DE2701575C2 - Frequenzwandler für Geschwindigkeits- und Streckenzählgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzwandler für Geschwindigkeits- und Streckenzählgeräte mit einem Impulsformer zur Formung der von einem Impulsgeber gelieferten Eingangsimpulse, einer Integrationsstufe mit einem Speicherkondensator, einem Zeitglied und mit Mitteln, die ein stufenloses Einstellen des Teilungsverhältnisses gestatten.

Bekanntlich müssen bei elektronischer Bildung von Geschwindigkeitsmeßwerten von einem geeigneten Impulsgeber wenigstens so viele Impulse pro Streckeneinheit übertragen werden, daß bei einem noch vertretbaren Schaltungsaufwand auch bei niedrigen Geschwindigkeiten eine ausreichende Anzeigeruhe gewährleistet ist Diese für die Geschwindigkeitsmessung erforderlichen Mindestfrequenzen sind aber für die Streckenzählung, abgesehen davon, daß eine solche genaue Auflö- so sung für die Streckenzählung gar nicht erforderlich ist — es genügt bereits 1 Impuls/100 m — ungeeignet und machen, wenn man davon absieht einen zusätzlichen Impulsgeber für die Streckenzählung vorzusehen, eine Untersetzung in eine von einem motorischen oder in anderer Weise wirksamen magneto-mechanischen Antrieb eines Streckenzählwerkes verarbeitbare Impulsfrequenz pro Streckeneinheit nötig.

Darüber hinaus wird bei der genannten Gerätegattung sowohl aus fertigungstechnischen als auch aus organisatorischen Gründen geräteseitig eine Gerätekonstante, d. h. eine bestimmte Eingangsdrehzahl bzw. Impulszahl pro Streckeneinheit als Justiernormal festgesetzt. Fahrzeugseitig sind aber die unterschiedlichsten Anschlußbedingungen zu beachten, sei es, daß je nach Fahrzeugtyp unterschiedliche Drehwerte pro Streckeneinheit (sogenannte Wegdrehzahlen) an einer beliebieen und meist nur für den Fahrzeughersteller geeigneten Stelle zwischen Fahrzeugrad und Motor zur Verfügung stehen, oder daß an ein und demselben Fahrzeug unterschiedliche Reifengrößen montierbar sind oder sei es, daß bei elektrischer Drehwertübertragung Impulsgeber mit unterschiedlichen Impulszahlen pro Umdrehung Anwendung finden.

Dementsprechend ist es bei dieser Gerätegattung nicht zweckmäßig, aufgrund bekannter Fahrzeug- und Geberdaten eine feste Frequenzteilung vorzusehen, sondern es sollte, um ein problemloses Angleichen der an der Anschlußstelle möglichen Drehwerte an eine Gerätekonstante zu gewährleisten, dem anzuschließenden Fahrtschreiber bzw. Tachometer ein Frequenzwandler mit innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches stufenlos einstellbarem Teilungsverhältnis zugeordnet werden.

Selbstverständlich wäre eine zwar stufenweise, jedoch hinreichend genaue Angleichung auch dadurch möglich, daß die Zahnräder eines Untersetzungsgetriebes, welches zwischen dem Antriebsorgan und dem Zahienrollensatz beispielsweise eines in einem Fahrtschreiber befindlichen Streckenzählwerkes eingeschaltet ist, ausgetauscht werden. Auch könnte die erforderliche Angleichung durch Auswechseln von Getrieberädern eines dem Impulsgeber vorgeschalteten Angleichgetriebes, wie dies an sich bei der mechanischen Übertragung der zu messenden Dreiwerte allgemein üblich ist, erfolgen.

Im Zusammenhang mit der übrigen Meßwertverarbeitung, die, wie eingangs erwähnt weitgehend elektronisch erfolgt ist jedoch eine derartige mechanische Angleichung in hohem Maße unbefriedigend und zwar nicht nur deshalb, weil sie zwangsläufig mit einem Übertragungsfehler behaftet ist, sondern weil sie sowohl fertigungs- und montagetechnischen Aufwand als auch durch die Bereitstellung geeigneter Zahnräderkombinationen auch organisatorischen Aufwand erfordert.

Es ist aber bereits bekanr.r, für die geforderte Angleichung eine Schaltung vorzusehen.-Jie wenigstens einen programmierbaren elektronischen Schalter beinhaltet der entsprechend dem eingestellten Teilungsverhältnis für jeden ankommenden Geberimpuls die Weitergabe einer bestimmten Anzahl höherfrequenter Zählimpulse steuert Diese Schaltung, die es gestattet hinsichtlich der Handhabung auf eine einfache Weise eine Angleichung der von einem fahrzeugseitigen Impulsgeber gelieferten Impulse an eine Gerätekonstante vorzunehmen, umfaßt abgesehen davon, daß eine vorgeschaltete Formerstufe erforderlich ist, einen Oszillator und entsprechend dem wegen der erforderlichen Genauigkeit mehrstufigen Schalter einen mehrstufigen Zähler sowie entsprechende Vergleicherschaltungen und ist damit bereits für eine Angleichgenauigkeit die jederzeit auch mit den üblichen mechanischen Mitteln erzielbar wäre, zu aufwendig, zumal die weitere Verarbeitung der Summe der pro Geberimpuls erzeugten Impulse zunächst wieder ein dekadisches Herunterteilen erforderlich macht.

Bei einer anderen bekannten Schaltung dieser Art wird versucht, mit einem geringeren Aufwand an elektronischen Mitteln auszukommen, jedoch ist ebenfalls ein Oszillator vorgesehen, der gegenüber der Geberfrequenz höher frequente Zählimpulse liefert, deren Frequenz, um wieder eine vernünftige Arbeitsfrequenz zu erhalten, heruntergeteilt werden muß. Das Teilungsverhältnis wird bei dieser Schaltung bestimmt durch die einstellbare Impulsbreite eines monostabilen Multivibrators, der durch die Geberimpulse steuerbar ist. Ab-

27 Ol 575

3 4

gesehen davon, daß auch bei dieser Schaltung entspre- quenzwandlerschaltung jedoch dadurch, daß in der Pra-

chend dem digitalen Prinzip eine hohe Genauigkeit erst xis das Teilungsverhältnis /e//a im allgemeinen nicht

dann erreicht wird, wenn relativ hohe Zählfrequenzen ganzzahlig ist

und dementsprechend ein hoher Aufwand an Teilungs- Zum besseren Verständnis sei hier eingeflochten, daß mitteln getrieben wird, ist diese Schaltung in hohem 5 bei der Vorjustierung eines mittels Impulse anzusteu-Maße abhängig von der Frequenzkonstanz des Oszilla- ernden Fahrtschreibers oder Tachometers zunächst von tors und dem Temperaturgang des monostabilen Multi- einem festen Teilungsverhältnis ausgegangen wird, wovibrators. Außerdem bietet die systembedingte Störan- bei als Gerätekonstante für die Streckenzählung 1 Inifälligkeit diener Schaltung bei Verwendung in einem puls/Meter angenommen werden kann. Dabei muß geKraftfahrzeug zusätzliche Schwierigkeiten. 10 währle:stet sein, daß für die Ansteuerung des das Strek-Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ei- kenzähiv/erk antreibenden Schrittmotors 11 die vom nen Frequenzwandler zu schaffen, der dem genannten Frequenzwandler geschaffene Impulsdauer 12 aus-Anwendungsfeld optimal angepaßt ist der also trotz reicht, auf der anderen Seite aber auch die Ausgangsfreweitgehend minimiertem Bauteileaufwand und einem quenz fa des Frequenzwandlers bei Höchstgeschwindigrelativ billigen Schaltungsaufbau störungssicher und mit 15 keit des Fahrzeuges noch vom Schrittmotor 11 verarvernachläss'gbarer Fehlerrate arbeitet beitet werden kann. Auf der Geberseite wäre mit Rück-Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß dem Impuls- sieht auf die Geschwindigkeitsmessung ein Impulsgeber former des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers Mit- 1 geeignet, der beispielsweise 8 Impulse/Umdrehung tel zum Einstellen des Tastverhältnisses der Eingangs- der Geberwelle liefert Das sind bei einer Wegdrehzahl impulse zugeordnet sind, daß die dem Impulsformer 20 »J«, also bei einer Umdrehung der f«hrzeugseitigen Annachgescha'iiete Iniegrationsstufc, deren Speicherkon- triebswelle/Meter, in deren Bereit*» sich die meisten in densator über eine verhältnismäßig gering Kapazität der Praxis üblichen Wegdrehzahlen bewegen, 8 Impulverfügt über eine extrem hochohmige Triggerstufe mit se/m. Das Teilungsverhältnis zwischen fe und fa beträgt einem als Zeitglied dienenden monostabilen Multivibra- somit 8 :1. Stimmen nun diese angenommenen Justiertor verbunden ist und daß der monostabile Multivibra- 25 daten (8 Impulse/m) nicht mit der vom Impulsgeber 1 tor die Entladung des Speicherkondensators mittels ei- gelieterten Impulszahl/m überein, sei es, daß eine andenes Transistors im Entladungszweig der Integrations- re Wegdrehzahl als »1« vorliegt oder daß der Impulsgestufe steuert ber 1 mehr oder weniger Impulse/Umdrehung liefert Außerdem ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, oder daß beides zutrifft, so wird einerseits mittels des daß die Kapazität des Speicherkondensators (9) kleiner 30 Potentiometers 6 die Impulsdauer von fe' (t 1) veränist als 0,2 μΡ und daß als Triggerstufe ein in C-MOS- dert, andererseits der Ladestrom derart eingestellt daß Schaltungstechnik ausgebildeter Baustein Anwendung die Strom-Zeit-Fläche der Impulse/m (x + /Jx)t immer findet den gleichen Wert aufweist Dabei wird zwangsweise Im einzelnen zeigt das in F i g. 1 der Zeichnung darge- das Teilungsverhähnis des Frequenzwandlers verändert stellte Blockschaltbild einen in geeigneter Weise an ei- 35 und beträgt dann beispielsweise 8,65 :1.
nem Fahrzeug angebrachten Impulsgeber 1. der strek- Das bedeutet, um auf das oben angeschnittene Prokenproportional angetrieben wird und somit eine be- blem zurückzukommen, daß, wie ebenfalls aus Fig.3 stimmte Impulszahl pro Streckeneinheit (Diagramm A ersichtlich, während ein Impuls fe' an der Lade- und in F i g. 3) in eine Übertragungsleitung 2 einspeist wobei Entladeschaltung 8 entsteht, also während der L-adepha-Impulsforrn und Tastverhältnis in weiten Grenzen belie- 40 se des Speicherkondensators 9 eine völlige Entladung big sein können. Die vom Impulsgeber 1 gelieferten des Speicherkondensators 9 erfolgen muß und zwar Impulse, deren Frequenz fe sich selbstverständlich mit derart, daß der durch die Entladezeit te verursachte der Fahrgeschwindigkeit ändert, werden einem Impuls- Fehler noch tragbar bleibt bzw. innerhalb der vorgegeformer 3 zugeführt und geformt und können mittels der benen Toleranzen liegt

/?C-G!ieder 4,5 und 6 auf eine bestimmte Impulsdauer 45 Der Speicherkondensator 9 muß demnach sihr rasch /1 (Diagramm B in F i g. 3) gebracht werden. Diese Im- entladen werden, was letztlich einen Kondensator mit pulse stehen dann mit einer Frequenz fe' gleichzeitig relativ geringer Kapazität voraussetzt Ein derartiger sowohl am Eingang (Leitungsteil 7) einer nicht darge- Kondensator, dessen zusätzlicher Vorteil darin besteht stellten Geschwindigkeitsmeßschaltung als auch am daß er gegenüber einem Kondensator mit großer Kapa-Eingang einer Lade- urkd Endladeschaltung 8 einer Inte- so zität mit größerer Temperatur- und Langzeittriftstabiligrationsstufe an. Das eigentliche Jntegrationsglied, ein tat herstellbar ist, bedingt aber einerseits, daß der Ein-Speicherkondensator 9, integriert die geformten Ein- gang des monostabilen Multivibrators 10 extrem hcchgangsimpulse fe' bzw. die durch diese Impulse ausgelö- ohmig ausgebildet ist. Dadurch werden die infolge des sten und von einer Konstantstrom- oder Konstantspan- unvermeidlichen Eingangsstromes Ie des Multivibrators nungsquelle gelieferten, genau definierten Ladungs- 55 10 in den Ladepausen zwischen zwei Impulsen der Fremengen. Dadurch wird, wie das Diagramm C in der quenz fe' erfolgenden Entladungen des Speicherkon-F i g. 3 zeigt, der Speienerkondensator 9 stufenförmig densators 9 und der damit verbundenen Fehler auf ein aufgeladen und beim Erreichen einer durch die Wahl zulässiges Minimum reduziert. Zu diesem Zweck findet der Bauelemente festgelegten Schaltwelle U über den für die dem Muilivibrator 10 vorgeschaltete Triggerstu-Triggereingang eines monostabilen Multivibrators 10 60 fe 13 ein in C-MOS-Schaltungstechnik ausgebildeter ein Ausgangsimpuls fa definierter Dauer ausgelöst. Mit Baustein mit ca. 10¹⁵Ω Eingangswiderstand Anwendung, der Vorderflanke dieses Impulses, dessen Dauer ί 2 bei- der bewirkt, daß sich der Eingangsstron. Ie auf eine spielsweise derartig gewählt ist, daß er von einem für Größenordnung von 1OnA einstellt Die Fig.2 zeigt den Antrieb eines Streckenzählwerkes geeigneten außerdem, daß für die nach jedem ausgelösten Strek-Schrittmotor ί 1 vararbeitbar ist, wird der Speicherkon- 65 kenimpuls erforderliche Zwangsentladung des Speidensator 9 über die Rückführung 12 entladen und somit cherkondensators 9 ein aus einem Transistor 14 und für den nächsten Speicherzyklus vorbereitet. einem Vorwiderstand 15 gebildeter Entladezweig vorSchwierigkeiten entstehen bei dieser Art von Fre- gesehen ist und daß einer die Ladungsmengen liefernde

27 Ol 575

Konstantütromquelle 16, die ohne weiteres auch durch eine hinsichtlich der Temperaturkonstanz günstigere Konstantspannungsquelle ersetzbar wäre, ein der Ladungsmengen dienender, einstellbarer Widerstand 17 zugeordnet ist

Bei einer derartigen Bauelementekombination läßt sich ein Speicherkondensator in der Größenordnung von 0,1 μΙΡ verwenden, so daß Entladezeiten im Bereich von 1,5 tisec erzielbar sind. Auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit beträgt der dadurch entstehende Zählfehler ungefilhr l%o und ist damit in der Praxis vernachlässigbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

50

55

60

Claims (2)

1. 27 Ol

   Patentansprüche:

   t. Frequenzwandler für Geschwindigkeit- und Streckenzählgeräte mit einem Impulsformer zur Formung der von einem Impulsgeber gelieferten Eingangsimpulse, einer Integrationsstufe mit einem Speicherkondensator, einem Zeitglied und mit Mitteln, die ein stufenloses Einstellen des Teilungsverhältnisses gestatten, dadurch gekennzeichnet,

   daß dem Impulsformer Mittel zum Einstellen (4,5,6) des Tastverhältnisses der Eingangsimpulse zugeordnet sind,

   daß die dem Impulsformer (3) nachgeschaltete Integrationsstufe (8,9), deren Speicherkondensator über eine verhältnismäßig geringe Kapazität verfügt, über eine extrem hochohmige Triggerstufe (13) mit einem als Zeitglied dienenden, monostabilen Multivibrator (VS) verbunden ist und daß der monostabile Multivibrator (10) die Entladung des Speicherkondensators (9) mittels eines Transistors (14) im Entladungszweig der Integrationsstufe steuert
2. 2 Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kapazität des Speicherkondensators (9) kleiner ist als 0,2 μΡ und

   daß als Triggerstufe (13) ein in C-MOS-Schaltungstechnik ausgebildeter Baustein Anwendung findet