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Schaltungsanordnung, insbesondere zur Verwendung
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bei einer Antiblockier-Regel anlage, zur Unterdrückung von Sensorstörsignalen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Bei den heute gebräuchlichen Sensoren oder Impulsgeberanordnungen
zur Messung der Radumlaufgeschwindigkeit können Störsignale auftreten, die zu gefährlichen
Fahrzuständen führen können, welche durch drucklose oder blockierte Räder gckennzeichnet
sind. Diese Störungen können ihre Ursache in mchanischen Schwingungen haben, die
beispielsweise beim kur.zzeitigen Blockieren iin unteren Geschwindigkeitsbereich
ai treten.
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Die Schwingungen können in Umfangsrichtung ur;d Radialrichtung des
umlaufenden Zahnrades des Sensors auftreten. In beiden Fällt lösen die Schwingungen
Signale aus, die Störsignale darstellen, auf die eine Antiblockier-Regelanlage mit
relativ niedriger hrsprechschwelle, die bei Anlagen hoher Qualität zu fordern ist,
reagiert. Besonders starke Störsignale endstellen durch die Raci.
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schwingungen infolge der Luftspaltänderung zwischen Magnet urid Zahnrad.
Da die Frequenzen dieser Störsignale im Frequenznutzbereich der normalen Sensorsignale
liegen, ist elf tejausfiltern
nicht möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Unterdrückung solcher Störsignale anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer eingangs genannten Anordnung
gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Die vorliegende Erfindung sei nachfolgend kurz erläutert.
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Ein induktiver Impulsgeber (Sensor) gibt bei einem bestimmten Luftspalt
zwischen Magneten und Zahn des Rotors eine Spannung ab, deren Abhängigkeit von der
Umlaufgeschwindigkeit in der Fig.l schematisch dargestellt ist. Von einer bestimmten
Drehzahl ab wird die Ansprechschwelle der Nachfolgeschaltung des Sensors überschritten.
Die Amplitude der induzierten Spannung ist außerdem stark vom Grundluftspalt zwischen
Sensor und Rotor abhängig, dergestalt, daß die Amplitude mit größer werdendem Luftspalt
abnimmt. Aus dieser Erkenntnis heraus und aus derjenigen, daß eine frequenzmäßige
Unterdrückung der Störsignale nicht möglich ist, wie oben bereits erwähnt, schlägt
die Erfindung also vor, über eine geeignete Beeinflussung der Amplituden der Sensorsignale
eine Unterdrückung der Störsignale zu erzielen.
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Eine einfache Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist durch
eine Schaltung zur frequenzabhängigen Dämpfung der Sensorsignale gekennzeichnet.
Hierdurch werden Störungen im Sensorsignal im gesamten Nutzfrequenzbereich von der
Folgeschaltung ferngehalten.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
die Einrichtung ein frequenzabhängiger Verstärker.
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Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Ansprechschwelle der Folgeschaltung
auf einen höheren Signalpegel festzulegen. Da die Störsignalamplituden in der Regel
wesentlich kleiner sind als die Amplituden der Nutzsignale, ist auf diese Weise
gewährleistet, daß die Störsignale die Ansprechschwelle nicht überschreiten.
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Zweckmäßig ist die Schaltung zur frequenzabhängigen Dämpfung der
Sensorsignale gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine zum Sensor
parallel geschaltete R-C-Reihenschaltung, deren Ausgangssignale der Folgeschaltung
zugeführt werden.
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In Abhängigkeit von der Dimensionierung oer R-C-Relhenschal tung erhält
man von einer bestimmten Frequenz ab ein Sensorsignal mit konstanter Amplitude unabhängig
von der Umlaufgeschwindigkeit.
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Um auch Luftspaltänderungen ausregeln zu können, ist gemäß einer
vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfifidunq eine Anordnung zum Eliminieren
des Einflusses vor: Luftspaltänderungen des Sensors auf den Spannungspegel des Sensors
vorgesehen.
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Eine zweckmäßige land vorteilhafte Ausgestaltung er Anordnung betrifft
eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch t. Durctr diese Einrichtung erfolgt eine Verstärkungssteuerung
in Abhägigkeit von Luftspaltänderungen, derart, daß eine linearisierte Ausgangsspannung
erhalten wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestalturig der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Eliminierung des Eir.flusses von Luftspaltänderungen ist im Anspruch 7 gekennzeichnet.
Bei dieser anord nung handelt es sich um eine Regeleinrichtung, durch die eine Verstärkungsregelung
über einen Soll- und Istwertverglied erfc 1 Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnungen
zur Kliminierung des Einflusses von Luftspal tärderurger: si,- ferner ir den Unteransprüchen
8 bis 11 gekennzeichnet.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Eliminieren der
Störeinflüsse aufgrund von Luftspaltänderungen könne baulich weniger aufwendige
Sensoren verwendet werden, da auf extreme Toleranzforderungen hinsichtlich dts Lut
tspaltes bei den Sensoren verzichtet werden kann Die Erfindung soll nun anhand der
beigefügten Zeichnung in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, räher erläutert
werden.
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Es sind Fig. 1 eine grafische Darsteliunq der Abhängigkeit Lt; der
Sensorausgangspannung von der Drehzahl des Rotors des Ser,sc,rs, Fig. 2 eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung zur Frequenzmäßiger Bedämpfungs ist Ser signale,
Fig.
3 eine grafische Darstellung des durch die Schaltung nach Fig. 2 erzielten Verlaufs
der Sensorsignalspannung in Abhängigkeit von der Drehzahl, Fig. 4 eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung, bei der außer der frequenzmäßigen Bedämpfung der Sensorsignale
eine geregelte Verstärkung der Signale zur Kompensierung von Luftspaltänderungen
vorgesehen ist, Fig. 5 eine grafische Darstellung des durch die Schaltungsanordnung
nach Fig. 4 erzielten Verlaufs der Sensorsignalausgangsspannung in Abhängigkeit
von der Drehzahl, Fig. 6 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Beeinflussung
des magnetischen Feldes des Magneten des Sensors zur Kompensierung von Luftspaltänderungen,
Fig. 7 ein Prinzipschaltbild einer Istwert/Sollwertregelschaltung zum Eliminieren
des Einflusses von Luftspaltänderungen des Sensors, Fig. 8 ein Beispiel einer Sollwert/Istwertregelschaltung
nach Fig. 7 und Fig. 9 eine grafische Darstellung, in der die durch die Regelschaltung
nach Fig. 7 erhaltene Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz des Sensorsignales
dargestellt ist.
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Die Fig. 1 zeigt den Verlauf der Sensorsignalspannung in Abhängigkeit
von der Rotationsgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades (Kurve a). Von einer bestimmten
Geschwindigkeit ab wird eine bestimmte Ansprechschwelle der Nachfolgeschaltung überschritten.
Ein Störsignal b ist schematisch eingezeichnet. Bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten
können solche Störsignale in aller Regel wegen ihrer relativ geringen Amplituden
vernachlässigt werden. Im unteren Drehzahlbereich jedoch, der bei heutigen modernen
Anlagen mit erfaßt werden muß, können solche Störsignale den wahren Radverlauf stark
verfälschen und zu falschen Regelvorgängen führen.
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In der Fig. 2, auf die jetzt Bezug genommen werden soll, ist ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Unterdrückung der oben
erwähnten Störsignale im Prinzip dargestellt. Es handelt sich im wesentlichen um
eine R-C-Reihen-Schaltung 2, die in paralleler Anordnung zwischen einem Sensor 4
und einer Antiblockierregel-Elektronik geschaltet ist und durch die das Sensorsignal
frequenzabhängig gedämpft wird, und zwar von einer bestimmten Frequenz ab, wie dies
in der Fig. 3 schematisch dargestellt ist, d.h. von einer bestimmten Frequenz ab
werden in einem vorgegebenen Frequenzbereich konstante Ausgangsamplituden der Nutzspannung
erzielt. Der Nutzfrequenzbereich ändert sich dabei nicht; die Störspannung wird
jedoch aufgrund der Amplitudendämpfung in etwa von der mit c bezeichneten Stelle
an derart gedämpft, daß die Störspannung unter die Ansprechschwelle der Nachfolgeschaltung
gesenkt wird.
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Diese Schaltungsanordnung funktioniert zufriedenstellend nur bei
einem bestimmten Luftspalt bzw. in einem engen Luftspaltbereich. Wenn der Luftspalt
größer wird, erreicht die Nutzspannung die Ansprechschwelle nicht mehr; wenn der
Luftspalt kleiner wird, überschreitet die Störspannung die Ansprechschwelle.
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Wenn ein größerer Luftspaltbereich zugelassen werden soll, muß eine
Schaltung vorgesehen werden, die die Bedämpfung dem tatsächlichen Luftspalt entsprechend
einstellt.
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Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung zur Durchführung
einer solchen Bedämpfung. Aus dem Spitzenwert der Sensorausgangsspannung bei höheren.
Geschwindigkeiten kann ein Wert
gewonnen werden, der dem tatsächlichen
Luftspalt entspricht.
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Dieser Wert muß über einen langen Zeitraum gespeichert werden und
kann dann dazu verwendet werden, über diesen großen Zeitraum die Reduzierung der
Sensorspannung zu regeln.
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Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 4. Eine R-C-Reihenschaltung
8 dämpft das Sensorsignal eines Sensors lo. Die Verstärkung eines ersten Operationsverstärkers
12 wird über einen Spannungsteiler aus einem Widerstand R2 und einem veränderlichen
steuerbaren Widerstand 14, der hier ein Feldeffekttransistor Tl ist, geregelt; d.h.
ein aufgetretener Spitzenwert der Sensorspannung wird über eine sogenannte ideale
Diode, bestehend im wesentlichen aus einem Differenzverstärker 16 und im Rückkopplungskreis
liegenden Diode 18 und Schutzwiderstand R4, auf einem Kondensator 22 gespeichert.
Der Widerstand 14 ändert sich mit der Ladespannung des Kondensators 22 und der Verstärkungs
faktor des Operationsverstärkers 12 sinkt mit steigendem Widerstand. Es gilt für
die Verstärkung V des Operationsverstärkers 12 V - 1 + R2 : R(T1). Dies bedeutet,
daß am Ausgang 24 für alle Luftspalte in etwa g eiche Spannungsverläufe erscheinen,
abhängig im vorliegenden Fall von der Kennlinie des steuerbaren Widerstandes hier
von der Kennlinie des Feldeffekttransistors, wie dies in der Fig. 5 schematisch
dargestellt ist.
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Es soll nun Bezug genommen werden auf Fig. 6, die eine andere Schaltungsanordnung
zeigt, durch die der Einfluß von Luftspaltänderungen auf den Sensorspannungspegel
eliminiert wird. Wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist eine sogenannte
ideale Diode aus einem Differenzverstärker 30, einer Diode 32 und einem Schutzwiderstand
34 vorgesehen, über die ein Kondensator 36 auf die Spitzenspannung der Ausgangssignale
eines Sensor s 38 aufgeladen wird. Auch bei dieser Schaltungsanordnung ist eine
R-C-Reihenschaltung 40 zur Dämpfung der Sensorspannung vorgesehen, die wie dargestellt
geschaltet ist. Der im Kondensator 36 gespeicherte Spitzenwert wird dazu benutzt,
einen Gleichstrom über einen veränderlichen Widerstand 42, hier einen Feldeffekttransistor
Tl, auf die Wicklung des Elektromagneten des Sensors (nicht dargestellt) gesteuert
zu geben. Hierdurch ist eine Beeinflussung des magnetischen Feldes des Elektromagneten
möglich
in dem Sinne, daß bei einem kleinen Luftspalt (grone Sensor
spannung) das magnetische Feld geschwächt und damit die Arnplitude der induzierten
Sensorausgangsspannung reduziert wird und daß bei einem großen Luftspalt (kleine
Sensorausgangssparlnung) das magnetische Feld verstärkt und damit die Amplitude
der Sensorausgangsspannung erhöht wird. Der Sensor ist im vorliegenden Fall fremderregt,
er besitzt vorzugsweise keinen Dauermagneten.
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Selbstverständlich ist auch eine Anordnung möglich, bei der das magnetische
Feld eines Dauermagneten durch ein nagnetisches Feld einer gespeisten Spule in Abhängigkeit
vom gespeicherten Spitzenwert des Sensorausgangssignales geschwächt oder verstärkt
wird.
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Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 7, in der das Prinzipschaltbild
einer Sollwert/Istwertregelschaltung zum Eliminieren des Einflusses von Luftspaltänderungen
auf das Sensorausgangssignal dargestellt ist. Die Störgröße Z wird einer Regelstrecke
40 zugeführt, und nach Differenzbildung zwischen einem eingestellten Sollwert und
dem Sensorsignal-Istwert wird die Differenzgröße über ein Regelglied 42 der Störgröße
zur Einregelung des Sensorausgangssignales auf den vorgegebenen Sollwert zurückgeführt.
Der konstante Ausgangsspannurgspegel (UA) steht am Ausgang 44 zur weiteren Verarbeitung
an.
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Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 8, in der eine Sollwert/'Istwertregelschaltung
50 dargestellt ist, die den Pegel der einer nicht dargestellten Folgeschaltung zugeführten
Sensorsignale auf einen vorgegebenen Sollwert einregelt. Zwischen der Regelschaltung
50 und einem Sensor 52 ist eine Schaltung 54 vorgesehen, die eine Schaltung gemäß
Fig. : oder ein frequenzabhängiger Verstärker sein kann.
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Die Regelschaltung nach Fig. 7 arbeitet im wesentlichen wie folgt.
Über ein Potentiometer 56 wird der Arbeitspunkt eines Transistors 58 (T2) eingestellt,
der zusammen mit einem Transistor 60 (T3) einen Differenzverstärker bildet, und
damit wird der Sollwert der Amplitude der Ausgangsspannung (UA) eingestellt.
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Ein Transistor 62 (T1) liefert einen Konstantstrom für den Differenzverstärker
58, 60. Über einen Koppelkondensator 4 (C1)
wird die Ausgangsspanrsung
des Schaltkreises 54 der Regel schaltung 50 zugeführt. Ein Kondensator 66 (C2) lädt
sich auf den Istwert des Spannungspegels des Sensors auf.
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Ist die eingestellte Sollspannung größer als der Sensorspannungswert
über dem Kondensator 6G, steuert der Transistor 58 den vorgegebenen konstanten Strom
durch. Der Transistor 58 übernimmt den größeren Anteil des Ruhestromes. Die dem
Ausgangssignal des Schaltkreises 54 überlagerte Wechselspannungsamplitude wird entsprechend
größer, und der Ruhestrom wird von diesem Wechselspannungsanteil überlagert. Über
eine Diode 68 wird der Kondensator 66 auf den Sollwert aufgeladen, bis infolge der
Rückkopplung über eine Leitung 70 die Basisspannung vom Transistor 60 gleich der
Basisspannung vom Transistor 58 ist.
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Wenn die eingestellte Sollspannung kleiner ist als die Istspannung
über dem Kondensator 66, wird die Basis vom Transistor 60 positiver als die vom
Transistor 58, und der Transistor 60 übernimmt den größeren Anteil des Ruhestroioes,
was bedeutet, daß die Wechselspannungsamplitude entsprechend kleiner wird und C2
mit einer großen Zeitkonstanten entladen wird, bis die Basisspannung am Transistor
60 gleich der Basisspannung am Transistor 58 ist und somit der Sollwert gleich dem
Istwert eingeregelt ist.
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Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 9, in der der Verlauf
des Spannungspegels in Abhängigkeit von der Sensorsignal frequenz dargestellt ist.
Von einer bestimmten unteren Frequenz ab stellt sich, wie man der Figur entnehmen
kann, ein bestimmter Spannungspegel ein. Diese untere Frequenz entspricht der unteren
Grenze des Geschwindigkeitsmeßbereiches. Mit ?marx ist die obere Grenze für den
Geschwindigkeitsmeßbereich angedeutet.