DE2732298A1

DE2732298A1 - Vorrichtung zur erzeugung einer impulsfolge mit in abhaengigkeit von einer steuerspannung einstellbarem tastverhaeltnis

Info

Publication number: DE2732298A1
Application number: DE19772732298
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Grob; Friedrich Dipl Ing Rabus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-07-16
Filing date: 1977-07-16
Publication date: 1979-02-01
Also published as: JPS5421244A

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es sind bereits für verschiedenartige Anwendungen Vorrichtungen bekannt, die Impulsfolgen erzeugen, deren Tastverhältnis einstellbar ist. Eine bekannte Methode beruht darauf, eine konstante Impulsdauer vorzugeben und das Tastverhältnis durch Variation der Impulspause einzustellen. Ein anderes bekanntes Verfahren ist auf die Weise realisierbar, daß eine periodische Wechselspannung, beispielsweise eine Dreiecks spannung auf den Eingang eines Schmitt-Triggers gegeben wird, dessen Schaltschwelle verschiebbar ist.
Auch auf diese Weise erhält man bei Variation der Schaltschwelle am Ausgang des Schmitt-Triggers eine Impuls folge mit von der Höhe der Schaltschwelle abhängigem Tastverhältnis.
Nachteil dieser beschriebenen Verfahren ist es, daß sie aufgrund der Frequenz der entstehenden Impuls folgen nicht für alle Anwendungsfälle brauchbar sind. So gibt es beispielsweise in Kraftfahrzeugen hydraulisch betätigbare Kupplungen, deren Auslenkung durch den Drukcmittelzufluß bestimmt ist. Es ist dabei möglich, den Druckmittelzufluß zu der Kupplung vermittels eines Magnetventiles zu takten um so in Abhängigkeit vom Tastverhältnis der Taktung des Magnetventiles ein einstellbares Ausrücken der Kupplung zu erhalten. Ein präzises Eingreifen der Kupplung ist beispielsweise für verschiedene Arten von elektronischen Getriebesteuerungen wünschenswert.
Um nun eine einwandfreie Steuerung der Kupplung durch Taktung des Druckmittelzuflusses zu erreichen, ist es erforderlich, die Frequenz der die Taktung steuernden Impulfsfolge möglichst hoch zu legen. Legt man die Frequenz nämlich zu niedrig, wird die Kupplung nicht kontinuierlich sondern stoßweise eingerückt, was zu einem Rupfen der Kupplung und damit zu erhöhtem Verschleiß und einer Minderung des Fahrkomforts führt. Andererseits kann die Taktfrequenz nicht beliebig hoch gelegt werden, da die für die Steuerung eines Druckmittelzuflusses üblichen Magnetventile eine Grenzfrequenz aufweisen, die durch ihre mechanischen Schaltzeiten bedingt ist. Geht man weiter davon aus, daß für den Durchstimmbereich des Tastverhältnisses ein endlicher Bereich, beispielsweise 10 % bis 90 S gefordert wird, ungeachtet der Möglichkeit, statisch die Endwerte O % und 100 % einstellen zu können, wird ersichtlich, daß bei den eingangs genannten Verfahren nur beschränkte Schaltfrequenzen möglich sind.
Bei einem Verfahren mit konstanter Impuls länge und variabler Impulspause würde demzufolge bei einem Tastverhältnis von 90 % die Impulspause gleich der mechanischen Schaltzeit sein und die Impulslänge den neunfachen Betrag dieser mechanischen Schaltzeit haben. Würde man nun ein Tastverhältnis von 10 % einstellen, ergäbe sich, da ja die Impulslänge konstant ist, eine Impulspause, deren Länge gleich der 8lfachen Länge der mechanischen Schaltzeit des Magnetventils ist. Damit wird klar, daß mit einem derartigen Verfahren nur ein Bruchteil der Genzfrequenz des Magnetventils ausnutzbar ist.
Aber auch bei einem Verfahren, bei dem eine Dreieckspannung einen Schmitt-Trigger mit einstellbareer Schaltschwelle steuert, ist kein wesentlich besseres Ergebnis zu erwarten.
Unter denselben Randbedingungen (Durchstimmbereich des Tastverhältnisses von 10 % bis 90 %) ergibt sich beispielsweise bei einem Tastverhältnis von 10 % eine Impulslänge, die gleich der Schaltzeit des Magnetventils und eine Impulspause, die gleich der neunfachen Schaltzeit des Magnetventils ist. Bei einem Tastverhältnis von 90 % kehren sich die Verhältnisse für Impulslänge und Impulspause um. In beiden Fällen ist die Schaltfrequenz jedoch gleich und liegt bei einem Zehntel der Grenzfrequenz des Magnetventils.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, eine höhere Schaltfrequenz der Impulsfolge zu erzielen. Damit ist bei dem eingangs erwähnten Anwendungsbeispiel eine verbesserte kontinuierliche Steuerung der Kupplung oder bei einer Regelung eine höhere Regelgeschwindigkeit möglich.
Zeichnung Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein elektrisches Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Impulsfolge.
Beschreibung der Erfindung In der einzigen Figur ist das elektrische Prinzipschaltbild einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Eine erste Klemme 1 ist über einen Widerstand 2 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 3 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang über einen Widerstand 4 an einer ersten Versorgungsleitung 5 liegt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 3 ist über einen Kondensator 6 auf den invertierenden Eingang gegengekoppelt.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 3 ist zudem über einen Widerstand 7 und die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters 8 an eine Leitung 9 angeschlossen, die auf eine zweite Klemme 10 geführt ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 3 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 11 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang über einen Widerstand 12 an einer Versorgungsleitung 13 und über einen Widerstand 14 einer Versorgungsleitung 15 liegt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 11 ist über eine Diode 16 und einen Widerstand 17 auf den nicht invertierenden Eingang mitgekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 11 ist zudem über einen Widerstand 18 an die Versorgungsleitung 15 geführt und liegt zudem am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 19. Der Ausgang des Operationsverstärkers 19 ist mit einer Klemme 20, mit der Steuerelektrode des Halb leiters chalters 8 und über einen Widerstand 21 mit der Leitung 9 verbunden.
An der ersten Klemme 1 liegt die Steuerspannung U1, an der zweiten Klemme 10 liegt eine weitere Spannung U2 mit umgekehrter Polarität. Der Operationsverstärker 3 ist als Integrator geschaltet, wobei ihm eingangsseitig über den Widerstand 2 die Steuerspannung U1 und über den Widerstand 7 und die Schaltstrecke des Halbleiterschalters 8 die weitere Spannung U2 zuführbar ist. Der Ausgang des so gebildeten Integrators ist auf den als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärker 11 geführt. Dessen Ausgang steuert über den als Phasenumkehrstufe dienenden Operationsverstärker 19 den Steuereingang des Halbleiterschalters 8.
An der Klemme 20 kann die Ausgangs spannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgenommen werden.
Für die weitere Betrachtung sei die weitere Spannung U2 als konstant angenommen. Liegt nun die Steuerspannung U1 an der ersten Klemme 1, steigt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 3 an, bis der Operationsverstärker 11 umgeschaltet wird. Hierdurch wird der Halbleiterschalter 8 durchgeschaltet und auf den Eingang des Operationsverstärkers 3 gelangt zusätzlich die weitere Spannung U2, die eine umgekehrte Polarität gegenüber der Steuerspannung U1 aufweist.
Ist die weitere Spannung U2 größer als die Steuerspannung Ul, gleiche Werte der Widerstände 2 und 7 vorausgesetzt, bzw.
ist der Strom durch den Widerstand 7 größer als der durch den Wi derstand 2 bei ungleichen Werten der Widerstände 2 und 7 sinkt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 3 wieder ab, bis der Operationsverstärker 11 zurückgesetzt wird. Hierdurch wird jedoch der Halbleiterschalter 8 wieder gesperrt und das eingangs geschilderte Spiel beginnt von neuem. An der Klemme 20 kann mithin eine Impulsfolge in Form einer Rechteckspannung abgenommen werden, deren Tastverhältnis von der Geschwindigkeit des Anstieges bzw. des Abfalles der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 abhängt. Ist die Steuerspannung U1 beispielsweise klein, dauert es bei geöffnetem Halbleiterschalter 8 lange, bis die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 die für die Umschaltung des Operationsverstärkers 11 erforderliche Höhe erreicht hat.
Dieser Zustand entspricht jedoch einer Impulspause in der an der Klemme 20 abnehmbaren Impulsfolge. Erhöht man die Steuerspannung U1, steigt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 schneller an und die Impulspause der an der Klemme 20 abnehmbaren Impuls folge wird entsprechend verkürzt. Gleichzeitig wird jedoch auch die Impulsdauer verlängert, da die Abnahme der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 bei höherer Steuerspannung U1 nicht mehr vorwiegend durch die weitere Spannung U2 bestimmt wird. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt mit zunehmender Steuerspannung U1 eine Verkürzung der Impulspause und eine Verlängerung der Impulslänge.
Verwendet man eine in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Steuerung des Stromes durch ein Magnetventil, das den Druckmittelzufluß zu einer hydraulisch betätigbaren Kupplung einstellt, kann das Schaltverhalten der Kupplung in Abhängigkeit von der Schaltzeit des Magnetventils optimiert werden.
Durch geeignete Wahl des Widerstandes 7, des Kondensators 6, der weiteren Spannung U2 und der Schalthysterese des Operationsverstärkers 11 kann nämlich erreicht werden, daß am unteren Ende des Durchstimmbereiches des Tastverhältnisses, beispielsweise 10 %, die Impulslänge gleich der mechanischen Schaltzeit des Magnetventils ist und daß am oberen Ende des Durchstimmbereiches des Tastverhältnisse, beispielsweise 90 %, die Impulspause gleich der Länge der Schaltzeit des Magnetventils ist. Es läßt sich zeigen, daß bei dem genannten Beispiel die kürzeste Schaltzeit der Vorrichtung d.h. die mechanische Schaltzeit T5 des Magnetventils der Beziehung T5 R7 C6 ovg U2 entspricht. Hierbei ist R7 der Wert des Widerstandes 7, C6 der Wert des Kondensators 6 und t die Breite der Schalthysterese des Operationsverstärkers 11. Wie sich weiter zeigen läßt, erzielt man in diesem Falle mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an den Grenzen des Durchstimmbereiches des Tastverhältnisses, d.h. bei 10 % und 90 % eine Schaltfrequenz von einem Zehntel und bei einem Tastverhältnis von 50 % eine Schalt frequenz von etwa einem Viertel der Grenzfrequenz des Magnetventils. Damit ist die ausnutzbare Schaltfrequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich größer als die bekannter Vorrichtungen, wodurch sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft für schnelle Steuerungen und Regelungen einsetzen läßt.
Abgesehen von dem spezifizierten Durchstimmbereich des Tastverhältnisses der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind selbstverständlich im statischen Betrieb auch die Endstellungen 0 % und 100 % des Tastverhältnisses durch entsprechende Wahl der Steuerspannung U1 erzielbar.
Leerseite

Claims

Ansprüche 9 Vorrichtung zur Erzeugung einer Impuls folge mit in Abhängigkeit von einer Steuerspannung einstellbarem Tastverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß ein eingangsseitig mit der Steuerspannung U1 beaufschlagter Integrator (2, 3, 4, 6, 7) an einen Hystereseschalter (11, 12, 14, 16, 17) angeschlossen ist und daß in Abhängigkeit von dessen Ausgangsspannung der Steuerspannung U1 eine weitere Spannung U2 umgekehrter Polarität überlagert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (2, 3, 4, 6, 7) als mit einem Kondensator (6) gegengekoppelter Operationsverstärker (3) ausgebildet ist, dessen nicht invertierender Eingang an der Steuerspannung U1 und über einen Widerstand (7) und die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters (8) an der weiteren Spannung U2 liegt, daß der Hystereseschalter (11, 12, 14, 16, 17) mit einer Hysteresebreite (û) als mitgekoppelter Operationsverstärker (11) aufgebaut ist, dessen Ausgangsspannung den Steuereingang des Halbleiterschalters (8) steuert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vorrichtung zum Schalten eines Schaltelementes, das eine minimale Schaltzeit T5 aufweist, verwendet wird und daß die Werte des Widerstandes (7), des Kondensators (6), der Hysteresebreite (usa) und der weiteren Spannung U2 der Beziehung Ts = R7C6 0,9u2 entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein den Druckmittelzufluß zu einer hydraulisch betätigbaren Bremse einstellendes Magnetventil ist.