FI75123B - Elektronisk sensor vid fordon med s.k. laosningsfria bromssystem. - Google Patents

Description

75123

ELEKTRONINEN ILMAISIN AJONEUVOISSA, JOISSA ON NK . LUKKIUTUMATON JARRUTUSJÄRJESTELMÄ - ELEKTRONISK SENSOR VID FORDON MED S.K. LÄSNINGSFRIA BROMSSYSTEM

Esillä oleva kaksintö kohdistuu elektroniseen ilmaisimeen ajoneuvon jarrujärjestelmälle, lähemmin esitettynä elektroninen ilmaisin ajoneuvolle, jossa on ns. lukkiutumaton jarrujärjestelmä. Kuten tunnettua, moduloidaan jarrutusvoima tällaisissa jarrujärjestelmissä kun jarrutus on liian voimakas ja on olemassa vaara, että pyörän liuku, ts. suhde pyörän kehänopeuden ja ajoneuvon nopeuden välillä nousee niin suuriin arvoihin, että saadaan osaksi alentunut jarrutusvaikutus ja osaksi huonontunut kyky ottaa vastaan s i-vuttaisvoimia niin, että menetetään ajoneuvon hallinta.

On kehitetty suuri joukko pyöräilmaisimia, jotka kaikki perustuvat elektroniseen digitaalitekniikkaan sekä vastaaviin säätöfiloso-fioihin.

Hallitseva probleema on löytää asialliset ratkaisut vaatimukselle että ilmaisimen täytyy jollakin tavalla saada tieto hetkellisesti vallitsevasta kitkatilanteesta ajoneuvon pyörän ja ajoradan välillä.

Tähän asti tunnetuissa ilmaisimissa aikaansaadaan tämä laskemalla keskeytyksettä pyörän hidastukset ja kiihtymiset mikrotietokoneen avulla.

Mikrotietokoneessa on varastoituna ohjearvoja, joihin edellä mainittuja hidastuksia keskeytyksettä verrataan. Ulosmenopisteessä näistä vertailuista antaa ilmaisin niin erilaisia signaaleja käskynä järjestelmän jarrutusvoimamodulaattorille laskea jarrutusvoi-maa, pitää se vakiona tai jälleen lisätä jarrutusvoimaa erilaisilla sovitusnopeuksi1la riippuen lasketuista pyörän kiihtymisar-voista. Tunnetut ilmaisimet sisältävät kaikki kvartsike1lon, joka keskeytyksettä antaa pulssijonon korkealla taajuudella, esim. pulssi, joka viides millisekunti. Ilmaisin antaa signaaleja pysyvyydellä, joka muodostuu 5 millisekunnin monikerroista, mikä muodostaa pohjan ilmaisimien kyvylle riippuen lasketuista hidastumisista ja kiihtymisistä antaa käsky jarrutusvoimamodulaatto- 2 75123 rille määrätyn jaksolukumäärän esim. 5 millisekuntia aikana laskea jarrutusvoimaa, pitää se vakiona tai jälleen nostaa sitä.

Tällä tavalla voidaan ilmaisin saada antamaan signaalikuva, joka tyydyttävästi sovittaa jarrutusvoiman jarrutusvoimamodulaattorin säädön ottaen huomioon hetkellisesti vallitsevan tien laadun.

Näin kompleksisäätöjärjestelmä voidaan saada aikaan vain modernilla, pitkälle kehitetyllä mikroelektroniikalla, joka on rakennettu parhaimmista ajateltavissa olevista komponen11i1aaduis ta, ts. sellaisesta laadusta, jota ammattimiehet nimittävät "sotilaallisesti eritellyksi".

Sellaiset ilmaisimet tulevat sangen kalliiksi ja herkiksi toimintahäiriöille, osittain kompleksisuutensa vuoksi, mutta ennen kaikkea herkkyytensä vuoksi ulkopuolisille häiriöille. Ajoneuvon muut sähköjärjestelmät muodostavat häiritsevän häiriölähteen, joka kuitenkin on hallittavissa häiriönpoistotoimenpitein ajoneuvossa. Huomattavasti vaikeammin voitettavissa ovat ulkopuoliset häiriölähteet, joille ajoneuvon valmistaja ei voi tehdä mitään, kuten toiset ajoneuvot, 1iikennesignaalit, hitsauskoneet, radar-ja TV-laitteet, voimajohdot ja ukonilma sekä erittäin korkeat ja matalat lämpötilat, jotka täytyy ottaa huomioon ajoneuvo-olosuhteissa.

Muita negatiivisia tekijöitä kustannuskuvassa ja luotettavuuskysymyksessä kompleksille järjestelmälle on, että edellä selostettu kompleksisignaaliparvi vaatii vastaavan komplisoidun jarrutusvoimamodulaattorin ja laajan kaapeloinnin, joka sinänsä sisältää häiriöuhan "antennivaikutuksen" vuoksi.

Nyt on kuitenkin osoittautunut olevan mahdollista aikaansaada suunnattoman paljon yksinkertaisempia, halvempia ja luotettavampia pyöräilmaisimia antamalla ilmisimen antaa yksi ainoa signaa-lilaji käskynä jarrutusvoimamodulaattorille laskea painetta. Kun signaali lakkaa lisätään jarrutusvoimaa jälleen. Ilmaisimen sisään on rakennettu yksi ainoa hidastuskynnysarvo ja keinote- 3 75123 koinen, ajan mukana laskeva nopeussuosituskäyrä, jonka arvoa tai kaltevuutta voidaan ohjata hetkellisesti vaikuttavalla jarrutus-voimalla ja määrätyissä tapauksissa myös ajonuvon 1 astaustava11a.

Tälle periaatteelle perustuvat ilmaisimet tulevat sangen yksinkertaisiksi verrattuna tähän asti tunnettuihin ja kokemukset ovat osoittaneet, että tarkkuusvaatimukset tällaisille ilmaisimille ovat paljon alemmat kuin tähän saakka tunnetuille. Ne voivat perustua hyvin yksinkertaisille häiriöille suhteellisen tunteettomalle mikrotietokonetekniikalle rakennettuna kohtuullisen laatuisilla komponenteilla ilman kvartsike11oa, ja on vieläpä mahdollista rakentaa ilmaisimia, jotka ovat analogisia, jolloin voidaan käyttää niin korkeita jännite- ja virtatasoja, että ne tulevat tunteettomiski ulkopuolisille häiriölähteille.

Esillä oleva keksintö kohdistuu siis edellä mainittujen probleemien poistamiseen ja yksinkertaisen, halvan ja mahdollisimman luotettavan elektronisen ilmaisimen tarjoamiseen.

Keksinnölle tunnusomaiset erikoispiirteet käyvät ilmi liitteenä olevista patenttivaatimuksista.

Keksintöä tullaan seuraavassa selostamaan lähemmin vittaamalla liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa

Kuva 1 esittää nopeus-aikadiagrammia, joka esittää luonteenomaisia käyriä ajonuvoa jarrutettaessa, jolla on lukkiutumaton j arruj ärj estelmä,

Kuva 2 esittää ilmaisimen päälle- ja poislyönnin kuvan 1 mukaisessa jarrutuksessa,

Kuva 3 esittää muutoksia vaikuttavassa jarrutusvoimassa jarrutettaessa kuvan 1 mukaisesti,

Kuva 4 esittää esillä olevan keksinnön mukaisten elektronisten ilmaisimien blokkikaaviota, 4 75123

Kuva 5 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen elektronisen ilmaisimen nykyisin suosittua toteutusmuotoa,

Kuva 6 esittää blokkikaaviota esillä olevan keksinnön mukaisen elektronisen ilmaisimen vaihtoehtoisesta toteutusmuodosta,

Kuvat 7 ja 8 esittävät ilmaisimen toiminan kahta ekvivalenttia tarkastelutapaa, ja

Kuva 9 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen elektronisen ilmaisimen erään toteutusmuodon blokkikaaviota, joka pohjautuu kuvan 8 mukaiseeen tarkastelutapaan.

Kuva 1 esittää jarrutuksen kulun nopeus-aikadiagrammia. Kuvassa merkitsee käyrä v ajoneuvonopeutta, ja alempi käyrä w pyöräno-peutta. Oletetaan nyt, että voimakas jarrutus tapahtuu ajankohtana t, (kts. kuv. 3). Ajankohtana t on ajoneuvon pyörän hidas-b o tus saavuttanut raja-arvon a^, joka voi olla esimerkiksi välillä 0,3 g - 1,5 g. Tämä raja-arvo esitetään kuvassa 1 tangentilla käyrälle w, joka esitäa pyörän nopeuden riippuvuutta ajasta. Hidastusta tavataan tässä yhteydessä ilmaista yksiköissä "g". Silloin lähdetään ajoneuvon suoraviivaisesta hidastuksesta ja jaetaan se 9,81 m/sek2 :11a, minkä kautta hidastus ilmaistaan yksikkönä "g". Pyörän hidastuksen normalisoimiseksi vastavalla tavalla lasketaan ensin pyörän kehähidastus kulmahidastuksesta ja pyörän säteestä ja jaetaan 9,81 m/s2 :llä. Täten voidaan pyörän hidastusta ja ajoneuvon hidastusta verrata suoraan.

Ennen ajankohtaa t nousee vaikuttava jarrutusvoima kuvan 3 käyrän mukaan. Ilmaisin antaa silloin signaalin (0). Ajankohtana t aktivoidaan ilmaisin ja se antaa signaalin "1". (Edellytyksenä että merkinnöillä "0" ja "1" ei ole mitään muuta merkitystä kuin osoittaa pois- ja päällekytkennän vastaavaa tilannetta ja että nk. käännetty logiikka missä loogisesti "1" esittää poiskytkettyä tilannetta ja loogisesti "0" esittää päällekytkettyä tilannetta on myös mahdollinen). Tämä aloittaa vaikuttavaa jarrutusvoiman alentamisen kuten esitetään kuvan 3 alemmassa käyrässä. Tämän 5 75123 jarrutusvoiman vähentämisen aikana saa pyörä mahdollisuuden palautua ja saavuttaa sellainen nopeus, että pyörän liukuminen saavuttaa jälleen hyväksyttävät arvot. Käyrä M kuvassa 1 esittää suo-situshidastusta pyörälle, joka täyttää juuri tämän vaatimuksen. Tästä syystä verrataan pyörän nopeutta alemman käyrän w mukaan tämän suosituskäyrän M kanssa, ja ajankohtana T vastaa todellinen pyörän nopeus suositusnopeutta. Kun näin tapahtuu keskeytetään jarrutusvoiman vähentäminen. Kun keksinnön mukainen ilmaisin on tunnistanut vastaavaisuuden todellisen pyörän nopeuden ja suositusnoepuden välillä annetaan siten "0"-signaali, joka lopettaa jarrutusvoiman vähentämisen. Vaikuttava jarrutusvoima tulee uudelleen kohoamaan ajankohtaan t ' mennessä, jona ajankohtana pyörän rajahidastus a^ jälleen ylitetään, minkä vuoksi ylläoleva jakso toistetaan. Vaikuttavaa j arrutusvoimaa tullaan tällä tavalla vaihdellen pienentämään ja lisäämään kunnes rajahidastus-ta aQ ei enää ylitetä. Tätä vaihetta nimitetään jarrutusvoima-modulaatioksi. Probleema voi nyt olla ratkaisu, kuinka nopeasti suositusnopeuden M voidaan sallia laskea. Suositusnopeuskäyrän M kulun täytyy keksinnön suositussa toteutuksessa nimittäin olla riippuva tien laadusta, ts. kitkakertoimesta μ. Siten ei ole aivan suositeltavaa huonommalla tien pinnalla, esimerkiksi jäällä, sallia käyrän M laskea yhtä nopeasti kuin hyvällä tienpinnalla, esimerkiksi kuivalla asfaltilla. Tämä on kuvassa 1 esitetty siten, että kolme ensimmäistä jarrutusvoimamodulaatiojaksoa esittävät suosituskäyriä M, jotka laskevat nopeammin ajan mukana kuin vastaavat suosituskäyrät kolmessa viimeisessä jaksossa. Käyrän M kaltevuus voi siis riippua kitkakertoimesta μ pyörän ja alustan välillä. Kun kitkakerroin μ vaihtelee 1,0 (kuiva asfaltti) ja aina alas 0,1 tai jopa 0,05 (liukujää) välillä on suositeltavaa, että käyrän M kaltevuutta jokaisena ajankohtana korjataan kitkakertoimella.

Probleema, jonka esillä olevan keksinnön mukaisen ilmaisimen suositun toteutusmuodon täytyy ratkaista, on siis ottaa jollakin tavalla huomioon kitkakerroin μ pyörän ja alustan välillä määrättäessä suosituskäyrän M kaltevuutta. Muussa tapauksessa voi poiskytkentäajankohta t tulla virheelliseksi ja siten jarrutus- 6 75123 vaikutus ja ajoneuvon stabiliteetti vaarantuu.

Teoreettiset harkinnat ja käytännön kokeet ovat osoittaneet, että sopivan parametrin käyrän M kaltevuudelle muodostaa vaikuttava jarrutusvoima. Tämä voima vaihtelee kolmen ensimmäisen jarrutusvoimamodulaatiojakson yhteydessä kuvan 1 mukaisesti (hyvä tienlaatu) keskiarvon P (kts. kuvaa 3) ympärillä, kun taas vastaava voima kolmen viimeisen jarrutusvoimamodulaatiojakson mukaan kuvan 1 mukaisesti (huonompi tien laatu) vaihtelee alemman keskiarvon P^ (kts. kuvaa 3) ympärillä. Jos siis hetkellisesti vaikuttava jarrutusvoima mitataan on mahdollista, että sen avulla määritetään käyrälle M sopiva kaltevuus. Korkeampi jarrutusvoima antaa suosituskäyrän M, joka alenee nopeammin ajan mukana ja päinvastoin.

Tosiasia, että suosituskäyrä M sovitetaan vallitsevalle tienpinnalle on kuvassa 1 havainnollistettu ympäröidyssä neljännessä jarrutusvoiman vähennysvaiheessa. Tämä vaihe vastaa ylimenoa hyvältä tienpinnalta huonommalle tienpinnalle, ts. suosituskäyrän M kaltevuutta tullaan tämän vaiheen aikana muuttamaan pääasiassa vastaamasta suosituskäyrän kaltevuutta edellisessä jarrutusvoiman vähentämisvaiheessa pääasiassa vastaamaan suosituskäyrän kaltevuutta lähinnä seuraavassa jarrutusvoiman vähennysvaiheessa. On huomattava, että aika-asteikkoa ja kaltevuuden muutosta kuvassa 1 on selvyyden vuoksi voimakkaasti liioiteltu. Edelleen ymmärretään, että suosituskäyrän M kaltevuus voi myös vaihdella jonkin verran muissa vaiheissa kuvassa 1, mutta että muutokset ovat huomattavasti pienempiä, koska ajoneuvo silloin on jokseenkin homogeenisella pinnalla. Kaltevuusmuutokset tulevat siis suuriksi ylimenoissa erilaisten tienpintojen välillä.

Edellä selostettu suosituskäyrän M kaltevuuden sovittaminen tienpinnan mukaan voi tapahtua joko jatkuvasti kuten rengastetussa neljännessä vaiheessa kuvassa 1 esitetään, mutta voi tapahtua myös ei-jatkuvasti, kuten esitetään erillisessä katkoviivaympy-rässä oikeassa yläkulmassa kuvassa 1. Suosituskäyrän kaltevuuden ei-jatkuva sovittaminen voi tapahtua yhdessä tai useammassa portaassa .

7 75123

Ylläolevassa selostuksessa on rajahidastus ta aQ tarkasteltu ennalta määrättynä, vakio raja-arvona. Tämä on keksinnön yksinkertaisin toteutusmuoto. Keksinnön hienostuneemmassa toteutusmuodossa vaikutetaan kuitenkin rajahidastukseen a kitkakertoimella o μ pyörän ja päällysteen välillä samalla tavalla kuin suosituskäy-rän M kaltevuuteen. Tämä sisältää, että rajahidastus aQ tulee alhaisemmaksi huonommalla tienpinnalla, ts. jarrutusvoiman pienentäminen aloitetaan aikaisemmin.

Kuvassa 4 esitetään blokkikaavio siitä, kuinka edellä olevat ajatuskulut voidaan toteuttaa esillä olevan keksinnön mukaisen elektronisen ilmaisimen eräässä toteutusmuodossa.

Ilmaisin S sisältää takometrin 10, joka mittaa pyörän nopeuden ja antaa signaalin w(t), joka edustaa pyörän nopeutta. Nimityksellä takometri tarkoitetaan tässä jokaista sopivaa laitetta pyörän nopeuden toteamiseksi ja sitä vastaavan signaalin antamiseksi. Esimerkkinä sopivasta laitteesta voidaan mainita taajuus-jänni-temuuttaja, joka tuntee pyörän pyörimistaajuuden joko mekaanisesti, optisesti tai magneettisesti. Sopivat laitteet muodostuvat esimerkiksi sisäänsignaalin kehittäjästä, joka antaa pyörän kiertolukuun verrannollisen jännitteen, esimerkiksi tasajännite-generaattori tai vaihtojännitegeneraattori vastaavine tasasuunti-mineen. Jopa niin yksinkertaiset generaattorit kuin tavalliset 1-vaihe-sarjageneraattorit ovat käyttökelpoisia. Sopivina antureina voidaan mainita edelleen pulssianturi taajuus/jännitemuut-tajineen, esim. tyyppiä LM 2907. Alempana annetaan luettelo useista yhdistelmistä: 1. Optinen mittaushaarukka plus hammastettu pyörä plus LM 2907.

2. Induktiivinen anturi plus hammastettu pyörä plus LM 2907 ("magneettinen pick-up").

3. Magneetipyörä plus Hall-elementti plus LM 2907.

4. Magneettisesti etujännitetty Hall-elementti (magneetti Hall- 8 75123 elementin takana) plus hammastettu pyörä plus LM 2907.

5. Magneetti lukuisine napoineen, missä joka toinen napa on pohjoisnapa ja joka toinen napa etelänapa tai kaksi eri vahvaa magneettia, jotka pyyhkäisevät ohi navan, missä virta indusoidaan plus LM 2907.

6. "Wiegand wire" plus kaksi permanenttimagneettia plus induktio-aika plus LM 2907.

7. Permanenttimagneetit plus kielielementti plus LM 2907.

8. Vaihtojännitegenraattori plus LM 2907.

9. Kvartsikristal1i plus hammastettu pyörä plus integroitu piiri, joka antaa jännitteen, joka on kääntäen verrannollinen taajuuteen .

Jos ilmaisin tehdään digitaaliseksi ja mikrotietokoneohjatuksi ei pulssijonoa mielellään muuteta jännitteeksi. Sen sijaan käytetään pulsseja suoraan. Edelläolevasta nähdään, että oleellista takometrille 10 on, että se antaa signaalin, joka jollakin tavoin edustaa pyörännopeutta.

Signaali w(t) viedään differetioitumispiiriin 20, joka puolestaan antaa signaalin, joka vastaa nopeuden aikaderivaattaa, ts. kiihtymistä a(t). Esimerkkinä di fferentioitumispiiristä voidaan mainita operaatiovahvistin (esim. LM 324) siihen kuuluvine koden-saattoreineen. Jos ilmaisin S sensijaan toteutetaan digitaalisena, mikrotietokoneohjattuna muotona voidaan differentioitumispii-ri 20 sopivasti toteuttaa järjestelmästä, joka laskee pulssit ja vertaa pulssien lukumäärää kahden vierekkäisen ajanjakson välillä.

Differintioitumispiirin 20 ulosmenosignaali a(t) johdetaan komparaattorin 40 yhteen sisäänmenoon. Tämä voidaan esimerkiksi toteuttaa operaatiovahvistimella (esim. LM 324). Keksinnön mukai- 9 75123 sen ilmaisimen analogisessa versiossa verrataan jännitteitä komparaattorissa, kun taas digitaalinen versio vertaa taajuuksia. Komparaattorin toisessa sisäänmenossa lepää signaali aQ suositus-arvon anatajasta 30. Suositussignaali aQ edustaa rajahidastusta kuvan 1 mukaan. Kun kiihdytyssignaali a(t) saavuttaa raja-arvon aQ arvon aktivoituu komparaattorin 40 ulosmeno loogiselle tasolle "1" jarrutusvoiman pienentämisvaiheen alkamista varten. Rajahi- dastus a esitetään keksinnön mukaisen ilmaisimen analogisessa o versiossa sopivasti jännitteenä ja digitaalisessa versiossa taajuutena. Allaolevat tapaukset ovat erikoisen mielenkiintoisia: 1. a vakio kaikille tilanteille ja riippumaton tienpinnasta o sekä suosituskäyrän M kulusta.

2. a vakio kaikille tilanteille ja yhtä kuin suosituskäyrän o M alkukaltevuus.

3. a :lle annetaan ennalta määrätty alkuarvo ja ohjataan sitten o moduloidusta jarrutusvoimasta riippuen.

U1osmenosignaa1i w(t) takometristä 10 viedään myös piiriin 50, joka varastoi nopeuden w(t) hetkellisen arvon. Sopiva elin hetkellisen nopeuden w(t) varastoinnille tehdään analogiseen ilmaisimeen esimerkiksi kondensaattorista. Ajankohtana tQ, ts. kun kiihtydytyssignaali a(t) saavuttaa saman arvon raja-arvon a^ kanssa ja komparaattori 40 antaa loogisen signaalin "1", vaikuttaa piiriin 50 komparaattorin 40 ulosmenosignaali itse asiassa kuristamisessa signaalivientiin piiriin 50 niin, että nyt nopeus-signaali w(tQ) tulee varastoiduksi piirissä 50. Kytkinelement-tinä voi toimia esimerkiksi kenttätehotransistori. Piiri 50 kerää toisin sanoen signaalin w(t ).

o

Ulosmenosignaali komparaattorista 40 kytkee kytkimen 60, esimer-kiski kenttätehotransistorin tai kaksinapaisen transistorin, joka puolestaan ohjauslaitteen kautta aktivoi jarrutusvoimamodu-laattorin 80 jarrutuksen vähennysvaihetta varten. Jarrutuksen pienentämisvaiheen pituus määrätään siitä, kuinka pitkän ajan 10 751 23 pyörälle ottaa "palautua" hyväksyttävään nopeuteen. Tätä hyväksyttävää nopeutta tai suositusnopeutta esittää käyrä M kuvassa 1 ja se vaihtelee siis ajan mukana. Tällainen suosituskäyrä voidaan saada piiristä 50 tyhjentämällä varastoitu signaali sopivalla tyhjennysnopeude1la. Erittäin yksinkertaisessa toteutusmuodossa voidaan siis kondensaattoriin varastoitu jännite, joka edustaa nopeutta w(t ) purkaa sopivasti mitoitetun vastuksen o kautta. Vastuksesta saadaan silloin signaali, joka edustaa suo-situskäyrää M. Jos ulosmenojännitettä esitellään näin suurelle negatiiviselle potentiaalille, saadaan purkauskäyrälle tarpeeksi suoraviivainen kulku. Vaihtoehtoisesti voidaan kondensaattori purkaa vakiovirralla, kuten esitetään kuvan 5 mukaisessa toteutusmuodossa, joka antaa suoraviivaisen kulun.

Esillä olevan keksinnön mukaisen elektronisen ilmaisimen digitaalisessa, mieluummin mikrotietokoneohjatussa versiossa voidaan suosituskäyrä tehdä laskevan porraskäyrän muotoiseksi. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi kristalliohjatulla jännitegeneraatto-rilla, joka ennalta määrätyssä tahdissa portaittain alentaa ulos-menojännitettä sopivin jänniteportain. Näiden portaiden suuruus voi suositussa toteutusmuodossa olla määritetty vaikuttavalla jarrutusvoimalla. Vaihtoehtoisesti voi jännitegeneraattori porrastaa jännitteen alas tasaisin portain, jolloin sen sijaan aikajaksoa jokaiselle portaalle voidaan vaihdella vaikuttavan jarru-tusvoiman mukaisesti.

Ulosmenosignaali suositus- ja keräyspiiristä 50 viedään toiseen komparaattoriin 70 ja verrataan siinä nopeussignaaliin w(t) tako-metristä 10. Komparaattori 70 voidaan ilmaisimen analogisessa versiossa tehdä operaatiovahvistimesta, esim. LM 324, jolloin jännitteitä verrataan, ja ilmaisimen digitaalisessa versiossa taajuuskomparaattorista. Kun takometrisignaali saavuttaa suosi-tussignaalin antaa komparaattori loogisen ulosmenosignaalin "0", joka merkitsee, että jarrutusvoiman alennusvaihe on lopetettava. Tämä looginen signaali "0" viedään kytkimelle 60, joka vuorostaan vaikuttaa jarrutusvoimamodu1aattoriin 80 itse asiassa lopettaen j arrutusvoiman väh(Öen'ämis j aksoon , sekä keräy sp i i r i in 50 niin, 75123 että sisäänmenosignaali w(t) jälleen voidaan hankkia.

Kuten yllä on mainittu, voi suosituskäyrän M kaltevuus kuvassa 1 esitetyssä toteutusmuodossa riippua kitkakertoimesta μ pyörän ja alustan välillä. Kokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että kitkakerrointa voi edustaa esimerkiksi vaikuttava jarrutusvoima. Vaikuttava jarrutusvoima voidaan tuntea esimerkiksi siten, että männät ja jouset vaikuttavat vastukseen tai kondensaattoreihin. Myös voidaan mekaanisesti tuntea voimista tai momentista nivelissä ja liikkeiden tai langanvenymisanturin avulla kehittää virta tai jännite, joka on verrannollinen moduloituun jarrutusvoimaan. Tällä tavalla voidaan siis saada kitkakertoimen suuruuden palautus suosituspiiriin 50. Tämä palautus on kuvassa 4 yksinkertaisuuden vuoksi esitetty säädettävällä vastuksella blokissa 50. Vastusta säätämällä saadaan säädettävä purkausnopeus ja siten vaihteleva kaltevuus käyrälle M kuvassa 1. Suositussa toteutus-muodossa puretaan kondensaattorimuisti virralla, joka on verrannollinen moduloivaan jarrutuspaineeseen.

Myös rajahidastus aQ voidaan samalla tavalla kuin suosituskäyrä M tehdä riippuvaksi kitkakertoimesta μ pyörän ja alusta välillä, kuten edellä on mainittu. Tämä on kuvassa 4 merkitty katkoviivoin takaisinvientinä jarrutusvoimamodulaattorista 80 suositusar-von antajaan 30.

Edellä selostetun ilmaisimen S avulla on siis mahdollista tuntemalla pyörän pyörintänopeus ja tuntemalla moduloitu jarrutusvoima todeta osaksi milloin jarrutusvoiman vähentäminen tulee alkaa, osaksi milloin tämän vaiheen tulee loppua, riippuen kitkakertoimesta μ pyörän ja alustan välillä. Sopivana parametrina tälle riippuvuudelle on yllä annettu moduloitu jarrutusvoima. Tämä voi mekaanisessa järjestelmässä suoraan edustaa itse jarrutusvoimaa, mutta voi myös pneumaattisessa tai hydraulisessa järjestelmässä edustaa vaikuttavaa jarrutuspainetta.

Toinen parametri, joka voi olla mielenkiintoinen määrättäessä suosituskäyrän M laskemista ajan mukana ja rajahidastusta aQ, 12 751 23 on vaikuttava kuorma. Raskaasti kuormitetulla ajoneuvollahan on nimittäin parempi jarrutusvaikutus kuin kuormattoma11 a ajoneuvolla. Siksi voi olla sopivaa tunnistaa vaikuttava kuorma samalla tavalla kuin vaikuttava jarrutusvoima. Esimerkiksi voidaan kytkeä sarjaan kaksi potentiometriä, yksi edustaen vaikuttavaa jar-rutusvoimaa ja yksi edustaen vaikuttavaa kuormaa. Potentiometrien kokonaisvastus edustaa silloin mittaa suosituskäyrän M sopivalle kaltevuudelle ja mahdollisesti myös rajahidastukselle aQ.

Yllä olevassa selostuksessa on koko ajan oletettu ilmaisin S jokaiselle pyöreälle moduloiduin jarrutusvoimin. Tietysti on myös mahdollista, että useampaa pyörää ohjataan yhdellä ilmaisimella S. Esimerkiksi voidaan ajatella erillisen pyörän nopeuden sijasta mitata kardaaniaksel in pyörintänopeus. Täten voidaan esimerkiksi molempia takapyöriä ajaa yhdessä yhdellä ilmaisimella. Vaihtoehtoisesti on myös mahdollista säästämistarkoituksessa antaa yhden ilmaisimen ohjata kaikkia neljää pyörää. Silloin voidaan antaa pyörien keskinopeuden muodostaa ulosmenopiste signaalin käsittelylle.

Kuvassa 5 esitetään nykyisin suosittu toteutusmuoto kuvan 4 mukaisesta elektronisesta ilmaisimesta.

Kuvassa 5 on, missä niin on mahdollista, annettu kuvan 4 mukaiset eri blokit. Tulosignaali w(t) hammastetusta pyörästä siihen kuuluvine optisine mittaushaarukoineen viedään taajuus/jännitemuut-tajaan 10, joka on rakennettu integroidun piirin LM 2907 ympärille. Täten saatu jännite derivoidaan derivointiyksikössä 20, joka on rakennettu operaatiovahvistimen ympärille. Derivoitua jännitettä verrataan komparaattorissa 40 suositusarvoon aQ potentiometristä. Muistielimen yksikössä 50 muodostaa kondensaattori, ja suosituskäyrä M muodostetaan purkamalla tämä vakiovirralla. Vaikuttava jarrutusvoima viedään edelleen paineanturin avulla, joka suositussa toteutusmuodossa muodostuu permanenttimagneetista ja Hall-elementistä, signaalina P yksikköön 50, jolla purkausvirran suuruutta ja siten suosituskäyrän M kaltevuutta voidaan säätää. Paineanturin magneettiosa kiinnitetään jousikuormitettuun 13 751 23 mäntään, joka liikkuu sylinterissä, joka on yhteydessä jarrutus-sylinteriin ja tuntee moduloidun jarrutuspaineen. Etäisyys perma-nenttimagneetin ja Ha11-e 1ementin välillä on verrannollinen paineeseen ja vaikuttaa Hall-elementin ulosmenosignaaliin sillä tavoin, että muistin purkausvirtaa, ja siten suosituskäyrän kaltevuutta voidaan säätää tarkoitetulla tavalla.

Alkusignaalin esiinotto pyörähidastuksen määrätyn kynnysarvon ylityksessä pohjautuu ilmaisimessa, kuten tähän mennessä on selostettu, elektroniseen derivointiin, mikä on suhteellisen hankala operaatio.

On kuitenkin jo vuosikymmeniä ollut olemassa joukko luotettavia, yksinkertaisia ja halpoja mekaanisia laitteita, jotka antavat signaalin ylitettäessä pyörinnän hidastuksen kynnysarvo. Hyvin-tunnettu sellainen on "Maxareten", jota on käytetty lentokoneiden lukkiutumattomissa jarrutusjärjestelmissä 1940-luvulta lähtien. Sellaiset laitteet perustuvat kaikki heiluripyörään, joka voi liikkua pienen kulman suhteessa siihen akseliin, jolle pyörä on asennettu. Pyörä on jousikuormitettu akselin olaketta vasten pyörimissuunnan vastakkaisessa suunnassa. Jos heiluripyörä saatetaan hidastamaan kulmahidastuksella, joka on suurempi kuin se, jota vastaa heiluripyörän hitausmomentti ja jousikuormitus , niin tulee heiluripyörä kiertymään pienen kulman. Tätä liikettä voidaan käyttää hyväksi virtakatkaisijan sulkemiseen. Jousikuor-mituksen ja heiluripyörän hitausmomentin voidaan täten sanoa antavan suositusarvon, joka vastaa ylläolevan mukaista suositusar- voa a . o Tällaisten probleemien välttämiseksi keksinnön mukaisessa elek-ronisessa ilmaisimessa, joita elektroninen derivointi voi aiheuttaa, voidaan määrätyt elektroniset komponentit korvata ylläolevan mukaisella mekaanisella hidastusilmaisimella. Sellaisen toteutusmuodon blokkikaavio esitetään kuvassa 6.

Kuvassa 6 esitetään blokin 20 mekaaninen hidastusiImaisin. Heiluripyörä jousineen ja virtakytkimineen korvaa periaatteessa 14 751 23 blokit 20, 30 ja 40 kuvan 4 mukaisessa toteutusmuodossa. Muut elementit kuvan 6 mukaisessa toteutusmuodossa voivat olla muodoltaan samat kuin kuvan 4 mukaisessa toteutusmuodossa. Tästä syystä on myös eri blokit kuvassa 6 varustettu samoilla viitenumeroilla kuin kuvan 4 mukaisessa toteutusmuodossa.

Katkoviivalla kuvassa 6 tarkoitetaan vaikuttavan jarrutusvoiman takaisinkytkentää suositusarvon antajaan rajahidastusta a^ varten. Tällainen takaisinkytkentä voi tapahtua esimerkiksi siten, että jousen yhtä kiintopistettä siirretään vaikuttavasta jarru-tusvoimasta riippuen.

Kuvassa 7 esitetään kaavioi1isesti suosituskäyrän M kulku jarru-tusvoiman vähentämisvaiheen aikana. Nämä kaksi käyrää kuvassa lähtevät samasta alkunopeudesta Uq ja saavuttavat ajan t ^ tai t^ kuluttua saman loppunopeuden u^.. Jyrkemmän kaltevuuden omaava käyrä vastaa hyvää tienpintaa (esim. kolme ensimmäistä jaksoa kuvassa 1), kun taas loivemman kaltevuuden omaava käyrä vastaa huonompaa tienpintaa (esim. kolme viimeistä jaksoa kuvassa 1). Tämä suhde voidaan ilmaista niin, että samalla ajoneuvon lähtönopeudella mutta erilaisilla tienpinnoilla tulee ottamaan eri pituiset ajat ennnenkuin suosituskäyrä M saavuttaa loppunopeuden u^,. Kuvassa 7 saavutetaan tämä sillä, että suosituskäyrillä on erilainen kaltevuus.

Toinen tapa saavuttaa sama tulos on antaa suosituskäyrillä olla sama kaltevuus mutta erilaiset alkunopeudet. Esimerkki tästä esitetään kuvassa 8.

Kuvassa 8 on alempi käyrä lähtönopeudesta u^ saavuttanut loppunopeuden Uj. ajassa t , kun taas ylempi käyrä lähtönopeudesta u^ on saavuttanut loppunopeuden u^. ajassa t^. Sen sijaan, että annetaan molemmilla käyrillä olla sama lähtönopeus ja erilaiset kaltevuudet, kuten kuvassa 7, on siis kuvassa 8 annettu käyrillä olla sama kaltevuus mutta erilainen lähtönop.eus. Molemmat tarkastelutavat johtavat samaan lopputulokseen, nimittäin että loppunopeus Uj. yhdelle käyrälle saavutetaan ajassa t^, kun taas 15 75123 loppunopeus u^. toiselle käyrälle saavutetaan ajassa t^ .

Vastaavuutta molempien tarkastelutapojen välillä kuvissa 7 ja 8 voidaan käyttää hyväksi tämän keksinnön mukaisessa elektronisessa ilmaisimessa. Toteutusmuoto, joka käyttää hyväksi tätä vastaavuutta esitetään kuvassa 9.

Kuvan 9 mukaisessa toteutusmuodossa ei mitata suoraan pyörän nopeutta, vaaan tämä viedään sen sijaan säädettävään vaihteistoon 90. Sädettävän vaihteen tehtävänä on vaihtaa ylös tai alas pyörän nopeutta riippuen vaikuttavasta jarrutus voimasta (tienpinta). Sen sijaan, että mitattaisiin pyörännopeutta suoraan, mittaa ilmaisin nyt säädettävän vaihteiston kierroksia. Ilmaisinta siis petetään luulemaan, että pyörän kierrosnopeus on yhtä kuin vaihteiston ulosmenonopeus. Sen avulla, että takaisinkytkentä modu-lattorista nyt tapahtuu säädettävään vaihteistoon, voi purkautuminen muistista tpahtua vakionopeudella (suosituskäyrällä M on sama kaltevuus kaikilla tien laaduilla). Tätä on merkitty kuvassa 9 sillä, että säädettävä vastus yksikössä 50 on korvattu kiinteällä vastuksella.

Muuten voi blokki 20 kuvassa 9 olla saman mekaanista hidastusil-maisimen tyyppiä, kuin kuvan 6 mukaisessa toteutusmuodossa ja muut elementit samaa elementtityyppiä kuin kuvan 4 mukaisessa toteutusmuodossa.

Toinen vaihtoehto on sijoittaa kuvan 4 mukaisessa toteutusmuodossa säädettävä vaihteisto pyörän ja takometrin 10 väliin. Takaisinkytkentä modulaattorista 80 keräys- ja suositusyksikköön 50 johdetaan sen sijaan säädettävään vaihteistoon ja suositusyksik-kö 50 puretaan silloin vakionopeudella.

Asiantuntija käsittää, että eri toteutusmuotoja voidaan muunnella ja yhdistellä monilla tavoin keksinnön perusajatuksen puitteissa, jota selostetaan liitteinä olevissa patenttivaatimuksissa.

Claims (9)

16 75123

1. Elektroninen ilmaisin jarrutuksen keventämisvaiheen aloit tamisajankohdan ja keston toteamiseksi jarrutusvoiman modulaatio jaksoissa ajoneuvoissa, joissa on nk. lukkiutumaton jarrutusjärjestelmä, johon kuuluu takometri (10) ainakin yhden pyörän nopeuden suuruuden ilmaisemiseksi, differentioi-mispiiri (20) takometrin (10) nopeussignaalin (w(t)) aikade-rivointia varten, komparaattori (40) differentioimispiirin (20) derivoidun signaalin vertaamista varten suositussignaa-lin (aQ) kanssa suositusarvoanturista (30), kytkin (60), joka kytketään päälle komparaattorin (40) ulosmenosignaalin vaikutuksesta kun derivoitu signaali (a(t)) on saavuttanut suosi-tusarvon (aQ), jonka vuoksi jarrutuksen kevennysvaihe alkaa jarrutusvoimamodulaattorin (80) vaikutuksesta, suositus- ja keräyspiiri (50) takometristä (10) tulevan hetkellisen nopeussignaalin (w(t)) varastointia varten sekä tämän signaalin hetkellisen arvon (w(tQ)) keräämistä varten ajankohtana jolloin derivoitu signaali (a(t)) on saavuttanut suositusar-von (aQ) sekä suositussignaalin (M) antamista varten, joka edustaa suositusnopeutta, joka viedään toisen komparaattorin (70) sisäänmenoon ja verrataan siinä nopeussignaalin (w(t)) kanssa takometristä (10), jolloin toisen komparaattorin (70) ulosmenosignaali aukaisee kytkimen (60) kun nopeussignaali (w(t)) takometristä (10) on saavuttanut nopeussuositussignaa-litason (M), jonka vaikutuksesta kytkin (60) sulkee jarrutusvoimamodulaattorin (80) ja päästää jälleen signaalin (w(t)) keräyspiiriin (50), tunnettu laitteesta moduloidun jarrutusvoiman tunnistamiseksi kevennysvaiheen aikana, tämän jäileenkytkemiseksi suositus- ja keräyspiiriin (50) sen asteen asettamiseksi, jolla nopeuden suositussignaali (M) vaihtelee moduloidusta jarrutusvoimasta riippuen.

2. Elektroninen ilmaisin jarrutuksen keventämisvaiheen aloittamisajankohdan ja keston toteamiseksi jarrutusvoiman modulaatio jaksoissa ajoneuvoissa, joissa on ns. lukkiutumaton jarrutusjärjestelmä, johon kuuluu takometri (10) ainakin 17 75123 yhden pyörän nopeuden suuruuden ilmaisemiseksi, kynnysarvon anturi (20; kuvat 6, 9) pyörän hidastuvuutta edustavan suu reen tunnistamista varten ja ulosmenosignaalin antamista varten kun tämä ylittää suositushidastuvuuden (aQ), kytkin (60), joka kytketään päälle kynnysarvoanturin (20) ulosmeno-signaalilla kun pyörän kiihtyvyys (a(t)) on saavuttanut suositusarvon (ao), jonka vaikutuksesta jarrutuksen kevennys-vaiheen aloittaa jarrutusvoimamodulaattori (80), suositus- ja keräyspiiri (50) takometristä (10) tulevan hetkellisen nope-ussignaalin (w(t)) varastoimiseksi sekä tämän signaalin hetkellisen arvon (w(t )) keräämiseksi sinä ajankohtana, kun pyörän hidastuvuus (a(t)) on saavuttanut suositusarvon (aQ) sekä suositussignaalin (M) antamiseksi edustaen suositusnope-utta, joka viedään komparaattorin (70) yhteen sisäänmenoon ja verrataan siinä nopeussignaalin (w(t)) kanssa takometristä (10), jolloin komparaattorin (70) ulosmenosignaali aukaisee ·. kytkimen (60) kun nopeussignaali (w(t)) takometristä (10) on saavuttanut nopeuden suositussignaalitason (M), jonka vaiku-i tuksesta kytkin (60) katkaisee pois jarrutusvoimamodulaatto- 1 rin (80) ja päästää jälleen signaalin (w(t)) keräyspiiriin ; (50), tunnettu laitteesta moduloidun jarrutusvoiman tunnistamiseksi kevennysvaiheen aikana, tämän jälleenkytkemi-seksi pyörän ja takometrin väliin kytkettyyn säädettävään vaihteistoon (90) vaihteiston välityksen asettelemiseksi moduloidusta jarrutusvoimasta riippuen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että moduloitu jarrutusvoima takaisinkytketään suositusarvoanturiin (30) suositusarvon (aQ) asettelua varten riippuen vaikuttavasta jarrutusvoimas-ta.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että moduloitu jarru-tuspaine tunnistetaan hydraulisessa tai pneumaattisessa jarrutusjärjestelmässä. 75123 18

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että suositus- ja keräilypiiri (50) sisältää kondensaattorin nopeussignaalin (w(t)) varastointia varten.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että kondensaattori puretaan jarrutuksen kevennysvaiheessa vastuksen kautta, jolloin vastuksen suuruutta ohjataan moduloidulla jarrutusvoimalla.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että kondensaattori puretaan virralla, jonka suuruus riippuu moduloidusta jarrutusvoimasta.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että kynnysarvoanturi (20) käsittää mekaanisen hidastusilmaisimen, joka muodostuu heiluripyörästä ja suositusarvoanturina toimivasta jousesta, joka suositushidastuvuuden (aQ) ylitystapauksessa sulkee erään katkaisijan.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 3-8 mukainen elektroninen ilmaisin, tunnettu siitä, että aseteltaessa suositus-arvoa (aQ) pyöräkuormasta riippuen tunnetaan ja takaisinkyt-ketään ajoneuvon kuorma. 19 75123