DE2629629A1

DE2629629A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines impulsfoermigen ausgangssignals entsprechend der fahrgeschwindigkeit eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE2629629A1
Application number: DE19762629629
Authority: DE
Inventors: Larry Omar Gray; James Allen Williams
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-07-01
Publication date: 1977-01-27
Also published as: AU1553676A; CA1089554A; ZA763992B; NL7607233A; ES449415A1; FR2316601B1; FR2316601A1; IT1067809B; BR7604316A; GB1558266A; DE2629629C2; SE7607183L; MX3333E; JPS527777A; AU507778B2; US4083423A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines impulsförmigen Ausgangssignals, das der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges entspricht.

In den letzten Jahren entstand auf Grund der Bedingungen der Sicherheit, des Umweltschutzes und der Bequemlichkeit eine Nachfrage nach Geräten zur Geschwindigkeitsregelung von Fahrzeugen. So teilt sich z.B. in einem Automobil die Aufmerksamkeit des Fahrers zwischen der Beobachtung des Verkehrs und der Straße und der Überwachung des Tachometers, um eine gewählte Geschwindigkeit beizubehalten. Darüber hinaus wird es bei langen Fahrten sehr ermüdend, das Gaspedal zu bedienen, da das rechte Bein des Fahrers vorwiegend in der gleichen

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Haltung verbleiben muß. Wenn ein Geschwinaigkeitssteuergerät verwendet wird, ist der Fahrer frei, sich dauernd auf den Verkehr und die Straßenbedingungen zu konzentrieren und kommt am Bestimmungsort weniger ermüdet an. Darüber hinaus ergibt die Beibehaltung einer konstanten Geschwindigkeit eine größere Kilometerleistung mit gleicher Kraftstoffmenge und eine Verringerung der Abgasbelästigung durch das Fahrzeug, was vom Standpunkt des Umweltschutzes als wichtiges Ziel betrachtet wird.

Heutzutage enthalten viele Lastwagen Abtriebeinheiten für den Antrieb von Zusatzgeräten. Häufig ist es wünschenswert, eine gleichmäßige Arbeitsgeschwindigkeit unter veränderlicher Belastung des Antriebsmotor durch Zusatzgeräte aufrecht zu erhalten. Normalerweise erfordert dies eine Bedienperson, die das Gaspedal in Abhängigkeit von der am Drehzahlmesser abgelesenen Motordrehzahl zu bedienen hat. Dies ist eine ermüdende und schwierige Tätigkeit, und häufig müssen ein oder mehrere Arbeiter eingesetzt werden, um die Zusatzgeräte zu überwachen und/oder zu bedienen. Deshalb kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung verwendet werden, um den Motor mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu betreiben. Eine solche Betriebsart reduziert den Kraftstoffverbrauch und die Abgasbelästigung, und kann eine Reduzierung der Zahl der erforderlichen Arbeitskräfte mit sich bringen.

Die Geschwindigkeits-Regelvorrichtung erfordert ein Eingangssignal, das die tatsächlich zu steuernde Geschwindigkeit darstellt. Bei früheren Geschwindigkeits-Steueranordnungen war es üblich, das tatsächliche Geschwindigkeitssignal von der Tachometerwelle abzunehmen. Dies ist nicht schwierig, wenn das Fahrzeug neu konstruiert wird, da der erforderliche Anschluß an irgendeine Einrichtung, die ein tatsächliches Geschwindigkeitssignal erzeugt, vorgesehen werden kann. Es

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ist jedoch wesentlich schwieriger, ein Geschwindigkeitssteuergerät in ein bestehendes Fahrzeug einzubauen. Die Tachometerwelle muß durch eine abgeänderte Tachometerwelle ersetzt werden, um eine Vorrichtung zur Erzeugung des Geschwindigkeitssignal anzutreiben. Dies erfordert die Herstellung einer Vielzahl von Tachometerwellen zur Verwendung in den verschiedenen !Fahrzeugtypen die heute im Verkehr sind. Diese Lösung ist daher kostspielig infolge der erforderlichen großen Lagerhaltung und des erforderlichen großen Zeitaufwands zum Ersetzen der Tachometerwellen.

Es ist ein Zweck der Erfindung, ein wirtschaftliches aber genaues Gerät für die Erzeugung eines impulsförmigen Aus— gangssignals zu schaffen, dessen mittlere Amplitude proportional der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges ist, in dem das Gerät eingebaut ist.

Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, ein Gerät zur Erzeugung eines Fahrgeschwindigkeitssignals zu schaffen, das leicht in jedem beliebigen Fahrzeugtyp eingebaut werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Gerät zur Erzeugung eines Fahrgeschwindigkeitssignals zu schaffen, das einen verhältnismäßig hohen Grad von der Störsignalunterdrückung aufweist, um die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird ein Gerät zur Erzeugung eines impulsförmigen Ausgangssignals beschrieben, das die Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs darstellt, und das aus einem Magneten besteht, der an einem Teil des Fahrzeugs befestigt ist, das mit einer der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs proportionalen Drehzahl dreht, aus einem Elektromagneten, der bei jeder Umdrehung des genannten Magneten anspricht und dabei einen Stromimpuls erzeugt, und aus einem Verstärker mit niedriger

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Eingangsimpedanz, der diese Stromimpulse für die Erzeugung des genannten impulsförmigen Ausgangssignals verwendet, wobei in diesem impulsförmigen Ausgangssignal Störsignale unterdrückt werden.

An Hand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt :

Figur 1 eine Teilperspektivzeichnung des impulserzeugenden Magneten und die Abgriffspule gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Teil-Seitenriß des impulserzeugenden Magneten und der Abgriffspule von Figur 1 und einen Ausschnitt aus dem Schaltschema der Impulsformer- und Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung,

Figur 3 ein Schaltschema des Frequenz- Spannungs-Umformers gemäß der Erfindung,

Figur M- eine Wellendarstellung der verschiedenen in den Schaltungen der Figuren 1 und 2 erzeugten Wellenformen,

Figur 5 ein Schalts-chema einer anderen Ausführungsform für die Signalerzeugung gemäß der Erfindung,

Figur 6 eine Wellenform-Darstellung der verschiedenen in der Schaltung der Figur 5 dargestellten Wellenformen,

Figur 7 ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform für die Signalerzeugung gemäß der Erfindung,

Figur 8 eine Wellenform-Dsrstellung der verschiedenen in den Schaltungen der Figur 7 erzeugten Wellenformen,

Figur 9 eine Blockdiagramm der gemäß der Erfindung konstruierten Steueranordnung.

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Der impulserzeugende Magnet und die Abgr iff spill e sowie die Impulsformer- und VerstärkerschaItung eines Geschwindigkeitsmeßfühlers gemäß der Erfindung wird in Fig.1 und 2" dargestellt. Bin scheibenförmiger Dauermagnet 11 ist an einem rotierenden Teil des Fahrzeugs befestigt, das mit einer der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs proportionalen Drehzahl umläuft. In einem typischen Fall ist dieses Teil eine Antriebswelle 12, an der der Magnet in geeigneter Weise befestigt ist, z.B. durch ein Band 13» das die Antriebswelle teilweise umgibt. Die Enden des Bandes 13 sind von der Antriebswelle 12 aus nach außen gebogen und verlaufen im wesentlichen parallel zueinander« In jedem Ende ist eine öffnung ausgebildet zur Aufnahme einer Kopf schraube 14, an deren Ende eine Mutter 15 aufgeschraubt ist. Die Kopfschraube 14 und die Mutter 15 wirken zusammen, um die Enden des Bandes 13 gegeneinander zu drücken und dabei das Band 13 auf der Außenfläche der Antriebswelle 12 festzuklemmen. Der Magnet 11 ist fest auf einem Befestigungssockel 16 angebracht, der auf dem Band 13 auf der den beiden Enden gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, sodaß der Magnet 11 zusammen mit der Antriebswelle 12 umläuft.

Die Abgriffspule 17« die auf einen ferromagnetischen Kern 18 gewickelt ist, ist in der Nähe der Umlaufbahn des Magneten 11 untergebracht. Wenn der Magnet 11 entlang der !Längsachse der Scheibe magnetisiert ist, erzeugt er ein Magnetfeld, dessen Magnetlinien aus dem Nordpol austretender durch den Buchstaben, " N " bezeichnet ist, und durch den Südpol eintreten, der durch den Buchstaben "S" gekennzeichnet ist. Wenn sich die Antriebswelle 12 dreht, wird das Magnetfeld an der Abgriffsspule 17 vorbeigeführt, welche die Magnetlinien schneidet und dabei in der Spule 17 einen Stromimpuls erzeugt, so oft die Antriebswelle eine Umdrehung ausführt. Die Stromimpulse haben die Form einer einzelnen Wechselstrom-Periode, wie sie als Wellenform A in Fig.4 gezeigt wird. Diese Stromimpulse werden geformt und verstärkt durch zwei NPN - Transistoren 19 und 21,

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um ein Rechteck-Ausgangssignal zu bilden, dessen Frequenz proportional zur Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.

Der Transistor 19 funktioniert in Basisschaltung als Vorverstärker für die Stromimpulse mit niedriger Eingangfdmpedanz. Die Spule 17 ist zwischen dem Emitter des Transistors 19 und einem Leiter 15 geschaltet, der mit der Masse der Schaltung verbunden ist. Eine (nicht gezeigte) Gleichstromquelle ist mit einem Eingangsleiter 23 verbunden und liefert die elektrische Energie für die Schaltung. Der Transistor 19 wird mit Basisstrom von der Stromversorgung durch einen Widerstand 2H- versorgt, der zwischen dem Eingansleiter 23 und dem Basisanschluß des Transistors 19 sowie einem Anschluß eines Kondensators 25 geschaltet ist. Der andere Anschluß des Kondensators 25 ist mit dem Erdleiter 22 verbunden.

Der Kondensator 25 erhält einen Ladestrom durch den Widerstand 24, um eine Vorspannung an der Basis des Transistors 19 aufrecht zu erhalten und diesen durchzuschalten.- Wenn der Transistor 19 eine Vorspannung erhält, die ihn im Sättigungszustand hält, und der Wert des Widerstands 26 groß im Verhältnis zum Kollektor-Emitterwiderstand und zum Widerstand der Spule 17 ist, so befindet sich die Kollektorspannung des Transistors 19 in der Nähe des Erdpotentials der Schaltung·

Der Transistor 21 funktioniert in Basisschaltung als Wellenformer, um eine Rechteck-Impulsfolge zu erzeugen. Die Basis des Transistors 21 ist mit dem Kollektor des Transistors 19 verbunden, um seine Vorspannung zu erhalten. Der Kollektor des Transistors 21 ist mit dem Stromversorgungsleiter 2P durch einen Widerstand 27 verbunden, während der Emitter des Transistors 21 mit dem Erdleiter 22 verbunden ist. Wenn der Transistor 19 durchgeschaltet ist, so igt die Basisvorspannung des Transistors 21 in der Nähe des Erdpotentials, und sperrt den Transistor 21. Daher fließt kein Strom durch den Transistor 21 und den Widerstand 27« und der Kollektor des Transistors

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befindet sich auf dem Potential der Versorgungsspannung· Die Ausgangsspannung, die zwischen zwei Ausgangsleitern 28 und 29 gemessen wird, die mit dem Kollektor bzw, dem Emitter des Transistors 21 verbunden sind, ist gleich der Versorgungsspannung.

Das Verhältnis zwischen der Wicklungsrichtung der Spule 17 und der magnetischen Polarität der Außenfläche des Magneten 11 bestimmt die Reihenfolge der positiven und negativen HaIbwelle der Wellenform A in Fig. 4, und mithin die zeitliche Folge der übrigen davon gebildeten Wellenformen. Während der positiven Halbwelle ist der induzierte Strom dem StromfluE durch den Transistor 19» wenn dieser leitend ist, entgegengerichtet, und die Amplituden der beiden Ströme sind ungefähr gleich, sodaß der Transistor ^l19 gesperrt wird. Die Kollektorspannung des Transistors 19 steigt dann auf den Wert der Versorgungsspannung an und wird an die Basis des Transistors 21 angelegt, sodaß dieser leitend wird.'Das 'Aus*- — gangssignal am Kollektor des Transistors 19 wird in Fig. 4-als Wellenform B gezeigt. Wenn der Transistor 21 eine Vorspannung erhält, die ihn zur Sättigung drängt, und der Wert des Widerstands 27 groß im Verhältnis zum Kollektor- Emitterwiderstand ist, so ist die Kollektorspannung des Transistors 21 nahe dem ' Erdpotential der Schaltung.

Das Ausgangssignal der Schaltung in Fig.2, das zwischen den Leitern 28 und 29 unter Bezug auf Leiter 29 gemessen wird, erscheint als konstante Spannung vom Wert der Versorgungsspannung, unterbrochen durch verhältnismäßig scharf ausgeprägte Impulse mit einer Spannung in der Nähe des Erdpotentials der Schaltung. Einer dieser Impulse erscheint jedesmal, wenn der Magnet 11 an der Spule 17 vorbeibewegt wird, sodaß die Geschwindigkeit der Impulserzeugung die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle darstellt, die proportional zur Fahrgeschwindigkeit des·Fahrzeugs ist. Das Ausgangssignal wird in Pig· 4· als

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Wellenform C gezeigt.

Da der Magnet 11 mit der Antriebswelle umläuft, muß er eine Masse haben, die an der Antriebswelle keine Unwucht erzeugt. Der Magnet 11 muß ebenfalls eine verhältnismäßig große Magnetfeldstärke besitzen, sodaß die Spule 17 weit genug entfernt von der Antriebswelle 12 angebracht werden kann, um die Bewegungen der Antriebsteile nicht zu behindern, jedoch bei jeder Umdrehung einen zuverlässigen Stromimpuls zu erzeugen. Das Produkt der magnetischen Feldstärke in örsted und der magnetischen Induktion in Gauß wird als Energieprodukt bezeichnet und ist ein Maß für das Verhältnis Feldstärke-Abmessung eines magnetischen Materials. Bisher gab es kein Permanent-Magnetmaterial, dessen Energieprodukt groß genug war, um diese Anforderungen zu erfüllen. Neuerdings wurde ein Magnetmaterial aus einer Legierung mit seltenen Erden hergestellt und von Hitachi Magnetics auf den Markt gebracht. Dieses Material ist eine Samarium-Kobalt-Legierung mit einem sehr viel höheren Energieprodukt als die früher bekannten Permanent-Magnetmaterialien und erhielt die Handelsbezeichnung "HICOREX". Eine verhältnismäßig kleine aus diesem Material hergestellte Scheibe erwies sich als fähig, Stromimpulse von ausreichender Größe in einer Spule zu erzeugen, die von der Umlaufbahn des Magneten ca. 5»1 bis 12,7 cm ( 2 - 5") entfernt ist· Zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit einem Magneten 11 erreicht, der einen Durchmesser von 6,4 mm (0,25") und eine Dicke von 2,5 mm (0,1 ") hatte, und mit einer Spule 17»die aus 1500 Windungen eines Kupferdrahtes Größe 53 gewickelt wurde.

Das Ausgangssignal vom Geschwindigkeits-Meßfühler der Fig.2 wird dem Frequenz-Spannungsumformer der Fig.3 zugeleitet. Der Ausgangsleiter 28 ist mit einem Anschluß des Kondensators 31 verbunden, und der Ausgangsleiter 29 stellt die Verbindung zur Masse durch den Erdleiter 22 in Fig.2 her· Der andere Anschluß des Kondensators 31 ist mit dem Basisanschluß eines

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NPN-Transistor 32 und einem Widerstand 33 verbunden, der zwischen die Basis und den Ausgangsleiter 29 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors 32 ist mit dem Ausgangsleiter 29 verbunden, und der Kollektor ist über einen Widerstand 34 mit dem Versorgungsleiter 23 verbunden· Ein Kondensator 35 ist zwischen den Ausgangsleiter 29 und den Kollektoranschluß und den Widerstand 34 geschaltet.

Wenn der Geschwindigkeits-Meßfühler von Fig. 2 keine Ausv gangsimpulse erzeugt, lädt sich der Kondensator 31 über den Widerstand 27 von Fig. 2 und den Widerstand 35 auf das Potential der Versorgungsspannung auf, um die Basis des Transistors 32 auf Erdpotential zu bringen und den Transistor zu sperren. Wenn Ausgangsimpulse erzeugt werden, so trifft die Vorderflanke des Ausgangsimpulses über den Ausgangsleiter 29 auf den Kondensator 31· Da die an einem Kondensator anliegende Spannung sich nicht sprungartig ändern kann, wird die Spannung an der Basis des Transistors 32 negativ, und hält den Transistor im gesperrten Zustand, Der Kondensator "3.1 entlädt sich durch den Wider* stand 33·

Wenn die Rückflanke des Ausgangsimpulses ankommt, liegt am Kondensator 31 die Versorgungsspannung an. Da wiederum die an einem Kondensator anliegende Spannung sich nicht sprungartig ändern kann, wird die Basis des Transistors auf das Potential der Versorgungsspannung gebracht, um den Transistor 32 voll durchzuschalten. Der Kondensator 35 entlädt sich rasch durch den leitenden Transistor auf die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung, Der Kondensator lädt sich über den Widerstand 27 und den Widerstand 33 auf, bringt die Basisspannung auf Erdpotential und sperrt so den Transistor 32. Nun lädt sich der Kondensator 35 durch den Widerstand 34 auf das Potential der Versorgungsspannung auf»

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Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 32 ist in Fig. 4 als Wellenform 3D gezeigt, wobei die Neigung des Aufladeteils durch die Werte des Widerstands yv und des Kondensators 35 bestimmt wird·

Der Kollektor des Transistors 32 ist mit dem invertierenden Eingang 36-1 eines Operationsverstärkers mit hohem Verstärkungsfaktor verbunden, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen mittlere Amplitude proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Der Verstärker 36 wird mit Betriebsspannung durch den Versorgungsleiter 23 versorgt, der am Anschluß 36-4 angeschlossen ist. Auf Grund des Differenzbetrags zwischen den am Eingang 36-1 und am nicht-invertierenden Eingang 36-2 angelegten Signalen erzeugt der Verstärker 36 am Ausgang 36-3 ein Ausgangssignal proportional dieser Differenz, das " begrenzt ist auf einen Höchstwert in der Nähe des Potentials, das am Ausgang 36-3 anliegt und auf einen Mindestwert in der Nähe des Potentials, das am Anschluß 36-5 anliegt. Da der Ausgang 36-3 mit dem Versorgungsleiter 23» und der Anschluß 36-5 niit dem Erdleiter 22 verbunden ist, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 36 durch die Versorgungsspannung und durch das Erdpotential begrenzt.

Ein Widerstand 37 ist zwischen dem Versorgungsleiter und dem Eingang 36-2, und der Widerstand 38 zwischen dem Eingang 36-2 und dem Ausgangsleiter 29 geschaltet. Die Widerstände 37 und 38 wirken als Spannungsteiler, um einen Teil der Versorgungsspannung, im typischen Fall die Hälfte dieser Spannung, auf den Eingang 36-2 als Referenzspannung zu legen. Die Referenzspannung wird in Fig. 4- als gestrichelte Linie in der Wellenform D gezeigt. Die Amplituden der Eingangssignale sind so, daß der Verstärker 36 seine Höchstspannung erzeugt, wenn das am Eingang 36-1 anliegende Signal unterhalb der Referenzspannung liegt, und daß er die

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Mindestspannung erzeugt, wenn das am Eingang 36—1 anliegende Signal größer als die Referenzspannung ist.

Wenn der Kondensator 35 his auf die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors 32 entladen wird, so durchschreitet die Spannung am Kondensator die Referenzspannung jeweils nach der gleichen Zeitspanne, um eine Rechteck-Impulsfolge mit konstanter Breite am Ausgang 36-3 zu. erzeugen, die in Fig. 4 als Wellenform E gezeigt wird. Da die Frequenz proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, ist auch die durchschnittliche Amplitude der Impulsfolge proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ein Widerstand 39 ist zwischen dem Versorgungsleiter 23 und einem Ausgangsleiter 41 geschaltet, der mit dem Ausgang 36—3 verbunden ist, um Strom an eine ]Last abzugehen, die am Ausgangsleiter 41 angeschlossen ist, da der Verstärkerausgang 36-3 mit einem offenen Kollektor eines (nicht gezeichneten) Ausgangstransistors verbunden ist·

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Signalquelle gemäß der Erfindung dargestellt. Eine Abgriffspule 51 ist auf einen Magnetkern 52 gewickelt und in der Nähe der Umlaufbahn eines (nicht gezeigten) Magneten ähnlich dem Magneten 11 von Fig. 1 und 2 untergebracht. Ein KPN-Transistor 53 funktioniert in Basisschaltung als Vorverstärker mit niedriger Eingansimpedanz für die in der Spule 51 induzierten Stromimpulse. Diese Stromimpulse haben die Form einer einzelnen Wechselstromperiode, die in Fig. 6 als Wellenform A gezeigt wird.

Die Spule 51 ist zwischen den Emitter des Transistors 53 und einen. Leiter 54 geschaltet, der mit der Masse der Schaltung verbunden ist_o Ein Widerstand 55 ist parallel zur Spule 51 geschaltet. Eine (nicht gezeigte) Gleichstromquelle ist zwischen einen Versorgungsleiter 56 und den Erdleiter 54 geschaltet, um der Schaltung die elektrische Energie zu liefern, Der Kollektor des Transistors 53 ist

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über einen Widerstand 57 mit dem Versorgungsleiter 56, und über ©inen Widerstand 58 niit der Basis verbunden. Die Basis ist mit dem Erdleiter 54- über einen Widerstand 59 und einen parallel dazu geschalteten Kondensator 61 verbunden. Der Kollektor ist über einen Kondensator 62 mit dem Erdleiter 5^ verbunden.

Der Vorverstärker-Transistor 53 verstärkt die von der Spule 51 kommenden Stromimpulse und bewirkt deren Halbwellen-Gleichrichtung. Die Widerstände 58 und 59 dienen als Spannungsteiler, um den Transistor 53 in der Nähe der Sperrspannung vorzuspannen. Daher befindet sich die Kollektorspannung in der Nähe des Wertes der Versorgungsspannung. Wenn die positive Halbwelle eines Stromimpulses eintritt, wird der Transistor gesperrt. Beim Eintreten der negativen Halbwelle des Stromimpulses wird die Emitterspannung negativ und steuert den Transistor in die Sättigung, wodurch die Kollektorspannung abfällt. Das Ausgangssignal am Kollektor ist in Fig. 6 als Wellenform B gezeigt, wobei die Ausgangsimpulse mit reduzierter Spannung der negativen Halbwelle.der Wellenform A entsprechen.

Der Kondensator 61 überbrückt die Basis des Transistors 53 für alle Frequenzen von der Größenordnung der Stromimpulsfrequenz und ermöglicht einen verhältnismäßig hohen Grad von Gleichstromrückkopplung und einen verhältnismäßig niedrigen Grad von Wechselstrom-Rückkopplung. Auf diese Weise besitzt der Transistor eine hohe Stabilität mit einem höchstmöglichen Wechselstrom-Verstärkungsfaktor. Der Kondensator 62 überbrückt den Kollektor, um die Verstärkung für Frequenzen oberhalb des Stromimpuls-Bereiches zu reduzieren, z.B. die Störfrequenzen der Zündanlagen. Der Widerstand 57 begrenzt den Stromfluß durch den Transistor 53» und der Widerstand 55 öffnet einen Stromweg für die positive Halbwolle des Stromimpulses.

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Der Kollektor des Transistors 55 ist mit einem Anschluß des Kondensators 63 im Freguenz-Spannungs-Umformer verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators 63 ist mit dem Kollektoranschluß eines NPN-Transistors 64· und mit der Anode einer Diode 65 verbunden. Der Emitter des Transistors 64 ist mit dem Erdleiter 54 verbunden, und seine Basis liegt über den V/iderstand 66 am Erdleiter 54-· Die Kathode der Diode ist mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Verstärkers 67 verbunden. Der Ausgang 67-3 des Verstärkers 67 ist durch den Widerstand 68 mit der Basis des Transistors 64■verbunden. Der Ausgang 67-3 ist ebenfalls mit dem nicht-invertierenden Eingang 67-2 über einen Widerstand 69 verbunden, und der nicht-invertierende Eingang 67-2 liegt über einen Widerstand 71 am Erdleiter 54-·

Der Verstärker 67 besitzt auch einen invertierenden Eingang 67-1, der mit einem Anschluß des Kondensators 72 verbunden ist. Der andere Anschluß des Kondensators 72 ist mit dem Erdleiter 54- verbunden. Der invertierende Eingang 67-1 ist ebenfalls mit dem Ausgang 67-3 über einen Widerstand 73 verbunden, der mit einer Diode 74 parallel geschaltet ist. Die Anode der Diode 74 ist mit dem Eingang 67-1, und ihre Kathode mit dem Ausgang 67-3 verbunden. Ein Widerstand ist zwischen die Versorgungsleitung 56 und die Verbindung des Ausgangs 67-3 niit einem Ausgangsleiter 76 geschaltet, und führt Strom zu der Last, die zwischen dem Ausgangsleiter 76 und einem Ausgangsleiter 77 angeschlossen ist, da der Verstärkerausgang 76-3 am offenen Kollektor eines inneren (nicht gezeigten) Ausgangstransistors liegt. Der Ausgangsleiter 77 ist mit dem Erdleiter 54- verbunden.

Der Verstärker 67 arbeitet als monostabiler Multivibrator, der für jeden der Ausgangsimpulse mit reduzierter Spannung von der Wellenform B in Fig. 6 ein Ausgangssignal mit konstanter Breite erzeugt. Da die Frequenz der Impulse mit reduzierter

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Spannung proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, so ist die mittlere Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 67 proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Das Ausgangssignal bei 67-3 lädt den Kondensator 72 durch den Widerstand 73 auf und wird dem invertierenden Eingang 67-1 zugeführt. Die Widerstände 69 und 71 bilden einen Spannungsteiler und legen an den nicht-invertierenden Eingang 67-2 ungefähr die Hälfte des Ausgangssignals als Referenzspannung. Da das nicht-invertierende Eingangssignal ein niedrigeres Potential als das invertierende Eingangssignal hat, erzeugt der Verstärker 67 seine Mindestausgangsspannung, im typischen Fall ein halbes Volt, und die Spannung am nicht-invertierenden Eingang 67-2 kann als Mindest-Referenzspannung bezeichnet werden.

Wenn in der Spule- 51 kein Signal induziert wird, lädt sich der Kondensator 63 durch den Widerstand 57 auf das Potential der Versorgungsspannung abzüglich des Mindest—Ausgangssignals am nicht-invertierenden Eingang 67-2» Während der negativen Halbwelle des Stromimpulses entlädt sich der Kondensator 63 durch den leitenden Transistor 53 und den Kollektor-Basisübergang des Transistors 64-. Wenn die negative Halbwelle des Stromimpulses zum Nullspannungspunkt zurück geht, wird der Transistor 53 von der Sättigung in den Sperrzustand gesteuert, und der Kondensator 63 lädt sich wieder auf das Potential der Versorgungsspannung auf, Da die am Kondensator 63 anliegende Spannung siah nicht sprungartig ändern kann, wird eine positive Spannung an den nichtinvertierenden Eingang 67-2 durch die Diode 65 angelegt. Diese Spannung übersteigt schnell die Mindest-Referenzspannung, die am invertierenden Eingang 67-1 anliegt, und schaltet das Verstärker-Ausgangssignal auf seine Höchstspannung. Die Hälfte des Ausgangssignals gelangt an den Eingang 67-2 als Höchstreferenzspannung, wie in Figo6

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als Wellenform G dargestellt, und trifft auf die Diode 65 in Spgrrichtung. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal auf die Basis des Transistors 64 gelegt und steuert diesen bis zu Sättigung durch, wodurch die Verbindung zwischen dem Kondensator 63 und der Diode 65 mit dem Erdleiter ^A- verbunden wird. Der Leitzustand des Transistors 64- hält die Spannung in "Sperrichtung an der Diode 65 aufrecht, indem er den Eingangsstrom vom Kondensator 63 zur Masse leitet und damit die Spannung an derWrbindungsstelle zwischen Kondensator und Diode reduziert. Diese Reduzierung spiegelt sich in der Wellenform B wieder, die in Fig. 6 gezeigt wird. Der Kondensator 63 lädt sich weiterhin durch den Widerstand 57 und den Transistor 64 auf das Potential der Versorgungsspannung auf.

Nun beginnt der Kondensator 72, sich durch den Widerstand 73 auf das Hochstpotential der Äusgangsspannung aufzuladen. D-ie am Kondensator 72 anliegende Spannung wird in Fig. 6 als Wellenform D gezeigt. Wenn die am Kondensator 72 anliegende Spannung die Höchstreferenzspannung am nicht-in— vertierenden Eingang 67-2 übersteigt, schaltet der Verstärker auf die Ausgangsspannung mit dem Mindestpotential um. Die Diode 74- öffnet einen Stromweg mit niedrigem Wiederstand, um den Kondensator 72 schnell zu entladen. Die Ausgangsspan— nung mit dem Mindestpotential sperrt ebenfalls den Transistor 74. Das impulsförmige Ausgangssignal an den Ausgangsleitern 76 und 77 wird in Fig. 6 als Wellenform E gezeigt. Die Werte des Kondensators':72 bestimmen die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator auf das Potential der Hochstreferenzspannung aufzuladen, und bestimmen damit die Breite des Ausgangsimpulses des Verstärkers 67. Wenn diese Zeit länger ist als die zum Laden des Kondensators 63 erforderliche Zeit, wird das Sperren des Transistors 64 nicht im Signal am Kollektor des Transistors 53 wiedergespiegelt, das in Fig. 6 als Wellenform B gezeigt wird. Nun ist der Frequenz-Spannungsumformer bereit, den

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nächsten reduzierten Spannungsimpuls vom· Geschwindigkeitsmeßfühler zu empfangen.

Somit arbeitet der Verstärker 67 als monostabiler Multivibrator, um Ausgangsimpulse an den Ausgangsleitern 76 und 77 zu erzeugen. Diese Impulse haben eine konstante Breite, die durch die Werte des Kondensators 72 und des Widerstandes 73 bestimmt wird , sowie eine konstante Amplitude. Da die Frequenz dieser Impulse proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, so ist auch die mittlere Amplitude des Ausgangssignals an den Leitern 76 und 77 proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit.

■ Eineweitere Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 7 gezeigt. Die Schaltung in Fig. 7 ist ähnlich wie die Schaltung in Fig. 5» sodaß nur der Teil der Schaltung gezeigt wird, der den Geschwindigkeitmeßfühler betrifft. Die Bezugsnummern für ähnliche Bauteile werden mit Strichindex versehen, wie z.B. Spule 51 ■'- » die ähnlich der Spule 51 ist. Der Widerstand 59- in Fig. 5 wird weggelassen.

Die in der Spule 51' induzierten Stromimpulse werden in Fig. 8 als Wellenform A gezeigt. Diese Wellenform ist der Wellenform A in Fig. 5 und. 6 entgegengerichtet und entsteht dadurch, daß entweder die Wicklungsrichtung der Spule 51' oder die Polarität des (nicht gezeigten) Magneten oder die Drehrichtung der (nicht gezeigten) Antriebswelle umgekehrt wird. Da der monostabile Multivibrator von Fig. 5 durch die positive Flanke des Ausgangssignals vom Geschwindigkeitsmeßfühler ausgelöst wird, wurde es erforderlich, im Geschwindigkeitsmeßfühler der Fig. 5 eine Halbwellengleichrichtung der induzierten Stromimpulse vorzusehen, um die·erste positive Flanke in der positiven Halbwelle zu unterdrücken. Der Geschwindigkeitsmeßfühler in Fig. 7 wurde abgeändert, sodaß er nur eine verstärkte Wiedergabe des

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induzierten Stromimpulses erzeugt, der nur eine positive Flanke besitzt.

Der Transistor 53' arbeitet in Basis-Schaltung als linearer Verstärker mit ungefähr 3 Volt am Kollektor, wenn am Emitter kein Eingangssignal anliegt. Der Kondensator 61' lädt sich über die Widerstände 57' und 58' auf, um eine Basis-Vorspannung zu erzeugen, die den Transistor 53' sperrt. Strom fließt vom Versorgungsleiter 56' durch den Widerstand 57' » den Widerstand 53' und die Spule 52' mit dem zu ihr parallel geschalteten Widerstand 55' zum Erdleiter 5^'· Beim Erscheinen der negativen Halbwelle des Stromimpulses mit der Wellenform A in Fig. 8 wird die Emitter-Spannung reduziert, sodaß der Transistor 53' his zur Sättigung durchgesteuert wird und die Spannung am Kollektor absinkt. Bei der positiven Halbwelle des Stromimpulses steigt die Emitterspannung, sperrt der-Transistor 53' und steigt die Spannung am Kollektor. Die Kollektorspannung wird in Fig. 8 als Wellenform B gezeigt.

Die Wellenform B in Fig. 8 kann dem Kondensator 63 des Frequenz-Spannungsumfarmers in Fig. 5 zugeführt werden. Die positive Flanke der Wellenform B erzeugt eine steigende Spannung am nicht·*· invertierenden Eingang 67-2 um am Ausgangssignal des Verstärkers 67 den Wechsel vom Mindestpotential

zum Höchstpotential auszulösen. Die Werte des Kondensators 72 und des Widerstands 73 bestimmen die Breite des Ausgangsimpulses. Die Wellenformen C, D und E in Fig. 8 entsprechen den Wellenformen 0, D und E in Fig. 6.

Für jede der drei dargestellten Ausführungsformen der Erfindung besteht eine Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei welcher der Geschwindigkeitsmeßfühler ein zweites Ausgangssignal erzeugt, bevor die Zeitsperre des monostabilen Multivibrators abgelaufen ist. Bei dieser und bei höheren Geschwindigkeiten teilt der Frequenz7Spannungsumformer -

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den Ausgang des Geschwindigkeitsmeßfuhlers, und damit die Fahrgeschwindigkeit, durch einen Faktor 2. Obwohl die dargestellten Ausführungsformen bei Straßengeschwindigkeiten oberhalb der gegenwärtigen Höchstgeschwindigkeiten zufriedenstellend arbeiten, kann ein triggerbarer monostabiler Multivibrator verwendet werden, um die Spannungsteilung bei überhöhten Geschwindigkeiten zu verhindern. Triggerbare monostabile Multivibratoren sind nach dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht beschrieben. Bei Geschwindigkeiten die oberhalb der zuvor genannten Höchstgeschwindigkeit liegen, wird der triggerbare Multivibrator ausgelöst, bevor die Zeitsperre abgelaufen ist, sodaß ein 100-prozentiges Dauerausgangssignal erzeugt wird, das charakteristisch für die Höchstgeschwindigkeit ist. Eine angeschlossene Geschwindigkeits-Regelschaltung regelt dann auf : diese Höchstgeschwindigkeit, anstatt plötzlich auf die Regelung auf die Hälfte dieser Höchstgeschwindigkeit überzuspringen.

Zusammenfassend enthalten die Geschwindigkeits-Meßfühler der Fig. 5 und 7 einen Vorverstärker mit niedriger Eingangsimpedanz, der ein impulsförmiges Signal erzeugt, dessen Frequenz proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, und das einem Frequenz-Spannungsumformer zugeführt wird. Der Frequenz-Spannungsumformer enthält einen monostabilen Multivibrator zur Erzeugung eines impulsförmigen Ausgangssignals mit konstanter Impulsbreite, dessen Impulsfrequenz, und, als Folge davon, dessen mittlere Amplitude proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

In Fig. 9 wird ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit gezeigt, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit-Signalquelle gemäß der Erfindung benutzt. Die gewünschte Fahrgeschwindigkeit wird durch eine Signal'quelle für die Referenz-Fahrgeschwindigkeit 81 erzeugt, .die eines der Eingangssignale für einen Spannungsvergleicher

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und einen Steuergenerator 82 liefert. Das Referenzsignal für die Fahrgeschwindigkeit erscheint als Gleichspannung, ■deren Wert proportional der gewünschten Fahrgeschwindigkeit ist. Eine Signalquelle für die Fahrzeuggeschwindigkeit 83, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist, tastet die Drehgeschwindigkeit eines rotierenden Teils ah, das mit dem Antriebsmotor 84 des Fahrzeugs verbunden ist, z.B. einer Antriebswelle, um ein impulsförmiges Ausgangssignal zu erzeugen. Die Frequenz und die mittlere Amplitude des impulsförmigen Ausgangssignals ist proportional der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und liefert das andere Eingangssignal für den Spannungsvergleicher und Steuersignal-Generator

Der Spannungsvergleicher und Steuersignal-Generator 82 wandelt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in eine Gleichspannung um, deren Amplitude proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, und die so geeicht ist, daß ihre Amplitude gleich der des Referenzgeschwindigkeitssignals für den gleichen Wert der Fahrgeschwindigkeit ist. Der Spannungsvergleicher und Steuersignal-Generator 82 vergleicht das Referenzgeschwindigkeitssignal mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal , und liefert ein Fehlersignal, wenn beide nicht gleich sind. Der Spannungsvergleicher und Steuersignal-Generator 82 liefert dann ein Steuersignal an ein Regelgerät 85, und steuert das Regelgerät so, daß es die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 84 in einer Weise beeinflußt, daß das Fehlersignal auf den Wert null gebracht wird. Die Schaltung der Figo 9 stellt demnach einen geschlossenen Steuerkreis für die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Fahrzeuggeschwindigkeit dar.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Erzeugung eines impulsförmigen Ausgangs= signals entsprechend der Fahrgeschwindigkeit eines Fahr= zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Magneten (11) enthält, der mit einem Teil (12) des Fahrzeuges verbunden ist, der mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Drehzahl umläuft, einen Elektromagneten (1?₉ 18) •der bei 3©der Umdrehung des Magneten anspricht und einen Stromimpuls erzeugt, und einen Verstärker (19=29 oder 51-66 oder 51"-bö") mit niedriger Eingangs impedanz der auf Grund dieser Stromimpulse die genannten impulsförmigen -Ausgangssignale erzeugt₉ wobei in diesem impulsförmigen Ausgangssignal Störsignal® unterdrückt werden_e

2«. Anordnung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet^ daB das genannte Fahrzeugteil (12) eine Antriebswelle ist«

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2§ dadurch g©<° kennzeichn©t₉ daB der genannte Magnet (11) ©in Permanent« magnet mit verhältnismäßig hohem Energisprodukt ist₀

Anordnung nach einem der Anspruch© 1, 2 oder 3? gekennzeichnet, daß der Elektromagnet aus einer Spul® (1?) "besteht, die normalerweise©twa 5 sm (2") won d@r Um<=> laufbahn des Magneten (11) entfernt ist₉ ras ©in© R®l&t±w~ bewegung des Fahrzeugteile (12) "bezüglich diQsos¹ Spul® am gestatten«, und daß dar Magnet (11) ©in Magnetfeld ©rg@-y.gtr, im in dieser Spul© (1?) di© genannten Stroaiapnis© ©rs©ug©n₉ i-mnn des· Magast don f©il dsE¹ Umlataffealaa faitet g deE¹ dieseK- Spill® ws. nä©list©a li©@t₀

5· · Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Verstärker (19-29» 51-66, 51'-66') mit niedriger Eingangimpedanz einen Vorverstärker (19» 531 53') niit niedriger Eingangsimpedanz enthält, der wenigstens einen Teil des genannten Stromimpulses verstärkt, und einen Frequenz-Spannungsumformer, (31-41» 65-76, 65'-?6·) der auf diese Teile der verstärkten Stromimpulse anspricht, um das genannte impulsförmige Ausgangssignal zu erzeugen.

6. „Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der

irequenzvSpannungsumformer einen monostabilen Multivibrator (67) enthält, um das impulsförmige Ausgangssignal mit konstanter Impulsbreite zu erzeugen,

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverstärker (19, 53» 53') einen Transistor in Basisschaltung enthält, dessen Emitter so geschaltet ist, daß er den genannten Stromimpuls erhält, und an dessen Kollektor der genannte Teil des verstärkten Stromimpulses erzeugt wird, und der mit dem Frequenz-Spannungsumformer verbunden ist.

8· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (11) aus einer Samarium-Kobalt-Legierung gebildet ist,

9· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (17» 18) etwa 5 cm (2") von der Umlaufbahn des Magneten (11) entfernt liegt, um eine Relativbewegmig des einen dieser Teile gegenüber dem anderen Teil zu ermöglichen.

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