschlossen, wobei der Spannungsmeßpunkt an ihren Klemmen mit m bezeichnet ist. Der Entladungskondensator des zweiten Meßzweiges ist mit 100 bezeichnet; sein Meßpunkt ist i. Die Bezeichnung des Unijunction-Transistors ist 101, seiner Diode 102 und seines Widerstands 103; der Spannungsmeßpunkt an seinen Klemmen ist mit k bezeichnet. Die Anode und die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors 101 sind mit 1Ο4 bzw. 105 bezeichnet. Die Steuerelektrode 105 ist an die Masseleitung 18 über eine Parallelschaltung angeschlossen, die aus einem Kondensator 106 und einem Widerstand 107 besteht, welche mit einem Widerstand einen an der Leitung 23 liegenden Spannungsteiler bildet. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist in dem zweiten Meßzweig die der Diode 71 des ersten Meßzweiges entsprechende Diode weggelassen, ebenso wie das dem Potentiometer 7 3 entsprechende Potentiometer, was deshalb möglich ist, weil die Eigenzeit des unteren Schaltungszweiges klein im Vergleich zu der Eigenzeit des oberen Schaltungszweiges ist und keine sehr grosse Genauigkeit erfordert.

Von der Steuerelektrode 105 geht ein Widerstand 109 ab, der zum Kollektor eines Transistors 110 führt, dessen Basis mit 111 bezeichnet ist und der mit einem Transistor 112 mit der Basis 113 eine bistabile Kippschaltung bildet.

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Der Kollektor des Transistors 112 ist über einen Widerstand 114 an die Leitung 21 und über einen Widerstand an die Basis 111 des Transistors 110 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 110 über einen Widerstand der Leitung 21 und über einen Widerstand 117 mit der Basis 113 des Transistors 112 verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 110 ist ausserdem an die Basis 118 eines PNP - Transistors 119 angeschlossen, dessen Kollektor unmittelbar an der Masseleitung 18 liegt und dessen Emitter mit der Leitung 17 über die Erregerspule eines Relais verbunden ist, dessen Umschaltanker mit 121 bezeichnet ist und das den anderen Anschluss des Motors steuert. Die beiden Relais mit den Erregerwicklungen 87,120 gestatten es den Motor rechts oder links herum laufen zu •lassen oder ihn still zu setzen. Parallel zu dem Motor liegt ein Widerstand 122 in Reihe mit einem Kondensator 123, was zur Entstörung dient. Ein Widerstand 124 verbindet über den Umschaltanker 121 den zv/eiten Anschluss des Motors 89 mit der Leitung 117 über einen Widerstand 124, wodurch erreicht wird, dass das Gaspedal 91 langsamer nach unten geht als es angehoben wird. Ein Wegbegrenungskon takt 125 liegt in Reihe mit der Erregerwicklung 120; er ist durch einen Parallelkondensator 126 geschützt.

Wenn man die Verbindungen zwischen den beiden Meßzweigen betrachtet, so ist zu ersehen, dass die Leitung 5 2 an dem Widerstand 66 an dem Punkt J angeschlossen ist, während sie über einen Widerstand 127 an der Basis 78 des Transistors 77 und über einen Widerstand 5 3 an der Basis 48 des Transistors 47 liegt. Die Transistoren 47, 77 sind somit mit von dem Unijunction-Transistor 64 gelieferten Signalen beaufschlagt.

In ähnlicher Weise ist der Meßpunkt ι des Widerstandes 62 über einen Widerstand 128 mit der Basis 80 des Transistors

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und über einen Widerstand 129 mit der Basis 113 des Transistors 112 verbunden. Die Transistoren 79 und 112 erhalten somit die von dem Thyristor 4 3 kommenden Signale.

Der Meßpunkt m des Widerstandes 99 ist über einen Widerstand 130 an die Basis 113 des Transistors 112 angeschlossen. Der Transistor 113 ist demgemäss ebenfalls mit den Signalen des Thyristors 44 beaufschlagt. Der Meßpunkt k des Widerstandes 103 ist mit der Basis 111 des Transistors 110 über einen Widerstand 131 verbunden, so dass der Transistor 110 die von dem Unijunction-Transistor 101 kommenden Signale empfängt.

Schliesslich ist zu bemerken, dass alle Transistoren der drei erwähnten bistabilen Kippschaltungen NPN - Transistoren sind, während die Transistoren 86, 119 wie ebenfalls vermerkt PNP - Transistoren sind.

Im Weiteren soll kurz die Funktion der einzelnen Schaltungsteile der Fig. 3 mit Hilfe von Fig.4 beschrieben werden, welche als Diagramm die Spannungen an den verschiedenen in der Beschreibung erwähnten Meßpunkten wiedergibt. Die grundsätzliche Funktion mit zwei Entladungswegen für jeden Kondensator ist bereits im Zusammenhang mit der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben worden; sie wird deshalb nicht mehr im Detail nochmals erläutert.

Jedes Schliessen des Kontaktes 28, das bei e (Fig. 4) symbolisch dargestellt ist, führt an dem Meßpunkt f zu einem positiven Impuls, der zu den Zeitpunkten tl,t4,t6 und t7 beginnt und die Thyristoren 4 3, 44 sowie den Transistor 46 leitend macht. Die Spannung an der Leitung ist nurmehr ein Bruchteil der Spannung an der Leitung

Die Widerstände 54, 56 sind derart gewählt, dass die Zündung des Unijunction-Transistors lol ausgeschlossen ist,

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während der Transistor 46 leitend ist.

Am Ende der Leitfähigkeit sowie nach dem Zeitpunkt ti sind die Kondensatoren 6 3, 100 entladen; alle Halbleiter 43,44,64 und 101 sind gesperrt, lediglich der Transistor 46 bleibt leitend, während der Transistor 47 nicht-leitend ist.

Die Kondensatoren 6 3,100 werden über einen der Widerstände 57 - 59 bzw. 94 - 96 geladen, wobei die Aufladung des Kondensators 100 trotz ihrer Schnelligkeit wegen des kleinen Wertes des Potentials auf dem die Leitung 55 steht, beschränkt ist, wie dies auf dem Spannungsdiagramm bei dem Punkt 1 zu ersehen ist, während andererseits die Ladung des Kondensators 63j gemessen an dem Punkt g. bis zur Zündung des Unij unction-Transistors 64 zum Zeitpunkt t2 fortschreitet, wobei dann an dem Punkt j über den Widerstand 66 ein Impuls abgegeben wird, der den Transistor 77 wenn er es nicht bereits ist - leitend macht und ausserdem den Transistor 47 in den leitenden Zustand überführt, wodurch der Transistor 46 gesperrt wird und das Potential der Leitung 55 bis in die Nähe des Potentials ansteigt, auf dem die Leitung 23 liegt. Die Ladung des Kondensators 100 setzt sich dann fort, wie dies von der Kurve am Meßpunkt i ablesbar ist, wobei der Unijunction-Transistor 101 im Zeitpunkt t3 leitend wird, was zur Folge hat, dass an den. Klemmen des Widerstandes 103 an dem Meßpunkt k ein in dem Diagramm nach Fig. 4 veranschaulichter Impuls erscheint, der den Transistor 110 leitend macht.

Da der Transistor 77 seit dem Zeitpunkt t2 leitend ist, hat er wenigstens die Transistoren 79,86 gesperrt. In ähnlicher Weise bedingt die Leitfähigkeit des Transistors jene des Transistors 119 und das Schliessen des Relais mit der Erregerspule 120. Der Motor 89 wird demgemäss auf beiden Seiten gespeist; er senkt das Pedal 91 so weit ab,

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bis die Periode des ankommenden Signals kürzer wird oder der Wegbegrenzungskontakt 125 sich öffnet. Wenn nämlich die Periode des von dem Kontakt 28 abgegebenen Signals lang ist, bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu nieder ist, womit es nötig wird, eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu ermöglichen.

Von dem Zeitpunkt t4 ab wird angenommen, dass die Drehzahl der Welle 30 zunimmt. Der gleiche Vorgang findet sich nur noch ausgehend von dem Zeitpunkt ti, aber wenn auch der Unijunction-Transistor 64 normalerweise zum Zeitpunkt t5 leitend wird und dabei die Leitfähigkeit des Transistors bestätigt und den Transistor 48 leitend macht, so erfolgt doch das Schliessen des Kontaktes 28 im Zeitpunkt t6 vor dem Zünden des Unijunction-Transistors 101.

Zu dem Zeitpunkt t6 erscheint somit ein starker Impuls an den Klemmen des Widerstandes 99, d.h.an dem Meßpunkt m, der den Transistor 112 leitend macht und die Transistoren 110, 119 sperrt und ausserdem die Unterbrechung des über die Erregerwicklung 120 fliessenden Stromes bewirkt. Damit wird der Motor 89 nicht mehr gespeist, so dass er in der Stellung, die er gerade einnimmt, verbleibt, wobei angenommen ist, dass die Verbindung mit dem Pedal 91 irreversibel ist.

Wenn die Drehzahl der Welle 30 noch zunimmt, tritt der Zeitpunkt t7 vor dem Zünden des Unijunction-Transistors auf, d.h. dass ein energiereicher Impuls an dem Widerstand 6 2 an der Meßstelle 1 erscheint, womit der Transistor 79 und der Transistor 86 leitend werden. Damit tritt ein Strom in der Erregerwicklung 87 auf, der die Verschwenkung des Umsehaltankers86 zur Folge hat. Der Motor wird demnach mit hoher Spannung gespeist, er dreht sich im Sinne des schneller Anhebens des Gaspedals, was erwünscht ist, weil in diesem Augenblick die Fahrzeuggeschwindigkeit zu hoch ist.

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Die Fahrzeuggeschwindigkeit niimt demnach ab bis eine gewisse Stabilität erreicht ist, wobei dann die Geschwindigkeit derart aufrechterhalten wird, dass die Zündung des Unijunction-Transistors 101 zwischen zwei Schliessungen des Kontakts 28 stattfindet.

Auf diese Weise wird demgemäss eine Funktion auf drei Etappen erreicht. Dabei ist festzustellen, dass die Rechenzeit höchstens gleich einer Periode des Kontaktes ist. Die Schaltungsanordnung bietet demgemäss den Vorteil der Schnelligkeit im Vergleich zu jenen Schaltungen, die mehrere Eingangssignale integrieren.

Die Voraufladung des Kondensators 100 aus der Leitung 55 ist notwendig, weil ohne diese Vorkehrung bei der Annäherung eines Zeitpunktes wie etwa t6, an t5, die Spannung an den Klemmen des Kondensators 100 bei fehlender Voraufladung nahe null wäre, womit das an der Heßstelle m erscheinende Signal in dem Augenblick t6 sehr schwach wäre. Es könnte nicht ausreichen, um in jeder Periode die Leitfähigkeit des Transistors 112 zu gewährleisten, was Funktionsunregelmässigkeiten beim Betrieb in einer Störumgebung oder bei plötzlicher Unterbrechung der Versorgung zur Folge haben könnte.

Anhand der Fig. 5, 6, 7 soll im Folgenden die Erweiterung des unteren Schaltungszweiges auf η Zustände erläutert werden. Sie wird im Einzelnen im Rahmen eines nichtbeschränkenden Ausführungsbeispieles für den Fall beschrieben, in dem es darum geht, ein Steuerorgan in aufeinanderfolgenden Schritten als Funktion der Periode des Eingangssignals nach rechts oder nach links, nach vorwärts oder nach rückwärts laufen zu lassen.

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In dem Schaltbild nach Fig. 5 ist eine Gleichstromquelle vorhanden, deren positive Aus gangs leitung mit 151 und deren negative Ausgangs leitung mit 15 2 bezeichnet sind, wobei periodische Impulse die Steuerelektrode 153 eines Thyristors 154 beaufschlagen. Die Steuerlektrode bildet einen Meßpunkt n; das entsprechende Diagramm ist als Funktion der Zeit in Fig. 6 dargestellt. Die Anode des Thyristors 154 ist mit einem Kondensator 155 mit einem Aufladungswiderstand 156 und mit der Anode 157 eines Unijunction-Transistors 158 verbunden,dessen Kathode über eine aus einer Diode 15 9 und einem Widerstand 160 bestehende Reihenschaltung an die Leitung 15 2 angeschlossen ist. Der gemeinsame Punkt der Diode 159 und dos Widerstands ist über eine Leitung 161 an einen Widerstand 16 2 angeschlossen, der an der Basis 16 3 eines Transistors 164 liegt, welcher mit einem weiteren Transistor 165 mit der Basis 166 eine bistabile Kippschaltung bildet. Die Basis 166 des Transistors 165 ist über einen Widerstand an die Steuerlektrode 15 3 des Thyristors 154 angeschlossen; sie empfängt ebenfalls das Eingangssignal. Der Kollektor des Transistors 164 ist über einen Widerstand 16 9 mit der Leitung 151 und über einen Widerstand 170 mit der Basis des Transistors 165 verbunden. Der Kollektor des Transistors 165 ist über einen Widerstand 171 an die Leitung und über einen weiteren Widerstand 17 2 an die Basis 16 3 des Transistors 164 angeschlossen, wobei der Kollektor des Transistors 165 ausserdem über einen Widerstand 173 mit der Anode 174 eines Unijunction-Transistors 175 verbunden ist, dessen Steuerelektrode 176 an einen zwischen den Leitungen 151, 15 2 liegenden und aus zwei Widerständen 177, 178 bestehenden Spannungsteile angeschlossen ist. Ein Kondensator 179 verbindet die Anode 174 des Thyristors 175 mit der Leitung 15 2. Dieser Kondensator bildet zusammen mit dem Widerstand 17 3 eine Zeitkonstanten-Schaltung, die dem Unij unction-Transistor 175 zugeordnet ist. ^in Widerstand 180 verbindet die Kathode des

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Unijunction-Transistors 175 mit der Leitung 15 2.

An den Klemmen des Widerstandes 180 wird die Spannung über eine Leitung 181 abgenommen, welche zu einem gegebenenfalls als Linearzähler ausgebildeten Zähler 18 2 führt, der seinerseits mit einer Speichervorrichtung 18 3 verbunden ist, die einen Verstärker 184 steuert, dessen Ausgang an eine Betätigungsvorrichtung 185 angeschlossen ist. Das an der Meßstelle η eintreffende Eingangssignal wird auch dem Zähler 18 2 sowie dem Speicher 18 3 zugeleitet, um deren zyclische Neueinstellung zu steuern. Die St-euerelektrode des Unij unction-Transistors 158 wird in üblicher Weise durch einen nicht weiter dargestellten Spannungsteil versorgt.

Mit Hilfe der Fig. 6 und 7 soll im weiteren die Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung erläutert werden:

In Fig. 6, in der der Verlauf der Spannung an verschiedenen Stellen der Schaltung als Funktion der Zeiten dargestellt ist, findet sich die Kurve n, die der die Steuerelektrode 15 des Thyristors 154 beaufschlagenden Spannung entspricht und zu den Zeitpunkten ti, t3, t5, t6 periodische Impulse aufweist. Die Kurve der an den Klemmen des Kondensators liegenden Spannung ist mit ο bezeichnet; sie zeigt periodische Aufladungen, die bei ti beginnen und bei t2 durch eine Entladung in den Unijunction-Transistor 158 enden, wodurch der Transistor 164 leitend wird, was seinerseits die Sperrung des Transistors 165 zur Folge hat und es dem Widerstand 17 3 ermöglicht den Kondensator 179 bis zur Zündung des Unij unction-Transistors 175 aufzuladen. Der Widerstand 171 ist derart gewählt, dass der Unijunction-Transistor 175 nicht gezündet und damit leitend bleibt, sondern in an sich bekannter Weise periodisch pendelt. Die an der Anode 174 des Unijunctions-

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Transistors 175 an der Heßstelle b empfangene Spannung ist in Fig. 6 veranschaulicht. Die auf der Leitung 181 auftretenden Impulse werden in dem Zähler 18 2 gezählt; sie sind in dem Diagramm nach Fig. 6 in der Kurve q darqestellt. Die Impulse werden in dem nachfolgenden Zyklus in den Speicher 183 überführt, dessen Ausgangsspannung in dem Diagramm nach Fig. 6 bei r veranschaulicht ist; dies geschieht in der Weise, dass der Speicher 18 3 in jedem Augenblick lediglich den höchsten Zustand der vorhergehenden Zählung erscheinen lässt.

Zum Zeitpunkt t3 oder t5 oder auch t6 wird das Flattern des Unijunction-Transistors 175 dadurch beendet, dass der Transistor 165 unter der Wirkung des an der Stelle η auftretenden Signals leitend wird.

Wenn die Schaltung nach Fig. 5 für einen groben Servo-Mechanismus benutzt wird, in dem beispielsweise eine zwei oder mehrere Zählintervalle umfassende tote Zone vorgesehen wird, ergibt sich eine an der Betätigungsvorrichtung 185 liegende Spannung, die sich für verschiedene Frequenzen Fl, F2, F3, F4 des bei η auf die Steu-erelektrode 153 gegebenen Signals entsprechend Fig. 7 ändert.

Unter der Voraussetzung, dass das Eingangssignal auch unmittelbar über den Widerstand 167 auf die Basis 166 des Transistors 165 sowie auf den Zähler 18 2 und den Speicher 18 gegeben wird, ergibt sich lediglich ein Vorteil im Vergleich zu dem Fall, dass das Signal auf dem Niveau des Kathoden-Widerstandes des Eingangsthyristors 154 wie in den vorhergehenden Fig. abgenommen wird und zwar dann, wenn die Periode des ankommenden Eingangssignal ausserhalb der Regelung im Vergleich zu jener des dem Unij unction-Transistors 185 zugeordneten Kondensators 165 extrem kurz wird. In diesem Falle kann tatsächlich die Spannung an den Klemmen des Kondensators 155 zu klein werden, um an dem Kathoden-Widerstand des Eingangs thyris tors einen ausreichenden Impuls zu ergeben.

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Eine andere Lösung bestünde darin, nach jedem Eingangssignal eine sehr schnelle Voraufladung des Kondensators zu erzeugen, beispielsweise dadurch, dass ein Teil des Widerstands 156 durch eine Zenerdiode überbrückt würde.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche

IJ Elektrische Schaltungsanordnung zur Drehzahl - oder Geschwindigkeitsmessung, mit zwei oder mehreren verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von einer Eingangssignalfrequenz, bei der wenigstens eine Zeitmeßstufe mit einem zwei Entladungswege aufweisenden und einen. Teil einer Zeitkonstanten - Schaltung bildenden Kondensator vorgesehen ist, dessen einer Entladungsweg durch das Eingangssignal gesteuert und dessen anderer Entladungsweg nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne selbsttätig leitend wird, wobei der durch die Eingangsfrequenz gesteuerte Entladungsweg einen eine unkontrollierbare Entladung des Kondensators ergebenden Thyristor mit grossem Haltestrom enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Entladungsweg (8, 9, 10, 11) einen Unij unction-Transistor (9) mit kleinem Haltestrom enthält.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit der Kathode des Unij unction-Trans is tors (9) eine Diode (10) im Durchlaßsinn geschaltet ist.
3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Entladungswegen herrührenden Entladungsimpulse jeweils Steuereingängen ( c, d) wenigstens einer die stabilen Kippschaltungen zugeführt werden,
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Meßstufe (57-59,63) mit zwei Entladungswegen (43,52;64,66) und eine eine zweite Meßstufe (94 - 96,100) mit zwei Entladungswegen (44, 99;101,103) speisende Schaltung 46,47) aufweist, die durch das Eingangssignal umschaltbar und

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durch Zündung des Unijunction-Transitors (64) der ersten Meßstufe rückstellbar ist und dass der Kondensator (100) der zweiten Meßstufe während der Wartezeit der ersten Meßstufe voraufladbar ist und an den Ausgängen der Meßstufen weitere bistabile Kippschaltungen (77,79;112,110) angeordnet sind, die die Ausgangssteuernbefehle speichern und denen Schaltungseinrichtungen (86,87,88;119,120,121) zur Kombination der Ausgangssteuerbefehle im Sinne der Herstellung wenigstens dreier unterschiedlicher Aus gangs zustände in Abhängigkeit der Eingangssignalfrequenz zugeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine von einer Meßstufe (155,156;154;158,16O) gesteuerte bistabile Kippschaltung (164,165),eine von Elementen der Kippschaltung (164,165) gespeiste Widerstands-Kondensatorschaltung (173,179) und eine einen Unij unction-Transistor (175) sowie einen an den Kondensator (179) angeschlossenen Widerstand (180) enthaltende Reihenschaltung aufweist und dass ein in jeder Periode die Schwingungen dec Unij unction-Transistors (175) aufzählender Zähler (182)_f ein den jeweils vorhergehenden Zählstand des Zählers angebender Speicher (183) sowie Einrichtungen (185) vorgesehen sind, durch die ein Zustand belassen oder korrigiert v/erden kann.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Einrichtungen (8 9, 90,88,121) zur Verstellung des Gashebels (91) eines Kraftfahrzeuges in Funktion der Drehzahl einer umlaufenden Welle (30) aufweist und dass Entstöreinrichtungen zur Ausschaltung nicht willkürlich von der Bedienungsperson hervorgerufener Verstellungen des Gashebels während der Dauer wenigstens einer der Aus gangs zustände vorhanden sind.

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