DE3436557A1

DE3436557A1 - Elektronische schaltung

Info

Publication number: DE3436557A1
Application number: DE19843436557
Authority: DE
Inventors: Hans-Karl Dipl.-Ing. 7253 Renningen Seifert
Original assignee: Telefunken Electronic 7100 Heilbronn GmbH; Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10
Also published as: DE3436557C2

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH
Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 27.09.84 T/E7-HN-Se-ad - HN 84/22

Elektronische Schaltung ^

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Ermittlung eines Regelkriteriums für analoge Signale, deren Verlauf innerhalb einer durch einen Taktgeber bestimmten Periodendauer liegt, insbesondere für die Klopfgrenzenregelung von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Klopfsensor, dessen Ausgangssignal einem Verstärker zugeführt ist, mit dessen Ausgangssignal ein Bandpaß angesteuert wird, dem ein weiterer Verstärker nachgeschaltet ist. . .

Für Brennkraftmaschinen gibt es verschiedene elektronische Steuer- und/oder Regelgeräte, die im Hinblick auf den Betriebszustand einer Brennkraftmaschine eine Optimierung verschiedener Parameter wie Einspritzmenge, Zündzeitpunkt, Abgasmenge und dergleichen vornehmen.

Bei der Optimierung des Zündzeitpunktes im Hinblick auf eine Leistungssteigerung spielt die sogenannte Klopfgrenze eine entscheidende Rolle. Dabei ist es erforderlich, den Zündzeitpunkt so nahe wie möglich an die Klopfgrenze vorzuverlegen, ohne diese Grenze zu überschreiten. In der Praxis und auch von der Theorie der Regelungstechnik ist dies jedoch nur bedingt möglich. Wird die Klopfgrenze auf Dauer ständig überschritten, muß damit gerechnet werden, daß die Brennkraftmaschine beschädigt wird, daß sie sich sozusagen zu "Tode klopft".

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Bleibt man dagegen aus Sicherheitsgründen zu weit von der Klopfgrenze weg, erzielt die Brennkraftmaschine nicht den optimalen Wirkungsgrad und zur Steigerung der Leistung wird mehr als notwendig Kraftstoff verbraucht, was auch eine Erhöhung der Schadstoffemission zur Folge hat. Vor allem im Zusammenhang mit den Abgasbestimmungen bleifreies Benzin - hat das zur Folge, daß die Verdichtung reduziert werden muß, was einer Leistungsverminderung gleichkommt, da der Zusatz Blei, bei höher verdichteten Motoren, das Klopfen verhindern hilft.

Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinrichtungen enthält die Brennkraftmaschine einen Klopf- oder Schwingungssensor, dessen Ausgangssignal mittelbar einem Bandpaßfilter zugeführt wird, welches selektiv die nur beim sogenannten Klopfen auftretenden Schwingungsfrequenzen durchläßt. Durch Verarbeitung der Signale des Klopf- oder Schwingungssensors wird der Grad des Klopfzustandes erfaßt und über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung wird der Zündzeitpunkt automatisch optimal verstellt. Aus regelungstechnischen Gründen ist es dabei notwendig, daß die Mechanik der Brennkraftmaschine es gestattet, daß ein leichtes Klopfen zulässig ist.

In der DE-OS 30 17 472 ist ein System zur Verarbeitung des vom Klopfsensor abgegebenen Signals beschrieben, das zur Erfassung eines Regelkriteriums· vorsieht, daß eine Wellenformerschaltung nur dann einen Einzelimpuls abgibt, wenn die Amplitude des übertragenen Hochfrequenzsignals einen vorgegebenen Pegel überschreitet.

Aus der DE-OS 30 45 178 ist ein weiteres System zur Verarbeitung des Klopfsignals bekannt, wobei der Entscheidungsschwellspannung eine Rauschspannung-überlagert ist, um ein besseres Erkennen des Klopfens zu ermöglichen.

Wenn dann das Klopfsignal über die Entscheidungsschwellspannung steigt, werden digitale Ausgangssignale ausgezählt und in einem Regelkreis weiterverarbeitet.

Diese bekannten Systeme vernachlässigen bei der Erfassung und Verarbeitung des Klopfsignals die Tatsache, daß die hochfrequenten Schwingungen des Klopfsignals eine Hüllkurve haben, deren periodische Maxima schwanken, und daß dies eine Gradmesser für den Anteil des Klopfens darstellt.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung anzugeben, durch die eine bessere Verarbeitung des Klopfsignals in einem Regelkreis möglich wird. Insbesondere dadurch, daß aus dem Klopfsignal ein Maximum an Informationsgehalt bezogen wird.

Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen Schaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über eine Ausblendschaltung mit der Ausgangsspannung U.

aus dem Ausgangssignal des Bandpasses ein zeitlich begrenztes und verstärktes Signal ausgeblendet wird, das einer Demodulatorschaltung zugeführt wird, deren Ausgangssignal einer Speicherschaltung zugeführt wird, die die jeweiligen Maxima des Signals periodisch speichert, und daß das Ausgangssignal der Speicherschaltung einem Tiefpaß zugeführt wird, der die Ausgangsspannung als Ist-Wertsignal für die Weiterverarbeitung in einem analogen oder digitalen Steuer- und/oder Regelkreis liefert.

Dies kann in vorteilhaften Weiterbildungen dadurch geschehen, daß ein Speicherkondensator in Abhängigkeit vom Pegel des Hüllkurvensignals der Demodulatorausgangsspannung geladen wird, bis das Hüllkurvensignal seinen Scheitelwert erreicht, so daß dieser Wert gespeichert wird.

Bevor der Speicherkondensator jedoch geladen wird, wird er auf den momentanen Wert des Hüllkurvensignals schnell entladen. Über eine Entladeüberwachungsschaltung wird

außerdem dafür gesorgt, daß der Speicherkondensator großen dynamischen Schwankungen des Hüllkurvensignals be- · dingungslos folgen kann.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung hat den wesentlichen Vorteil, daß ein optimales Regelkriterium zur Weiterverarbeitung in einem Regelkreis erfaßt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Es zeigen:

Figur 1a Ein Blockschaltbild eines Schaltungsteils zur

Erfassung und Verarbeitung des Klopfsignals.

Figur Ib Eine Modifikation des Blockschaltbilds der

Figur 1a
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Figur 2a Ein Detailschaltbild von Speicherschaltung Sp,

Entladeüberwachungsschaltung EU, Logikschaltung L und Differenzier- und Komparatorschaltung D-K

Figur 2b Eine Modifikation der Differenzier- und Komparatorschaltung gemäß Figur 2a

Figur 3a - 3s Impulsdiagramme und Signalverläufe von Spannungen in den Figuren 1a, 1b bzw. 2a, 2b

Figur 4 Eine Modifikation eines Schaltungsteils des

Detailschaltbilds der Figur 2a, insbesondere ■ der Entladeüberwachungsschaltung EU.

Eine elektronische Schaltung zur Erfassung und Verarbeitung des Klopfvorgangs in einer Brennkraftmaschine kann entsprechend dem Blockschaltbild in Figur 1a realisiert werden.

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Bei der Klopfgrenzenregelung wird das Auftreten des Klopfens im allgemeinen durch einen ^-am Motorblock angeordenten Schwingungsfühler oder Klopfsensor S aufgenommen. Dieser erfaßt summarisch Motorschwingungen und erzeugt an seinem Ausgang ein Signal U^₅ gemäß Figur 3c. In diesem Signal sind Anteile nicht nur des Klopfens, sondern auch der Motoreigenschwingungen,und Schwingungen, die z. B. vom Ventilspiel herrühren können, enthalten. Über einen Verstärker V. mit dem Ausgangssignal U_SQ wird das Klopfsensorsignal M einem Bandpass BP zugeführt, dessen Ausgangssignal Uo₁ Eigur 3d zeigt.

Über einen Taktgeber G mit dem Taktsignal U_T wird eine Ausblendschaltung A angesteuert, die ein digitales Ausgangssignal U. liefert, wobei die High-Flanke dieses Signals in Bezug auf die High-Flanke des Taktsignals Um gemäß Figur 3a bzw. 3b nach einem festen, einstellbaren Anteil der Periodendauer T nach der Low-High Flanke.des Taktsignals U_T erfolgt, und die High-Low Flanke des Signals

U. kommt nach einer konstanten, einstellbaren Zeit At nach der Low-High Flanke dieses Signals U. . Durch diese Maßnahme entsteht ein in seiner Zeitdauer zeitlich konstantes digitales Signal U., dessen Einsatzzeitpunkt, die Low-High Flanke, immer nach einem festen prozentualen Verhältnis bezüglich der Periodendauer T erfolgt.

Die Ausgangsspannung U. der Ausblendschaltung A ist gemäß Fig. 1a mit dem Signal U_c, des Bandpasses über den Verstär-

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ker V2 verknüpft, dergestalt, daß die Spannung U. als Schalter für das Signal U₅₁ wirkt. Dadurch wir^ aus dem ganzen Signalzug von U₅₁ nur der durch das Signal U^ definierte Zeitbereich ausgeblendet und einem Hüllkurvendemodulator Demod zugeführt. Dieser erzeugt ein Hüllkurvensignal Uj. j für die hochfrequenten Schwingungsanteile des Signals U₅₂ gemäß Figur 3f. Über die dem Demodulator nachgeschaltete Speicherschaltung Sp wird das jeweilige

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Periodenmaximum des Hüllkurvensignals U_n ·, gespeichert, wie dies in Figur 3f zum Ausdruck kommt. In dem der Speicherschaltung Sp nachgeschalteten Tiefpaß TP wird das Speicherausgangssignal U_rc geglättet, um für die

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weitere Verarbeitung in einem analogen oder digitalen Steuer- und/oder Regelkreis zur Verfügung zu stehen.

Statt dem Ausgang des Verstärkers V- kann das Signal U. der Ausblendschaltung A auch dem Ausga'ng des Verstärkers V. zugeführt werden, wie dies Figur Ib zeigt.

Das Demodulatorausgangssignal U_n , wird außerdem noch einer Differenzier- und Komparatorschaltung D-K zugeführt. In der Differenzierstufe D wird zunächst die erste Ableitung des Hüllkurvensignals U_n , erzeugt, wie dies Figur 3g zeigt. In der Komparatorschaltung K wird aus dem Signal U_nD9 der Figur 3g ein digitaler Impuls U_n _v abgeleitet, dessen Impulsdauer nur durch den negativen Anteil des Signals U_0P2 der Figur 3g bzw. durch den positiv ansteigenden Anteil des Signals U_n , bestimmt wird. Dieses Ausgangssignal U_n_~ der Differenzier- und Komparatorschaltung D-K wird einem Eingang eines AND-Gatters H einer Logikschaltung L zugeführt. Dem anderen Eingang des AND-Gatters H wird ein Signal U_Q der Speicherschaltung Sp zugeführt.

Das Taktsignal XL·, wird auch einer Entladeüberwachungsschaltung EU zugeführt, deren Ausgangssignal Up dem einen Eingang eines OR-Gatters E der Logikschaltung L zugeführt wird. Dem anderen Eingang dieses OR-Gatters E wird die Ausgangsspannung Ur, des AND-Gatters H der selben Logikschaltung zugeführt. Dieses Signal wird auch der Entladeüberwachungsschaltung EU zugeführt. Das Ausgangssignal Up des OR-Gatters E der Logikschaltung L wird über einen Widerstand R. der Basis eines Entladetransistors Tr zugeführt, an dessen Kollektor des Signal U_CE ansteht, welches der Speicherschaltung Sp zugeführt wird.

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Im Detailschaltbild der Figur 2a, 2b'werden Speicherschaltung Sp, Entladeüberwachungsschaltung EU, Logik-Schaltung L und Differenzier- und Komparatorschaltung D-K dargestellt.
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Die Speicherschaltung Sp gemäß dem Detailschaltbild in Figur 2a arbeitet nach dem Lade- und Entladeprinzip eines Speicherkondensators Cq , der von einer Ladeschaltung, bestehend aus einer Stromquelle Q, einer Diode D₁ und einem Komparator K₁ geladen wird. Der Ladevorgang dauert so lange an, bis das Signal IL. _d seinen Maximalwert erreicht hat. Im Komparator K₁ werden Signal U_n n, das dem Plus-Eingang zugeführt ist und Spannung am Speicher kondensator C_c , die dem Minus-Eingang von K₁ zugeführt ist, miteinander verglichen, und sein Ausgang unterbindet den Ladevorgang am Speicherkondensator Cc , wenn das Signal U^ ■■ kleiner ist als die gespeicherte Spannung am Speicherkondensator. Damit sich der Speicherkondensator C₀ dann nicht über den Ausgang

bp

des Komparators K- entladen kann, ist zwischen dem Ausgang des Komparators K-, an den auch der eine Anschluß der Stromquelle Q angeschlossen ist, und dem Speicherkondensator Cc eine Diode D₁ geschaltet, und zwar so, daß ihre Kathode mit dem einen spannungsführenden Anschluß des Speicherkondensators C_c verbunden ist, dessen

⁰P anderer Anschluß auf Massepotential liegt. Die Spannung

am Speicher kondensator C₀ liegt am Pluspol eines nicht-

⁰P
invertierenden Operationsverstärkers OP₁ an, dessen Minuseingang auf seinen Ausgang zurückgekoppelt ist. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP₁ ist so groß wie die Spannung am Speicherkondensator U_cs_ und speist einen Spannungsteiler, bestehend aus den drei Widerständen R₁, R₂ und R- mit den Spannungsteilerabgriffen A* und A₂ sowie den zugehörigen Spannungen U.-

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und U,2. Des weiteren ist der Ausgang des Operationsverstärkers OP-, mit dem einen Anschluß des Widerstandes R^p eines Tiefpaß RC-Gliedes verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem zeitkonstantenbestimmenden Kondensator C_Tp verbunden ist, dessen anderer Anschluß auf Massepotential, liegt. Der andere Anschluß des Widerstands R_Tp ist gleichzeitig auch der Ausgang des Tiefpaß RC-Gliedes mit der Spannung U. _σ. Der Spannungsteilerabgriff A₁ wird dem Plus-Eingang eines zweiten Komparators K₂ und der Spannungsteiler abgriff A₂ wird dem Minus-Eingang eines dritten Komparators K, zugeführt. Dem Minus-Eingang des zweiten und dem Pluseingang des dritten Komparators wird das Signal UL , zugeführt. Die Ausgänge der Komparator en K₉ und K., sind mit je einem Eingang eines AND-Gatters G verbunden, dessen Ausgangsspannung Up dem einen Eingang eines AND-Gatters H der Logikschaltung L mit der Ausgangsspannung Ujt zugeführt wird. Diese Spannung wird einer monostabilen Kippstufe M* und dem Reset Eingang einer bistabilen Kippstufe FF., der Entladeüberwachungsschaltung EU zugeführt. Außerdem steuert sie den einen Eingang eines OR-Gatters E der Logikschaltung L an, dessen anderem Eingang die Aüsgangsspannung Up der Entladeüberwachungsschaltung EU zugeführt wird.

Die Ausgangsspannung U_£ des OR-Gatters E dieser Logikschaltung L steuert über einen Widerstand R, die Basis eines Entladetransistors Tr an, dessen Kollektor unmittelbar mit dem spannungsführenden Anschluß des Speicherkondensators Cg verbunden ist. Der Emitter des Entladetransistors Tr liegt auf Massepotential.

Das Demodulatorausgangssignal U_n ■, wird außerdem noch über einen Kondensator C₁ dem Eingang einer Diff erenzier- und Komparatorschaltung D-K zugeführt, um zu verhindern, daß der Transistor Tr durch in ihrer Impulsbreite ge-

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regelte Entladeimpulse in einem Zeitbereich angesteuert wird, wo das Hüllkurvensignal U„ ■, sein jeweiliges Maximum bereits überschritten hat. Der als Differentiator D beschaltete Operationsverstärker OP₇ mit dem Zeitglied R₅ und C₁ liefert an seinem Ausgang die Spannung U_op2, gemäß Figur 3g. Über den invertierenden Eingang wird dieses Signal dem als Komparator beschalteten Operationsverstärker OP₃ mit der Ausgangsspannung υ_ΩΡ7 zugeführt, und über die nachgeschaltete Diode D2 wird aus dem Signal U_op, das Signal U_D__K erzeugt, welches in Figur 3h dargestellt ist.

Dieses Signal wird nun dem anderen Eingang des AND-Gatters H der Logikschaltung L zugeführt, wodurch sichergestellt wird, daß nur jeweils der erste Nadelimpuls einer Periode des Signals IL· am Ausgang des AND-Gatters H als Signal IL, erscheint.

Als Differenzierschaltung D kann auch ein Hochpaß RC-Glied gemäß Figur 2b mit dem Zeitglied C₁, R₅ verwendet werden, dessen Ausgangsspannung dem positiven Eingang des als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers OP, mit der Ausgangsspannung U_Qp, zugeführt wird. Über die nachgeschaltete Diode D2 erhält man dann das Signal Un-κ* 25

Wenn innerhalb einer Periode die Spannung U_CSp ^am Speicherkondensator Cgp gleich dem Maximalwert des Signals U« , ist, wird der Ladevorgang am Speicher kondensator C_CD über

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den Komparator K₁ unterbrochen. Die Spannung des Speicherkondensators Cop liegt dann mit abgestuften prozentualen Werten einmal am Pluseingang des Komparators K- über den Spannungsteilerabgriff A₁ und am Minus-Eingang des Komparators K, über den Spannungsteilerabgriff A- an. Ist das Signal Uy, ·, in der darauffolgenden Periode kleiner als die am Abgriff A₁ anliegende und größer als die am Span-

nungsteilerabgriff A- anliegende Spannung, dann entsteht am Ausgang des AND-Gatters G ein High-Pegel, der dann mittelbar über die Logikschaltung L den Entladetransistor Tr ansteuert, wenn im gleichen Zeitraum das Signal U_D_jr positiv ist. Der Entladetransistor Tr entlädt nun den Speicherkondensator C₅ . Die Dauer des Entladevorgangs wird dabei geregelt. Die Spannung am Speicher-.kondensator nimmt durch den Entladevorgang sehr schnell ab. Seine momentane Spannung U_c~ liegt auch über den Operationsverstärker OP₁ am Spannungsteiler aus den Widerständen R-, R₂ und R- an. Nach einer relativ kurzen Zeit ist die Spannung U... am Spannungsteiler abgr iff A^ dadurch kleiner als die momentane Signalspannung U_0emO(j> wodurch der Komparatorausgang von K~ auf einem logischen Low-Pegel zu liegen kommt und dadurch ebenfalls der Ausgang des AND-Gatters G auf logischem Low-Pegel liegt. Der Entladetransistor Tr wird gesperrt, unter der Voraussetzung, daß zum gleichen Zeitraum kein Signal U_n am anderen Eingang des OR-Gatters E ansteht. Der Entladetransistor Tr wird also auf diese Weise von in ihrer Impulsbreite geregelten Entladeimpulsen angesteuert, so daß der Speicherkondensator Cg nur auf den momentanen Wert des periodischen Signals innerhalb einer Periode entladen wird. Danach gibt der Ausgang des Komparators K- die Stromquelle zum Laden des Speicherkondensators C_c und zur Speicherung

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des neuen Maximalwertes von U₁-. _A frei.

Demod

Den Verlauf des periodischen Signals U₀ , sowie den Spannungsverlauf U„g am Speicherkondensator und am Ausgang des Tiefpaß RC-Glieds zeigt Figur 3f.

Es ist nun ein Fall angenommen worden, wo die Spannung am Speicherkondensator Cg in der 5. Periode der Figur 3f der Dynamik der Spannungsmaxima des Hüllkurvensignals U_n j nicht mehr folgen kann.

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Bleibt nun in der darauffolgenden Periode das Maximum des Signals UL , kleiner als die am Spannungsteilerabgriff A₂ anliegende Spannung, so liegt der Ausgang des Komparators K, auf logischem Low-Pegel ebenso wie der Ausgang des AND-Gatters G. Dadurch wird der Entladetransistor Tr nicht angesteuert, und der Speicherkondensator C- behält seinen Spannungswert konstant bei op

und kann den aktuellen Maximalwerten des Signals UL ,

nicht mehr folgen. Um dies zu vermeiden, ist eine Ent-

ladeüberwachungsschaltung EU gemäß Figur 2a für die Speicherschaltung Sp entwickelt worden.

In Figur 3e wird ihre prinzipielle Wirkungsweise gezeigt» Durch die Entladeüberwachungsschaltung EU wird dem Entladetransistor Tr am Ende der 5. Periode über das OR-Gatter E ein in seiner Impulsbreite gesteuerter Impuls gemäß Figur 3r zugeführt, der den Speicherkondensator C_c nahezu ganz, entlädt, und anschließend wird der Speicherkondensator G₀ wieder auf den Maximalwert des periodischen Sp

Signals UL « geladen, und die Spannung am Speicherkondensator Co kann jetzt der Dynamik der Maxima des Signals ^UDemod ^{wieder fol}S^en-

Die Entladeüberwachungsschaltung gemäß Figur 2a besteht aus einer monostabilen Kippstufe M₁ einem OR-Gatter B, einer Frequenzteilerstufe FF₂ mit dem Teilerverhältnis 2:1, einem Differenzier glied Di, einer weiteren monostabilen Kippstufe M-, einem AND-Gatter C und einer bistabilen Kippstufe FF₁.
·

Die in ihrer Impulsbreite geregelten Ausgangsimpulse U„ des AND-Gatters H werden der monostabilen Kippstufe M₁ zugeführt, wo sie auf Impulse konstanter Impulsbreite

verbreitert werden. Die Ausgangsimpulse Uw* der monostabilen Kippstufe Μ., werden zusammen mit dem die Periode bestimmenden Taktsignal U_T je einem Eingang des OR-Gatters B zugeführt. Seine Ausgangsimpulse U_ß steuern eine Frequenzteilerstufe FF₂ mit dem Teilerverhältnis 2 : 1 an. Das Ausgangssignal Upp- der Frequenzteilerstufe FF₂ wird dem Differenzierglied Di zugeführt, wobei nur dessen positive Ausgangsimpulse die nachgeschaltete monostabile Kippstufe M- anstoßen, so daß an deren Ausgang Impulse konstanter Impulsbreite entstehen. Diese Impulse U_M2 werden dem einem Eingang des AND-Gatters C zugeführt. Das. Taktsignal U™ liird außerdem noch dem Setzeingang S der bistabilen Kippstufe FF, zugeführt, deren Rücksetzeingang R vom Ausgangssignal des AND-Gatters H angesteuert wird. Das Ausgangssignal Upp. der bistabilen Kippstufe wird dem anderen Eingang des AND-Gatters C zugeführt. Sein Ausgangssignal IL-, steuert den einen Eingang des OR-Gatters E der Logikschaltung L an, dessen anderer Eingang vom Ausgangssignal U„ des AND-Gatters H angesteuert wird. Das Ausgangssignal Up des OR-Gatters E steuert über den Widerstand R, den Entladetransistor Tr an. Dieser wird.dadurch von in ihrer Impulsbreite geregelten oder gesteuerten Impulsen angesteuert, je nach dem, wie es aus Gründen der Dynamik der Spitzenwerte des periodischen Signals erforderlich ist.

In Figur 3a - 3s sind die zum Blockschaltbild der Figur 2a zugehörigen Impulsdiagramme aufgezeigt. Figur 3a zeigt den Signalverlauf des Taktsignals U_T mit einem festen Tastverhältnis von beispielsweise 25 % High- und 75 % Low-Pegel. In Figur 3b ist das Ausgangssignal U_A der Ausblendschaltung A dargestellt, durch das aus dem Signal Ug₁ des Bandpasses BP gemäß Figur 3d das Signal U₅₂ in Figur 3e ausgeblendet wird. Figur 3c zeigt das Signal Uj,g am Ausgang des Klopf sensors S. In diesem Signal sind

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neben der Komponente des Klopfanteils noch andere Schwingungsanteile des Motor systems enthalten. Figur 3f zeigt das Hüllkurvensignal Up , für den Schwingungszug des Signals Uo^. Die· Maxima dieses Signals werden in der Speicherschaltung Sp als Signal ϋρ_ς gespeichert und dem Tiefpaß TP mit der Ausgangsspannung U. ' , wie dies Figur 3f zeigt, zugeführt.

Über die Differenzierschaltung D wird vom Signal Ur, « die erste Ableitung gemäß Figur 3g gebildet. In der nachfolgenden Komparator schaltung K wird daraus das. Signal U_n _v erzeugt gemäß Figur 3h.

L)- Λ.

Figur 3i zeigt das Ausgangssignal U^ der Speicherschaltung Sp. Durch die Verknüpfung dieses Signals mit dem Signal U_n _v im AND-Gatter H der Logikschaltung L, entsteht das

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Signal U„ gemäß Figur 3j.

Das Taktsignal U_T setzt mit seiner LOW/HIGH Flanke die bistabile Kippstufe FF, und mit dem Ausgangsimpuls U„ des AND-Gatters H wird sie zurückgesetzt. Figur 3k zeigt das Ausgangssignal Up_p, der bistabilen Kippstufe FF,. Figur 31 zeigt die.in ihrer Impulsbreite konstanten Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe M,, die aus den Ausgangsimpulsen U„ des AND-Gatters H gewonnen werden.

Im OR-Gatter B werden Taktsignal U™ und Ausgangssignal Uj,, der monostabilen Kippstufe M₁ miteinander verknüpft, dessen Ausgangssignal U_ß Figur 3m zeigt. In der nachgeschalteten Frequenzteilerstufe FF2 mit dem Frequenzteilerverhältnis von 2 : 1 wird aus dem Ausgangssignal U_ß des OR-Gatters B das Ausgangssignal Upp₂ gebildet, dessen Verlauf Figur 3n zeigt.

An dieser Frequenzteilerstufe steht ebenfalls das zu komplementären Ausgangssignal Upp₂ an, gemäß Figur 3o„ Dieses Signal wird einem differenzierenden Hochpaß RC-

Glied Di zugeführt, dessen Ausgangssignal U_n- Figur 3p zeigt. Nur seine positiven Nadelimpulse stoßen eine weitere monostabile Kippstufe M₇ an, deren Ausgangsimpulse Uw₂ Figur 3q zeigt.

Eine Verknüpfung dieser Ausgangsimpulse U,,- und der Ausgangsimpulse U_pp1 der bistabilen Kippstufe FF.. im AND-Gatter C ergibt an dessen Ausgang Impulse IL, gemäß Figur 3r .

Es ist der Darstellung der Figur 3r zu entnehmen, daß hier ein in seiner Impulsbreite gesteuerter Impuls nur am Ende der fünften Periode entsteht, also-dort, wo der Speicherkondensator C_c nahezu ganz entladen werden soll,

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damit er der Dynamik der Spitzenwerte des periodischen Signals wieder folgen kann. Die Ausgangsimpulse Up und Uu der AND-Gatter C und H werden je einem Eingang des OR-Gatters E zugeführt, dessen Ausgangssignal U_ß Figur 3s zeigt. Dieses Ausgangssignal des OR-Gatters E wird über den Widerstand R. der Basis des Entladetransistors Tr zugeführt, wodurch der Speicherkondensator C_c inner-

op halb einer Periode auf den Momentanwert des periodischen Signals entladen wird, wenn die Ansteuer impulse an der Basis des Entladetransistors Tr in ihrer Impulsbreite geregelt sind, und der Speicherkondensator C_c wird am

bp

Ende einer Periode nahezu ganz entladen, wenn die An-Steuerimpulse an der Basis des Transistors Tr in ihrer Impulsbreite gesteuert sind.

Zur Ansteuerung des Rücksetzeingangs R der bistabilen Kippstufe FF, kann man auch das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe NL verwenden.

Ein Blockschaltbild für eine Schaltung dieser Modifikation zeigt Figur 4.

Die Realisierung der gesamten Schaltung kann mit im Handel üblichen Bauelementen erfolgen. Es ist aber auch.eine Gesamtintegration möglich.

Claims

TELEFUN-KEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn Heilbronn, den 27.09.84 T/E7-HN-Se-ad - HN 84/22 Patentansprüche

1) Elektronische Schaltung zur Ermittlung eines Regelkriteriums für analoge Signale, deren Verlauf innerhalb einer durch einen Taktgeber (G) bestimmten Periodendauer (T) liegt, insbesondere für die'Kl'opfgrenzenregelung von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Klopfsensor (S), dessen Ausgangssignal (U_rc) einem Verstärker (V-i) zugeführt ist, mit dessen Ausgangssignal (Uc_n) ein Bandpaß (BP) angesteuert wird, dem ein weiterer Verstärker (V₂) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Ausblendschaltung (A) mit der Ausgangs spannung-(U.) aus dem Ausgangssignal (Ug,) des Bandpasses (BP) ein zeitlich begrenztes und verstärktes Signal (U^) ausgeblendet wird, das einer Demodulatorschaltung (Demod) zugeführt wird,· deren Ausgangssignal (U_n ,) einer Speicherschaltung (Sp) zugeführt wird, die die jeweiligen Maxima des Signals (Un_emo(j) periodisch speichert, und daß das Ausgangssignal (Upgp) der Speicherschaltung (Sp) einem Tiefpaß (TP) zugeführt wird, der die Ausgangsspannung (U. ) als Ist-Wertsignal für die Weiterverarbeitung in einem analogen oder digitalen Steuer- und/ oder Regelkreis liefert.

2) Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (U.) der Ausblendschaltung (A) statt dem Ausgang des Verstärkers V₂, dem Ausgang des Verstärkers V₁ zugeführt wird, wo aus dem Signal U^o des Klopf sensor s S das Signal Uo₀₁ ausgeblendet wird".

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3) Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktsignal (tL·,) der Geberschaltung (G) einer Entladeüberwachungsschaltung (EU)
zugeführt wird, deren Ausgangssignal (Up) einer Logik-

schaltung (L) zugeführt wird.

4) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Demodulatorausgangssignal (U_Demo(*) einer Differenzier- und Komparatorschaltung (D-K) zugeführt wird, und daß deren Ausgangssignal (^un v) ^und ein Signal (Uq) der Speicherschaltung (Sp) der Logikschaltung (L) zugeführt werden.

5) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ausgangssignal (Uu) der Logikschaltung (L) der Entladeüberwachungsschaltung (EU) zugeführt wird.

6) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale (U_r)

und (Upvß·) je einem Eingang eines AND-Gatters (H) der
Logikschaltung (L) zugeführt werden und daß das Ausgangssignal (U„) des AND-Gatters (H) einem Eingang eines OR-Gatters (E) der Logikschaltung (L) zugeführt wird.
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7) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (Up)
der Entladeüberwachungsschaltung (EU) dem anderen Eingang des OR-Gatters (E) der Logikschaltung (L) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal (Up) über einen Widerstand (R₄)

die Basis eines Entladetransistors (Tr) ansteuert, dessen Kollektorsignal (U_CE) als anderes Ausgangssignal der Logikschaltung L der Speicherschaltung (Sp) zugeführt wird.

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8) Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Low-High Flanke des Signals (U.) der Ausblendschaltung [A) nach einem festen, einstellbaren Anteil der Periodendauer (T) nach der Low-High Flanke des Taktgebersignals (U_T) erfolgt und daß die High-Low Flanke des Signals (U_A) nach einer konstanten, einstellbaren Zeit (At) nach der Low-High Flanke dieses Signals erfolgt.

9) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (Sp) dann am Ende einer Periode ganz entladen wird, wenn das Verhältnis von augenblicklichem Wert des Signals (ϋ_β -■) zu seinem gespeicherten Maximum der unmittelbar vorhergehenden Periode einen bestimmten, einstellbaren Wert unterschreitet.

10) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Differenzier- und Komparatorschaltung (D-K) nur für den Zeitraum des positiv ansteigenden Teils des Signals (U^ -Λ ein digitales Ausgangssignal (U_D_jr) erzeugt wird..

11) Elektronische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung (D) aus einem Hochpaß RG-Glied (E,, C₁) oder aus einem als Differentiator beschalteten Operationsverstärker (OP₉) mit einem Zeitglied (R,-, C₁) besteht.

12) Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (U_H) des AND-Gatters (H) der Logikschaltung (L) einer monostabilen Kippstufe (M₁) und dem Rücksetzeingang (R) einer bistabilen Kippstufe (FF₁) der Entladeüberwachungsschaltung (EU) zugeführt wird.

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