DE3234637C2 - - Google Patents
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- DE3234637C2 DE3234637C2 DE3234637A DE3234637A DE3234637C2 DE 3234637 C2 DE3234637 C2 DE 3234637C2 DE 3234637 A DE3234637 A DE 3234637A DE 3234637 A DE3234637 A DE 3234637A DE 3234637 C2 DE3234637 C2 DE 3234637C2
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- B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
- B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
- B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
- B60T8/88—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means
- B60T8/885—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means using electrical circuitry
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugbremsanlage der
im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der
DE-OS 26 12 356 bekannt. Bei dieser Schaltung ist jedem geregelten
Rad ein eigener Kanal mit einer Rechenschaltung und
mit einer zur Rechenschaltung identischen Prüfschaltung zugeordnet.
Die Ausgangssignale der Rechen- und der Prüfschaltungen
verschiedener Kanäle werden jeweils paarweise Vergleichsgliedern
zugeführt und mit diesen ständig auf
Äquivalenz oder Antivalenz verglichen. Die Ausgänge der Vergleichsglieder
werden wiederum in gleicher Weise verknüpft,
bis lediglich noch zwei Ausgangssignale mit gleichsinnigem
Wechselsignal einem letzten Vergleichsglied zuzuführen sind,
durch dessen Ausgangssignal dann ein Fehler in einer
Rechen- oder in einer Prüfschaltung zu erkennen ist und zur
Abschaltung der Blockierschutzregelung führt.
Schaltungsanordnungen für blockiergeschützte Bremsanlagen
unterliegen grundsätzlich der Forderung nach hoher Betriebssicherheit
und Zuverlässigkeit. Fehlreaktionen wären nämlich
in aller Regel sehr gefährlich, weil die Wirkungsweise von
Antiblockiersystemen prinzipiell auf dem zeitweisen Abbau
von Bremsdruck zur Vermeidung blockierender Räder und somit
auf dem kurzzeitigen Außerfunktionsetzen der Bremsanlage beruht.
Zur Vermeidung von gefährlichen Fahrzuständen bzw. zur Verringerung
der Gefahren infolge von Fehlern in dem ABS muß
daher beim Auftreten von Störungen oder Defekten die Regelung
abgeschaltet werden, damit zumindest eine ungeregelte
Abbremsung des Fahrzeugs möglich bleibt.
Es ist auch bereits bekannt, Sicherheits- und Überwachungsschaltungen
zusätzlich in die Regelschaltung einzubauen, die
bei Störungen das gesamte Antiblockiersystem abschalten
(DE-OS 23 40 575), oder in die Regelkreise für die einzelnen
Räder derart zu integrieren (DE-AS 25 34 904), daß jeweils
nur der defekte Regelkreis ausgeschaltet wird. Durch Einfügung
des einem Rad zugeordneten Überwachungsschaltkreises in
den Regelkreis eines anderen Rades soll in dem letztgenannten
Fall (DE-AS 25 34 904) der Aufwand an elektronischen
Bauelementen verringert werden. Außerdem soll erreicht werden,
daß auch bei Totalausfall eines Regelschaltkreis-Bausteines
der Fehler angezeigt wird, nämlich über den Sicherheitsschaltkreis
in dem intakten Regelkreis-Baustein.
Ferner ist es bereits bekannt, in einen wenigstens mit einem
Microcomputer für die Regelung ausgestatteten Bremsschlupfregler
einen weiteren Microcomputer für die Prüfung und
Überwachung der Regelkanäle einzubauen, wobei der Prüfcomputer
eine Einrichtung zum Erzeugen und Einspeichern von
Prüfsignalen sowie eine Selbsttesteinrichtung aufweist, mit
mehreren Warneinrichtungen verbunden ist und über eine
Steuereinheit verfügt, die im Bremsfalle die Prüfung der Regelsignale
und die Aktivierung der Selbsttesteinrichtung unterbricht
(DE-OS 29 28 981).
Es wurde auch schon vorgeschlagen (DE-OS 31 26 102), ein
Antiblockierregelsystem mit vier identisch aufgebauten Regelkanälen
zusätzlich mit einer Sicherheitsschaltung zur
Überwachung des Systems und mit Einrichtungen zur Prüfung
der Funktionsfähigkeit des Systems auszurüsten. Hierzu wird
bei Fahrzeughalt oder beim Anfahren des Fahrzeugs ein Prüfsignal
in die Regelkanäle eingekoppelt. Es werden die Auswirkungen
dieses Signals an sich entsprechenden Stellen des
Regelsystems paarweise verglichen. Je einem Kanalpaar ist
eine Sicherheitsschaltung mit Zeitgliedern zugeordnet. Beim
Testzyklus werden die durch das Prüfsignal erzeugten Signalfolgen
der beiden Kanalpaare durch wenigstens eine Überwachungsschaltung
miteinander verglichen. Bei Nichtübereinstimmung
wird ein Warn- oder Abschaltsignal erzeugt.
Nach dieser Offenlegungsschrift werden mit den Sicherheitsschaltungen
zunächst die im Regler erzeugten Signale auf zu
langes Andauern und gegebenenfalls auf andere Unmöglichkeiten
überwacht. Nach Abschalten der Radsensoren wird in
alle Kanäle ein gleiches Prüfsignal eingekoppelt. Die dabei
auf den zusätzlichen Leitungssystemen auftretenden Digitalsignale
werden nach Umsetzung in Datenwandlern wechselweise
zwischen zwei Schaltungsblöcken übertragen und dabei mit
Hilfe von zwei Überwachungsschaltungen übertragen und
redundant auf Gleichheit untersucht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
für eine blockiergeschützte Bremsanlage zu
entwickeln, die sich gegenüber den bekannten Schaltungen
durch eine noch höhere Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit
und insbesondere durch eine schnelle Erkennung und
Reaktion auf schaltungsinterne und schaltungsexterne Fehler
unterschiedlicher Art auszeichnet. Ferner sollte sich die
Schaltung mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen
lassen.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe in technisch
fortschrittlicher Weise mit der in Anspruch 1 beschriebenen
Schaltungsanordnung gelöst werden kann. Erfindungsgemäß werden
aus den Sensorsignalen in zwei oder mehreren voneinander
unabhängigen, synchronisiert betriebenen logischen Schaltungseinheiten,
denen die Sensorsignale parallel zugeführt
werden, Ventilsteuersignale erzeugt, wobei die Signale und
der Signalverlauf am Ausgang, d. h. extern, und/oder an entsprechenden
Stellen innerhalb der beiden Schaltungseinheiten,
d. h. intern, verglichen und auf Übereinstimmung geprüft
werden. Beim Auftreten von Abweichungen der internen oder
der externen Signale bzw. des Signalverlaufs wird eine vollständige
oder teilweise Abschaltung der Bremschlupfregelung
ausgelöst oder vorbereitet. Als Schaltungseinheiten können
zwei oder auch mehrere gleiche, nach gleichem Programm arbeitende
"Microcontroller" bzw. 1-Chip-Microcomputer oder
integrierte logische Schaltungen verwendet werden.
Grundgedanke der Erfindung ist also die redundante Verarbeitung
der Signale im mehreren - im allgemeinen: zwei -
vollständigen, voneinander unabhängigen Schaltungsblöcken
bzw. -einheiten, die synchronisiert betrieben werden, so daß
am Ausgang dieser Blöcke und an entsprechenden Stellen in
den Schaltungen innerhalb vorgegebener Zeitintervalle gleiche
Signale anstehen. Da den Blöcken die Sensorsignale parallel
zugeleitet werden, führt jeder Fehler in den Schaltungsblöcken,
einschließlich der in den Signalweg eingefügten
Schaltungen, zu unterschiedlichem Signalverlauf, worauf
die zugeordneten Vergleicher sofort mit einer vorübergehenden
Stillegung oder mit einer Totalabschaltung - je nach Art
des Fehlers und Ausführungsart der Schaltung - reagieren.
Obwohl beide Schaltungseinheiten die gleichen Ventilsteuersignale
erzeugen, wird nur dann eine Bremsschlupfregelung
zugelassen bzw. das Abschalten oder Stillsetzen der Anlage
verhindert, wenn beide Schaltungseinheiten intakt sind und
in jedem Augenblick intern sowie extern die gleichen Signale
produzieren. Dadurch wird die geforderte hohe Sicherheit gegen
Fehlfunktionen erreicht.
Durch in den Unteransprüchen beschriebene Merkmale und
Schaltungsmaßnahmen wird zusätzlich erreicht, daß auch
schaltungsexterne Fehler, z. B. Sensorfehler, Über- oder Unterspannung
usw., ermittelt und zur Abschaltung der Bremsschlupfregelung
sowie zur Signalisierung von Fehlern führen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung werden die Sensorsignale vor der
Zuführung zu den logischen Schaltungseinheiten aufbereitet,
wozu für jeden Sensor eine selbstschwingende, synchronisierbare
Trigger-Schaltung verwendet wird. Dadurch werden
gleichzeitig die Sensoren und die Sensorzuleitungen auf
Kurzschluß und auf Leitungsunterbrechung überwacht, weil in
einem solchen Fehlerfalle die Eigenschwingung des Triggers
aussetzt, was wiederum über den anschließenden
"Microcontroller" erkannt wird und zur Abschaltung der Anlage
führt.
Werden nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung
die Ventilsteuersignale am Ausgang einer logischen Schaltungseinheit
erst nach Verstärkung und Pegelanpassung als
Schaltsignale der Bremsdruckregelventile zu dem oder den
übrigen logischen Schaltungseinheiten zurückgeführt und mit
den Ventilsteuersignalen dieser Schaltungseinheiten verglichen,
sind auch diese in dem Signalweg liegenden Baustufen
in den Prüfkreis eingeschlossen.
Des weiteren können erfindungsgemäß die aufbereiteten Sensorsignale
in einer gesonderten Stufe oder vorzugsweise
innerhalb der logischen Schaltungseinheiten verarbeitet
werden. Hierzu ist besonderer Aufwand erforderlich, weil
die schnelle Bereitstellung und Auswertung von Geschwindigkeits-
oder Beschleunigungsänderungen der einzelnen Räder
Schwierigkeiten bereitet. Bei Verwendung von "Microcontrollern"
als logische Schaltungseinheiten müssen zunächst
Zahlenwerte erzeugt werden, die den von den Sensoren gelieferten
Meßimpulsfolgen proportional sind. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen,
die Verarbeitung der Sensorsignale von jeweils zwei der
vier Radsensoren in einem "Microcontroller" vorzunehmen.
Dadurch wird der erforderliche Aufwand geringer, ohne daß
dies mit Nachteilen verbunden wäre.
Nach einer noch weiteren Ausführungsart der Erfindung ist
jeder logischen Schaltungseinheit eine Überwachungsschaltung
zugeordnet, die in Abhängigkeit von mehreren Kriterien
die Stromversorgung des Reglers aufrechterhält bzw. abschaltet.
Beispielsweise wird von der Überwachungsschaltung
eine von der Schaltungseinheit bei ordnungsgemäßem Betrieb
abgegebene Impulsfolge mit fester Frequenz und festem
Impuls-Pausenverhältnis überprüft und bei Abweichungen in
der Frequenz oder in der Impulsbreite die Abschaltung ausgelöst.
Steigt die Batteriespannung über einen vorgegebenen
Schwellwert, wird ebenfalls die Abschaltung des Reglers
ausgelöst.
Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorgesehen, zur
Überwachung des Arbeitstaktes der beiden logischen Schaltungseinheiten
in der Überwachungsschaltung einen Kondensator
anzuordnen, der in Abhängigkeit von dieser Impulsfolge mit
konstantem Strom geladen und entladen wird. Die Kondensatorspannung
wird dabei mit drei vorgegebenen Spannungsschwellwerten
verglichen. Wird der mittlere Schwellwert nicht erreicht
oder der obere Schwellwert überschritten, führt dies
zur Abschaltung des Reglers. Der untere Spannungsschwellwert
stellt ein Flip-Flop innerhalb der Überwachungsschaltung
zurück und beendet dadurch die Entladung des Kondensators.
Die Erfindung
ist anhand von Ausführungsbeispielen
in den beigefügten Abbildungen
näher beschrieben.
Es zeigt in schematischer Vereinfachung:
Fig. 1 im Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung gemäß
einer Ausführungsart der Erfindung,
Fig. 2 in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 1 eine
weitere Ausführungsart der Erfindung,
Fig. 3 mit weiteren Details, aufgeteilt in integrierte
Schaltungen, die Ausführungsart der Erfindung
nach Fig. 1 oder Fig. 2,
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der
Sensorsignale für die Ausführungsart der Erfindung
nach Fig. 1 oder 2,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Ventiltreiber-Schaltung
für die Ausführungsart nach Fig. 3,
Fig. 6 in Blockdarstellung eine umschaltbare Komparator-
Schaltung mit Pegelanpassung der Ausführungsart
nach Fig. 3,
Fig. 7 das Schaltbild eines Bestandteils der Schaltung
nach Fig. 6,
Fig. 8 das Schaltbild eines weiteren Bestandteils der
Schaltung nach Fig. 6 und
Fig. 9 die Überwachungsschaltung gemäß der Ausführungsart
nach Fig. 3.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist jedes Kraftfahrzeugrad mit einem Sensor S₁ bis S₄
versehen. Es handelt sich hier um induktive Imulsgeber,
deren Ausgangssignale in der Eingangsstufe 1, die u. a. für
jeden Sensor einen Schmitt-Trigger enthält, aufbereitet
werden, so daß eine vom Rad-Drehverhalten abhängige Impulsfolge
entsteht.
Der wesentlichste Bestandteil der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 sind die beiden logischen Schaltungseinheiten 2 und 3,
denen die Sensorsignale über eine Mehrfachleitung parallel
zugeführt werden. Die Einheiten oder Blöcke 2 und 3
symbolisieren hier gleiche, nach gleichem Programm arbeitende
1-Chip-Mikrocomputer, die gemäß ihrer Funktion als
"Microcontroller" bezeichnet werden. Die aufbereiteten
Sensorsignale werden vor Einspeisung in die Mikrocomputer
2, 3 zunächst in der Schaltungsanordnung 4 in zur Frequenz
der Meßimpulsfolgen, die von den einzelnen Sensoren S₁ bis
S₄ aufgenommen und in der Stufe 1 aufbereitet wurden,
proportionale Zahlenwerte umgewandelt.
Die beiden Mikrocomputer bzw. "Microcontroller" 2 und 3 sind
mit eigenen Taktgebern 6, 7 ausgerüstet. Zwei gekreuzte
Signalleitungen 8, 9 dienen zur ständigen gegenseitigen
Synchronisierung der beiden Blöcke 2, 3. Die als Ergebnis
der Signalverarbeitung erzeugten Ventilsteuersignale am
Ausgang der Schaltungseinheiten 2 und 3 werden über die
Bündelleitungen 10 und 11 einerseits dem eigenen Vergleicher
12 bzw. 13 und andererseits dem der anderen Schaltungseinheit
zugeordneten Vergleicher 13 bzw. 12 zugeleitet.
Um auch die von dem Schaltungsblock 2 angesteuerten Ventiltreiber
14, die die erforderliche Schaltleitung für die
Bremsdruckregelventile 15 aufbringen, in den Prüfkreis einzuschließen,
werden in der Ausführungsart nach Fig. 1 die
Ventilsteuersignale des Blockes 2 vor Vergleich mit den
Ausgangssignalen des Blockes 3 über die Ventiltreiber 14
und über eine Pegelanpassungsschaltung 16, die hier auch
eine umschaltbare Komparator-Schaltung miteinschließt, zum
Vergleicher 13 zurückgeführt. Für die im zweiten Schaltungsblock
3 entstehenden Ventilsteuersignale entfällt ein derartiger
Umweg, weil diese nur zu Prüfzwecken erzeugt werden,
nicht jedoch zur eigentlichen Bremsdruckregelung.
Ferner ist der Blockschaltung nach Fig. 1 zu entnehmen, daß
den Vergleichern 12, 13 nicht nur die Ausgangssignale bzw.
Ventilsteuersignale, sondern auch interne Signale, die z. B.
Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit, die Radgeschwindigkeit,
Radbeschleunigung usw. darstellen, zum Vergleich zugeführt
werden. Sobald einer der beiden Vergleicher 12 oder 13
Abweichungen feststellt, wird über die zugehörigen Signalleitungen
17, 17′ und über das NOR-Gatter 18 ein Transistor
19 gesperrt, dadurch das Relais Rel₁ zum Abfall gebracht
und über den Kontakt r₁, wie in Fig. 1 symbolisch dargestellt,
die Stromversorgung für den gesamten Regler abgeschaltet.
Bei der Realisierung der Schaltung werden zweckmäßigerweise
die Schaltungsblöcke 2, 3 mit den Vergleichern 12 bzw. 13
jeweils in einer einzigen integrierten logischen Schaltungseinheit
20′ und 21′ vereinigt, was in Fig. 1 durch die gestrichelte
Umrahmung angedeutet ist.
Die Ausführungsart nach Fig. 2 unterscheidet sich von der
Schaltung nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die
Verarbeitung der aufbereiteten Sensorsignale in den Baustufen
4′, 4′′, d. h. die Erzeugung von in der Logik 2, 3
weiterverarbeitbaren Signal- oder Zahlenwert-Folgen in die
Schaltungsblöcke 20′′, 21′′ einbezogen wurde. Dabei erwies
es sich schaltungstechnisch als günstig, die Signalverarbeitung
bzw. Vorverarbeitung für jeweils zwei Sensoren
S₁ und S₂ bzw. S₃ und S₄ in je einer Schaltungseinheit 20′′
bzw. 21′′ unterzubringen. Da die Ergebnisse der Signalverarbeitung
in den beiden Stufen 4′ und 4′′ zur Weiterverarbeitung
in beiden logischen Schaltungen 2 bzw. 3 benötigt
werden, sind in diesem Fall zusätzliche Bündelleitungen 5′,
5′′ erforderlich, über die jeweils die Ergebnisse der Verarbeitung
in den Stufen 4′ bzw. 4′′ parallel in beide logischen
Schaltungseinheiten 2 und 3 eingeleitet werden.
Die beiden Schaltungseinheiten 20, 21 in Fig. 3 entsprechen
den logischen Schaltungseinheiten 20′′, 21′′ in Fig. 2 oder
den Einheiten 20′, 21′ in Fig. 1 unter Einschluß der
Schaltungseinheit 4.
Sensoren S₁ bis S₄ sind über RC-Glieder angeschaltet, was
in Fig. 3 der Übersichtlichkeit halber nur für den Sensor
S₁ gezeigt ist, jedoch für alle Sensoren gilt. Diese RC-
Glieder bilden einen Tiefpaß zur Ausfilterung hochfrequenter
Störsignale.
Die im "Microcontroller" 20 erzeugten Ventilsteuersignale
werden über den Ausgang P O zu Ventiltreibern 14 (vergl.
Fig. 1 und Fig. 2) weitergeleitet, die hier aus einer Anpassungsschaltung
22 und aus einem Leistungstransistor 23
für jedes einzelne (hier nicht gezeigte) elektromagnetisch
betätigte Druckregelventil bestehen; die Gesamtheit der
Ventile ist in Fig. 1 und 2 mit 15 symbolisiert. Zur
Steuerung des Bremsdruckmediums in einer Anlage, in der
alle Räder individuell regelbar sind, werden z. B. für
jedes Rad je ein Einlaß- und ein Auslaßventil und außerdem
ein oder mehrere Hauptventile zur Steuerung der Einströmung
von unter Druck stehendem Medium in den Gesamtkreis benötigt.
In vorliegendem Fall ist der Anschluß von 3 Druckaufbau-,
3 Druckabbau- und von einem Hauptventil vorgesehen.
Von den parallelen Leistungstransistoren LT ist in Fig. 3
nur ein einziger, nämlich LT₂, dargestellt, während von den
übrigen Stufen nur die Anschlüsse angedeutet sind. Der rückgeführte
Schaltweg von dem Kollektor des Transistors 23
über den Widerstand R 23 zu dem Anschluß M der Anpassungsschaltung
22 wird, wie hier später anhand der Fig. 5 im
einzelnen beschrieben wird, zur Begrenzung der Überspannung
beim Abschalten der an den Kollektor des Transistors 23
angeschlossenen induktiven Last, nämlich der Magnetwicklung
des Drucksteuerventils, benötigt. Für die Rückführung
des dem Ausgangssignal des "Microcontrollers" 20 proportionalen
Schaltsignals vom Transistor 23 zum Ausgang des
"Microcontrollers" 21 ist eine Pegelanpassung erforderlich,
die in der Baustufe 24 erfolgt.
Zur Überwachung der ordnungsgemäßen Arbeitsweise der Mikrocomputer
bzw. "Microcontroller", zur Erzeugung eines START-
Signals nach dem Einschalten der Anlage sowie zur Abschaltung
des Reglers nach bestimmten Kriterien, sind die beiden
Überwachungsschaltungen 25 und 26 vorgesehen. Nur bei ordnungsgemäßem
Betrieb sind die beiden in Reihe geschalteten
Transistoren T₁ und T₂ durchgesteuert und führen dadurch
zur Erregung des an der Verbindungsstelle Rel. angeschlossenen
Relais, das entsprechend dem Relais Rel₁ in
Fig. 1 die Stromversorgung für den Regler einschaltet und
aufrechterhält. Die Zenerdioden Z 1 und Z 2 dienen zur
Begrenzung der induktiven Abschaltspannung.
Die Einschaltung der Überwachungskreise 25, 26, die Einschaltung
des Relais Rel. und die Auslösung des START-
Signals (restart- oder reset-Signal) erfolgt im vorliegenden
Fall nach Einschaltung der Zündung über den Anschluß
Zdg. Zum Schutz gegen Überspannungen und zur Strombegrenzung
ist in der Zuleitung zu den Kreisen 25, 26 eine Schutzschaltung
27 eingefügt.
Schließlich ist in Fig. 3 noch ein Schalttransistor T₃ angedeutet,
der als Warnlampentreiber dient und auf Fehlersignale
anspricht, die von den "Microcontrollern" 20 oder
21 erzeugt und über die Basisdioden D 2 oder D 3 angelegt
werden.
Eine Realisierungsmöglichkeit der Signalaufbereitungsstufen
für die von den einzelnen Sensoren S₁ bis S₄ gelieferten
Impulsfolgen zeigt Fig. 4. Das Ganze ist ein
synchronisierbarer astabiler Multivibrator bzw. ein Schmitt-
Trigger, der durch eine RC-Rückkopplung selbstschwingend
wurde. Das von dem Sensor S₁ erzeugte Signal liegt nach
dem Passieren eines Tiefpasses, siehe Fig. 3, am Eingang
s 1 eines Differenzverstärkers T₄, T₅, dessen Arbeitspunkt
über die Konstantstromquellen Q₁ und Q₂ eingestellt ist.
Die Schaltung ist als ein Schmitt-Trigger mit Eigenfrequenz
ausgebildet. Liegt das Potential am Eingang s 1 tief,
ist T₄ leitend, T₈ und damit T₁₂ sind gesperrt. Das Ausgangssignal,
nämlich die Kollektor-Emitterspannung über
T₁₂, ist hoch (H).
Solange am Eingang s 1 ein Sensor eingeschaltet ist, weder
ein Kurzschluß noch eine Leitungsunterbrechung vorliegt,
jedoch - infolge Stillstands des Rades - kein Sensorimpuls
erzeugt wird, schwingt der Schaltkreis gemäß Fig. 4, mit
einer geringen Frequenz, die eine sehr geringe, für den
Regelfall uninteressante Geschwindigkeit vortäuscht. Über
den als Diode geschalteten Transistor T₁₃ und den Widerstand
R₃ und die Stromspiegelung über den Transistor T₁₄
wird nämlich der Kondensator C₁ mit dem Strom i₁ geladen
und, sobald T₁₅ sperrt, über T₁₇, T₁₈ mit 2×i₁ entladen.
Die Spannung über C₁ wird über den Emitter-Folger 11 und
den Widerstand R₄ auf die Basis des Transistors T₅ des
Differenzverstärkers T₄/T₅ rückgekoppelt. Sobald ein ausreichendes
Sensorsignal am Eingang s 1 anliegt, wird der
Eigenfrequenz die wesentlich höhere Frequenz der Meßimpulsfolge
überlagert. Setzt die Eigenschwingung des Trigger-
Kreises aus, wird dies über den Mikrocomputer 20 oder 21
als Fehler ausgewertet und angezeigt.
Durch diese einfachen Maßnahmen, einen Trigger mit Eigenfrequenz
zu verwenden, wird also ständig der Sensoranschluß
auf Unterbrechung oder Kurzschluß überwacht.
Bei der Aufbereitungsschaltung 1 handelt es sich ebenso
wie bei den Schaltblöcken 22, 24, 25 und 26 um integrierte
Schaltkreise. 20 und 21 sind als Mikrocomputer oder "Microcontroller"
ohnehin nur in hochintegrierter (LSI) Technik
denkbar.
Einen Teil der Anpassungsschaltung 22 (Fig. 3) - vereinfacht
und nur die für den Leistungstranssitor LT₂ erforderliche
Schaltung - zeigt Fig. 5. V CC ist die Versorgungsspannung
für den integrierten Schaltkreis 22. Die Signalansteuerung
ist mit L/H (Low/High) symbolisiert. Das Eingangssignal
am Eingang L/H wird über den Spannungsteiler R₄, R₅ auf die
Transistoren T₁₉, über R₆, R₇ auf T₂₀ und auf den Ausgang N
übertragen. Bei durchgeschaltetem Transistor T₂₀ wird der
Leistungstransistor LT₂ und damit die Spule L,
die den Erregerkreis eines elektromagnetischen Bremsdruckregelventils
symbolisiert, eingeschaltet.
Der Transistor T₂₁ innerhalb der Anpassungsschaltung 22, der
zunächst infolge des Spannungsteilers R₂₄, R₂₃ gesperrt ist,
tritt bei der Abschaltung des Transistors LT₂ in Funktion.
Die in L gespeicherte Energie führt nämlich, sobald die Abschaltung
von LT₂ einsetzt, zu einer Aussteuerung des Transistors
T₂₁, die wiederum über R₈, die Schutzdiode D 3 und
über T₂₁ solange einen den Transistor LT₂ aufsteuernden
Basisstrom i B hervorruft und damit den Leistungstransistor
LT₂ leitfähig hält, bis die gespeicherte Energie abgebaut
ist.
Der Komparator- und Regelanpassungskreis 24 enthält für
jedes Drucksteuerventil bzw. für jeden Leistungstransistor
LT - die erforderliche Ventilzahl hängt, wie zuvor bereits
ausgeführt, von dem speziellen Aufbau der Bremsschlupfregelanlage
ab - je einen Vergleicher bzw. Differenzverstärker
sowie eine gemeinsame Bezugspegelschaltung. Die grundsätzliche
Zusammenschaltung ist aus Fig. 6 erkennbar. Die Pegelschaltung
ist mit 28, die einzelnen Verstärker mit 29-V₁
bis 29-V n bezeichnet. Die Signalzuführung erfolgt über die
Leitung H/L, der Bezugspunkt REF ist mit dem auf Masse liegenden
Ventilgehäuse verbunden. TH symbolisiert den von der
Pegelschaltung 28 erzeugten Schwellwert. Am Eingang der
Differenzverstärker sind über die Anschlüsse VE₁ bis VE n
die Erregerspulen der Ventile bzw. die Kollektoren der
Leistungstransistoren LT angeschlossen; die entsprechenden
Ausgänge der Differenzverstärker V₁ bis V n führen zurück
zum Mikrocomputer 21.
Die Bezugspegelschaltung 28 enthält gemäß Fig. 7 am Signal-
Eingang H/L einen Transistor T₂₂, der, wenn der Eingangspegel
hoch liegt, über den Widerstand R₁₀ den Transistor T₂₃
leitfähig schaltet und dadurch den nachfolgenden Transistor
T₂₄ sperrt. Die Bezugsschwelle TH liegt nunmehr nahezu auf
dem Potential des Eingangs REF, und zwar über den als Emitter-
Folger geschalteten Transistor T₂₅ und über die Diode D 4.
Wird dagegen die Spannung am Eingang H/L tief (L) werden die
Transistoren T₂₂ und T₂₃ gesperrt, so daß die Spannung am
Bezugspunkt TH nunmehr nahezu auf dem Niveau der Versorgungsspannung
U B, liegt nur reduziert um die Kollektor-Emitterspannung
des durchgeschalteten Transistors T₂₄ und um die
Durchlaßspannung der beiden Dioden D 5 und D 6. Der Anschluß
REF führt zu einem externen Spannungsteiler mit den gestrichelt
eingezeichneten Widerständen R E 1, R E 2 und ist über
R E 2 mit dem auf "Masse" liegenden Ventilgehäuse VG verbunden.
Im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 7, die nur einmal
vorhanden ist, wird für die Rückkopplung des Schaltsignals
von jedem Ventil je eine Vergleichsschaltung 29 gemäß Fig. 8
benötigt. Die Spannung an den einzelnen Ventilen wird durch
die Differenzverstärker bzw. die Vergleichsstufen 29, die
im wesentlichen aus den Transistoren T₂₆ bis T₃₁ bestehen,
überwacht. Hierzu wird die Spannung an der Basis des Transistors
T₂₉ mit der Spannung an der Basis T₃₀ verglichen,
die von dem Spannungsteiler R₂₄, R₂₃ (vergl. hierzu auch
Fig. 3) und von der Schaltstellung des jeweiligen Leistungstransistors
LT bzw. des von dem Leistungstransistor gesteuerten
Magnetventils bestimmt wird. Fällt die Basisspannung
an T₃₀ unter den Wert der Bezugsspannung TH, wird der Kollektorstrom
des Transistors T₃₁ über die Transistor T₃₀ zu
den Transistoren T₂₇ und T₂₈ geleitet. Der Ausgangstransistor
T₂₆ wird dadurch gesperrt, so daß am Ausgang V₁,
vergl. Fig. 6, die Spannung durch einen externen Widerstand
angehoben werden kann.
Übersteigt dagegen die Ventiltreiber-Spannung am Eingang VE₁
und an der angeschlossenen Basis des Transistors T₃₀ den
Bezugswert TH, wird der Kollektorstrom des Transistors T₃₁
über T₂₉ zur Basis des Transistors T₂₆ geleitet, wodurch
T₂₆ durchgeschaltet und der Ausgangspegel V₁ auf Masse gelegt
wird. Der in Fig. 7 wiedergegebene Schaltungsteil, der
im wesentlichen aus den Transistoren T₃₂, T₃₃, den Dioden
D 7 bis D 8 sowie den Spannungsteilerwiderständen R₁₅ und
R₁₅, besteht, stellt in Verbindung mit dem Transistor T₃₁
eine Stromspiegelschaltung dar und dient als Konstantstromquelle
für die durch die Transistorpaare T₂₉, T₃₀ gebildeten
Vergleicherstufen.
Die prinzipielle Wirkungsweise des Überwachungsschaltkreises
25, vergl. hierzu auch Fig. 3, ist der Fig. 9 zu entnehmen.
Der zweite Überwachungsschaltkreis 26 besitzt den gleichen
Aufbau. Wie bereits erläutert wurde, sind zwei Verstärkerstufen
T₁, T₂ in Reihe geschaltet, so daß das Relais Rel
- im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 9 - nur dann ansprechen
kann, wenn beide Transistoren T₁, T₂ durchgeschaltet
sind.
Nach dem Einschalten der Zündung Zgd wird positive Spannung
an den Eingang 3 angelegt, wodurch über den Widerstand R₁₆
und über die Dioden D 10, D 11 der Transistor T₃₄ aufgesteuert
wird. Der am Ausgang 4 angeschlossene Transistor T₁
schaltet das Relais Rel ein.
Über einen nicht gezeigten Relaiskontakt wird nun als nächstes
die Versorgungsspannung V CC für die gezeigte Elektronik
eingeschaltet. Auch diese Spannung ist positiv. Da zunächst
der Thyristor Th₁ und damit auch der Transistor T₃₅ gesperrt
sind, verursacht die eingeschaltete Spannung V CC
über R₁₇ ein Reset-Signal oder START-Signal, das über den
Ausgang 5 zum zugehörigen Mikrocomputer 20 geleitet wird.
An dem Signaleingang 2 wird nun eine dem Arbeitszyklus des
Mikrocomputers 20 entsprechende Impulsfolge mit konstanter
Frequenz und mit konstantem Impulspausenverhältnis angelegt,
was eine periodische Ladung und Entladung des Kondensators
C₂ bewirkt.
Der Kondensator C₂ wird zunächst über die Stromquelle Q 3
geladen. Die LadespannungU c 2 wird über den Impedanzwandler
T₃₆ abgegriffen und mit Hilfe der Differenzverstärker T₃₇,
T₃₈ und T₃₉ mit drei verschiedenen Spannungsschwellen verglichen.
Die Vergleichsspannungen werden über den Spannungsteiler
R₁₈, R₁₉, R₂₀ und R₂₁ aus der Versorgungsspannung
V CC abgeleitet. Sobald die Spannung den mittleren
Schwellwert an dem Verstärker T₃₈ erreicht hat, wird der
Thyristor Th₁ eingeschaltet, wodurch der Basisstrom über
die Dioden D 10, D 11 unterbrochen wird. Der Transistor T₃₄
bleibt jedoch weiterhin leitend, weil er über den Widerstand
R₂₁ und die Diode D 12 offengehalten wird.
Das den Arbeitszyklus des Mikrocomputers 20 überwachende
Signal am Eingang 2 liegt zunächst logisch hoch und wird
von Impulsen bestimmter Dauer unterbrochen. Nach Inversion
des Impulses wird das Flip-Flop F 1 gesetzt. Der Ausgang
des Flip-Flops ist über das UND-Gatter G 1 mit dem
Transistor T₄₁ verbunden, der im durchgesteuerten Zustand
den Kondensator entlädt.
Da der Kondensator C₂ mit konstantem Strom geladen und
entladen wird, entsteht eine Sägezahnspannung U c 2, deren
Amplitude von der Ladedauer bzw. Entladedauer abhängt.
Über die Inversionsstufe T₄₀, das Flip-Flop F 1, UND-Gatter
G 1, UND-Gatter G 2, ODER-Gatter G 3, UND-Gatter G 4 ist das
Signal am Eingang 2 mit den Spannungsschwellen verknüpft.
Zurückgesetzt wird das Flip-Flop F 1 über den Vergleicher
T₃₉, also beim Absinken der Spannung unter die niedrigste
Spannungsschwelle.
Wird das Flip-Flop F 1 gesetzt und ist das Signal am Eingang
2 wieder hoch (H), wird der Kondensator C₂ so lange entladen,
bis der von dem Verstärker T₃₉ abhängige unterste Schwellwert
erreicht und dadurch das Reset-Signal für das Flip-
Flop F 1 ausgelöst wird. Die Kondensatorspannung U c 2 wächst
nunmehr wiederum linear an.
Unter folgenden Fehlerbedingungen wird das Relais Rel durch
Zünden des Thyristors Th₂ abgeschaltet:
- a) Ist die Impulsdauer, während der am Signaleingang 2 logisch L ansteht, zu kurz, wird der mittlere Spannungs- Schwellwert, auf den der Verstärker T₃₈ eingestellt ist, nicht erreicht. Der Thyristor Th₁ und der Transistor T₃₅ sind durchgesteuert, so daß über G 2, G 3, G 4 der Thyristor Th₂ eingeschaltet wird. Dadurch wird der Stromfluß über D 12 unterbunden, T₃₄ und extern T₁ gesperrt und dadurch das Relais abgeschaltet.
- b) Sind die Impulse dagegen zu lang, steigt die Kondensatorspannung U c 2 über den oberen Schwellwert, so daß T₃₇ anspricht. Hierdurch wird wiederum der Thyristor Th₂ gezündet und dadurch das Relais zum Abfall gebracht.
- c) Liegt an dem Eingang 3 eine zu hohe Spannung, wird der Thyristor Th₂ über den Spannungsteiler R₂₂, R₂₅ gezündet, weil in diesem Fall die Spannung der Zenerdiode Z₃ überschritten und diese dadurch stromführend wird.
Durch die Einschaltung des Thyristors Th₂ wird jedesmal
auch der Transistor T₃₆ durchgesteuert und T₃₅ gesperrt.
Dadurch wird ein Reset-Signal über den Ausgang 5 an den
"Microcontroller" 20 bzw. 21 angelegt und über diesen Weg
der Regler bzw. die Ventiltreiber (vorübergehend) gesperrt.
Sollte z. B. das Relais Rel. hängen oder aus anderen Gründen
nicht rechtzeitig abfallen, ist dennoch sichergestellt, daß
die Regelung außer Funktion gesetzt wird.
Claims (21)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Überwachung einer
blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage,
- - mit Drehzahlfühlern und Schaltungen zur Aufbereitung der Drehzahlsignale,
- - mit Rechenschaltungen zur Erzeugung von Ventilsteuersignalen, mit denen der Bremsdruck an den Rädern abhängig vom Radverhalten anpaßbar ist,
- - mit Prüfschaltungen zur Überwachung der Blockierschutzregelung, die beim Auftreten von Fehlfunktionen diese abschalten,
- - die Prüfschaltung identisch der Rechenschaltung aufgebaut und parallel zu ihr angeordnet ist,
- - der Eingang der Rechenschaltung parallel angeordneten Prüfschaltung ebenfalls das aufbereitete Drehzahlsignal erhält,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - als Rechen- und Prüfschaltung mindestens zwei voneinander unabhängige, miteinander synchronisiert betriebene logische Schaltungseinheiten (2, 3; 20, 21) dienen,
- - sowohl der Rechen- als auch der Prüfschaltung ein Vergleicher (12 bzw. 13) nachgeschaltet ist,
- - der Vergleicher (12 bzw. 13) seine innerhalb der logischen Schaltungseinheit abgegriffenen, internen Signalverlauf und/oder die an deren Ausgang extern auftretenden Ventilsteuersignale mit denen der anderen Schaltungseinheit auf Übereinstimmung vergleicht,
- - jeder einzelne der beiden Vergleicher (12, 13) die Regelung bei Nichtübereinstimmung vollständig oder teilweise abschaltet oder dazu vorbereitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Schaltungseinheiten
(2, 3; 20, 21) integrierte logische Schaltungen vorgesehen
sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als logische
Schaltungseinheiten (2, 3; 20, 21) nach gleichem Programm
arbeitende, sogenannte "Microcontroller" bzw.
Ein-Chip-Microcomputer vorgesehen sind und daß diese
die Vergleicher (12, 13) einschließen.
4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Verstärkung und Anpassung aus den
Ventilsteuersignalen am Ausgang einer Schaltungseinheit
(2, 20) gewonnenen Schaltsignale nach Pegelanpassung zu
der oder den übrigen Schaltungseinheiten (3, 21)
zurückführbar und mit den Ventilsteuersignalen am
Ausgang dieser Schaltungseinheiten vergleichbar sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Auftreten von Störungen bzw. von Abweichungen
im Signalverlauf an den externen und/oder internen
Vergleichsstellen der Schaltungseinheiten (2, 3; 20, 21)
die Blockierschutzregelung selbsttätig abschaltbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abschaltung um
eine vorgegebene Zeitspanne verzögerbar ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Auftreten von Störungen bzw. Abweichungen im
Signalverlauf der Schaltungseinheiten (2, 3, 20, 21) die
Betätigung der Blockierschutzregelung nur für die Dauer
der Störung bzw. der Abweichungen sperrbar ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 (nach einem oder
mehreren der Ansprüche 5-7), dadurch
gekennzeichnet, daß die Vergleicher
(12, 13) bei Abweichungen im externen oder internen
Signalverlauf der logischen Schaltungseinheiten
(2, 3; 20, 21) mit Hilfe eines Relais die Stromversorgung
für die Blockierschutzregelung abschalten.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vergleicher
(12, 13) bei Abweichungen im externen oder internen
Signalverlauf der logischen Schaltungseinheiten
(2, 3; 20, 21) Ventiltreiber (14, 22, 23) vorübergehend,
d. h. solange Abweichungen vorhanden sind, sperren.
10. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitung der aufbereiteten Sensorsignale,
d. h. die Erzeugung von Signalfolgen oder Zahlenwerten,
die der Frequenz der von den Radsensoren (S₁-S₂)
gelieferten, aufbereiteten Meßimpulsfolgen proportional
sind, innerhalb der logischen Schaltungseinheiten
(20′′, 21′′) erfolgt.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der
Sensorsignale bzw. die Erzeugung der der Frequenz der
Meßimpulsfolge proportionalen Signalfolgen oder
Zahlenwerte jeweils für zwei Sensoren (S₁, S₁ bzw.
S₃, S₄) in einer logischen Schaltungseinheiten (20′′
bzw. 21′′) erfolgt.
12. Schaltungsanordnung nach oder mehreren der
Ansprüche 3-11, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit Hilfe des von
zwei Microcontrollern (20) und der zugehörigen
Ventiltreiber (14, 22, 23) erzeugten Ventil-Schaltsignale
über eine Pegel-Anpassungsschaltung (16, 24) zu dem
Vergleicher (13) des zweiten "Microcontrollers" (21)
zurückführbar sind.
13. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-12, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Vergleicher
(12, 13) unabhängig von den übrigen Vergleichern bei
Ungleichheit der Signale bzw. des Signalverlaufs die
Abschaltung der Regelung oder die vorläufige Sperrung
der Ventiltreiber (14, 22, 23) bewirkt.
14. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 3-13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Microcontroller
jeweils mit einem eigenen, externen Taktgeber (6, 7)
versehen sind und sich gegenseitig ständig
synchronisieren.
15. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-14, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung der
Sensorsignale je Sensor (S₁-S₄) ein
synchronisierbarer astabiler Multivibrator (1)
vorgesehen ist, der bei angeschaltetem Sensor und
Radstillstand mit einer im Vergleich zur
Meßimpulsfolgefrequenz niedrigen Eigenfrequenz schwingt
und dessen Eigenschwingung bei Kurzschluß am Eingang
(s 1-s 4) und/oder bei offenem Eingang aussetzt.
16. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1-15, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder
Schaltungseinheit (20, 21) eine Überwachungsschaltung
(25, 26) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von einer
von der zugehörigen Schaltungseinheit bei
ordnungsgemäßem, fehlerfreiem Betrieb abgegebenen
Signalfolge die Stromversorgung der Regelschaltung
aufrechterhält bzw. bei Abweichung der
Impulsfolgefrequenz und/oder des
Impuls-Pausenverhältnisses die Stromversorgung
unterbricht.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stromversorgung
der einzelnen elektronischen Baugruppen über ein oder
mehrere Relais erfolgt, die über in Reihe geschaltete,
durch die Ausgangssignale der Überwachungsschaltungen
(25, 26) betätigbare elektronische Schaltelemente (19),
z. B. Schalttransistoren (T₁, T₂) erregbar sind.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Überwachungsschaltungen (25, 26) die Stromversorgung des
Reglers in Abhängigkeit von der Batteriespannung (U B)
des Kraftfahrzeuges einschalten und bei Überschreiten
eines vorgegebenen Grenzwertes der Batteriespannung
(U B) abschalten.
19. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 16-18, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Überwachungsschaltungen (25, 26) nach Einschaltung der
Stromversorgung ein Startsignal (reset) an die
zugehörigen logischen Schaltungseinheiten (21, 23)
abgeben.
20. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 16-19, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Überwachungsschaltung (25, 26) einen Kondensator (C₂)
enthält, der im Arbeitstakt der zugeordneten logischen
Schaltungseinheit (2, 3, 20, 21) mit konstantem Strom
geladen und entladen wird, und daß die
Kondensatorspannung (U C 2) mit drei
Spannungsschwellwerten vergleichbar ist, wobei bei
Erreichen des unteren Spannungsschwellwertes ein
Flip-Flop (F 1) rückgesetzt und dadurch die Entladung
des Kondensators (C₂) beendbar ist und wobei, wenn der
mittlere Spannungsschwellwert nicht erreicht oder der
obere Schwellwert überschritten wird, eine Abschaltung
der Stromversorgung des Reglers und/oder eine Sperrung
der Ventilschaltsignale erfolgt.
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