SE435702B - Vakt for retardations-/accelerationsavkenning - Google Patents

Description

7ao4s7a-7 2 billigare, men de kräver en viss relativ vridrörelse mellan kopplings- halvorna för att vridmomet skall ernås, vilket innebär en viss, ehuru för vissa användningsområden för vakten godtagbar, spridning i de g- värden, för vilka vakterna skall avge signal. _ För faokmarmenärdetbelænt attenvalctsskg-värdeisazrínazxdmed användning i bromskontrollsystem för fordon definieras med utgångspmlct ifrån fordonets hastighetsändring, vilken orsakar den rotationshastig- hetsändring som svänghjulet i vakter, t ex enl fig 1 och 2 utsätts för under de förhållanden då vakten avger signal. Saxnbandet däremellan är v = r . w, där v är fordonshastighet, r är hjulradie och w är vinkelhas- tigheten för fordonshjulet. Vidare utnyttjas det faktum att g = jordaccelerationen = 9,81 m/sekz (i genomsnitt). Höga retardations- värden ger då höga g-värden och vice versa. Normala g-värden för vakter till fordonsbronwskozztrollsystem brukar ligga mellan 0,7 och 1,5 g. Även om således många olika kopplingar kan användas kommer dock i det följande endast vakter som är försedda med kopplingar av magnet- pulvertyp om sådana som grundar sig på magnetisk hysteres att diskute- ras. åBåda de nämnda kopplingstypenza måste anses så väl kända att endast en summarislc beskrivning av deras funktionsprinciper och egenskaper bör vara tillsäoklig. De användes i många sammarmang både i form av kopp- lingar och som bromsar. Det är här lämpligt att tala om "stator" och "rotor". Det är vidare lämpligt med hänsyn till den här beskrivna vakt- konstruktionen, därför att anordningen funktion närmast är att betrakta som en koppling mellan en ingående axel och ett svänghjul, att beteck- na anordningen som en 'kopplingfi Magnetpulverkopplingens stator består av ett mtationssyrmnetriskt i element av järn med en inre cylindrisk kopplingsyta. Dess rotor består ävenledes av ett rotationssylmnetriskt element av järn, som är roterbart lagrat inuti. statom och innefattar en yttre cylindrisk kopplingsyta som löper med ett litet spel eller spalt :rot statorns inre Ikopplings- yta. En solenoid är så anordnad att statom blir en S-pol och rotorn en N-pol eller vice versa. I spalten mellan statom och rotorn finnes en viss mängd magnetiskt pulver som under inverkan av magnet-fältet i spal- ten mellan rotorn och statorn lägger sig i strängar mellan dessa och erbjuder ett motstånd då rotorn vrides i förhållande till statorn, vil- 7804673- 7 lämplig utformningen av wkter kan göras fir användning av en viskös koppling, en virvelströmskoppling eller olika kopplingar av typen elektrisk generator.

Hystereskopplingens stator l, vilken består av en yttre del 2, en inre del 3 samt en solenoid 4, uppbärs i vaktens ej visade hus av kul- lager 5, 6. I statorns inre del 3 är en ingående axel 7 lagrad i ett nållager 8 och i ett kullager 9. Hystereskopplingen rotor 10 är fast förenad med ringhjulet ll hos en planetväxel 12. Hystereskopplingens rotor 10 och därmed ringhjulet ll bärs upp av den ingående axeln 7 över ett kullager 13. I den i ett stycke med den ingående axeln 7 utförda flänsan 14 är tra tappar 15 fastsatta, på vilka tappar planatväxalns l2 tre planethjul 16 löper. En axels 17 ena ände är utförd som ett kugg- hjul, som utgör planetväxelns 12 solhjul. Axelns andra ände uppbärs av ett kullager 18, vars ytterring är fixerad i det ej visade vakthuset.

På axeln 17 är att svänghjul 19 fastmontarat. På statams l yttaraal 2 är att utskott 20 fast nmterat, vilket utskott uppbär två olilra stora, varandra motverkande permanentmagneter 21, 22, vilka är avsedda att aktivera ett tungelement 23 med anslutningar 24, 25. Utskottet 20 och därmed statorn 1 kan vrida sig ornkring vaktens längdaxel inom en liten vinkel, vilken begränsas av i det ej visade vakthuset xrmterade stopp- skruvar 26, 27. Denna vínkelrörelse är så avpassad att om statorn vrids i pilens 28 riktning mot verkan av en fjäder 29 till dess att rörelsen stoppas mot stoppskruven 27 (som visas monterad i ett bleck 70) så sluts tungelementet 23, och om statorn vrids i pilens 28 motsatta rikt- ning tills vridrörelsen stoppas av skruven 26 så bryter tungelementet 23.

Anordningerls arbetsfunktion skall nu beskrivas närmare. Vid stilla- stående och vid konstant rotation i pilens 28 riktning håller fjädern 29 utskottet 20 mot stqpskruven 26, varvid permanentmagneterna 21, 22 befinner sig i en sådan position i förhållande till det i det icke visade vakthuset fastsatta tungelementet 23, att detta är brutet medfö- rande att en förstärkare 66 (se fig 4) styrs att genom solenoidanslut- ningarna strömlägga solenoiden 4 från strömkällan 65. Den ingående axelns 7 vridningsrörelse överförs därmed positivt och utan eftersläp- ning över planetväxeln 12 till axeln 17 och därmed till svänghjulet 19.

Om den ingående axeln 7 utsätts för en vinkelretardatim som större 7894673-'7 6 än den som enligt mekanikens lagar motsvaras av vridmomentet från fjädern 29 och det gemensamma tröghetsmomentet för svänghjulet 19, axeln l7 och medroterande delar av kullagret 18 så övervinnas spänningen i fjädern 29, varvid utskottet 20 med de båda permanent- magneterna 21, 22 tillsammans med statorn l vrider sig i pilens 28 riktning till stopp mot stoppskruven 27, varvid permanentinagneterna 21, 22 rör sig till ett sådant läge att tungelementet 23 sluter och styr förstärkaren 66 att bryta strömmen till solenoiden 4. Därvid släpps hystereskopplingens rotor 10 och därmed ringhjulet ll fria, varför statorn 1 inte längre är utsatt för något vridmoment från rotorn 10.

Fjädern 29 iförmår då återföra stetöm mea utskottet zo een perrenent- magneterrza till den position för permanentmagnetenxa 21, 22, vid vilken tungeiementet 23 åter bryter så att förstärkaren 66 återigen för ström r till solenoiden 4. Ett bromsmoment uppstår då återigen mellan hystereskopplingexas rotor 10 och statorn l och om den ingående axeln 7 i fortfarande är utsatt för en vinkelreftardatim som är större än den som bestäms ev tröghetsmömezrtet för svänghjulet 19 etc ööh fjädern 29 så bryter tungelemenrtet 23 åter strömmen till solenoiden 4. Svänghjulet l9, axeln 17, ringhjulet ll, rotorn 10 och planethjulen 16 kommer på detta sätt att bromsas upp av ett genomsnittsmoment betingat av hystereskopplingerxs Inaxinxala Inoment och det lilla frilctionsmoment som utövas av planetväxeln 12, kullagren 18 och 13 etc i ett högfrekvent förlopp av “stick-slip"-karaktär. Detta "stick-slipflförlopp fortsätter så länge den ingående axeln 7 retarderar med högre värden än vaktens irxställningsvärde, 'rungelementet 23 avger sålunda en högfrelcvent pul- serande strömsignal. I stället för det permanentmagnetmanövrerade tungelementet 23 kan givetvis en vanlig lnikrobrytare användas. Erfaren- heten visar dock att det här visade brytarrangenlanget är det bästa.

För att ytterligare belysa vaktens arbetssätt Lämnas i det ñljande en funktionsbeskrivning i anslutning till fig 4 som är ett blockdiagrain över ett av många tänkbara exempel på ett elektriskt kopplingssclxenxa för de i ett system enligt uppfinningen ingående elementen. Vid vaktens användning för kontroll av ett fordons bromssystem är vid normal färd eller vid lätt bromsning vaktens tungelement 23 brutet varvid ingen spänning ligger på styringångarrla till solenoidkretsexas firstärkare 66 och bromskraftmodulatorns 41 hållkrets 67 vilka båda enheter är så 780-4673-7 ket motstånds storlek är beroende av kopplingens dimensioner och proportioner, rnängden magnetiskt pulver etc men scm för en viss kopp- ling är direkt proportionellt mot faltstyrkan i solenoiden, dvs av den pålagda strömmen. Momentet är också i stort sett oberoende av varv- talet.

Magnetpulverkopplingen kan ge stora moment trots små yttre dimen- sioner och låg strömförbrukning, vilket är en klar fördel i detta sam- manhang men den har den nackdelen att cbörxhörligt vara utsatt för ett visst slitage. Magnetpulverkopplingen är emellertid för vissa vaktapp- likaticzner mycket länplig.

I I en hystereskoppling består rotorn i allmänhet av en trumma eller mera ovanligt en plan skiva av magnetiserbart material. I det följande skall enbart hystereskopplingar av trumtyp beskrivas. Den principiella funktionen är lika för båda typerna. Det finns flera tillverkare av hystereskopplingar av trumtyp, av vilka den mest kända torde vata det amerikanska företaget MAGTROL. Trummanihar bara en gavel, i vilken en axel är fastsatt. Axeln är koncentrisk med trumman. Statorn består av en yttre och en inre del. Den yttre är ringfonnig och är monterad kon- centriskt med rotorn. Den inre utgöres av en cylinder som likaledes är monterad koncentriskt med trumman. Genom den inre delen finns ett centralt hål, genom vilket tmmaxeln går. Den inre statordelen irmehål- ler i allmänhet också rotoraxelns lager. I den yttre delens inneryta och den :Inre delens ytteryta är upptaget lika många längsgående spår.

De båda statordelarna monteras så att spåren är förskjutna en halv del- ning i ferhåuarae till varandra. mellan spåren bildas på detta sätt bommar, vars toppar utgöres av smala cylindriska mantelytor, som sluter tätt intill trummans inre resp yttre mantelyta. De båda statordelanxa kan magnetiseras medelst en solenoid så att den yttre blir S-pol och den inre N-pol eller vice versa, vilket innebär att rotorn kan sägas vara omgiven av ett antal magnetpoler oda att den på insidan bestryks av lika många motpoler, firskjutna al halv delning. Härigenom magneti- seras rotorn efter ett visst mönster och då rotorn vrides måste detta mönster forskjutas i mtorns massa. Denna ständiga ommagnetisering sker med en förlust, en s k hysteresförlust, och det är denna förlust som är upphov till nomentet.

Momentet är varvtalsoberoende och har fullt värde från och med iían4s73-1 stillastående. Det enda förutom luftmolstånd och lagerförluster, som för kopplingar av här aktuell storleksordning och varvtal är försumba- ra, som stör varvtalsoberoendet är en ofrånkomlig virvelströmsförlust.

Genom lämplig konstruktiv utformning av kopplingen i sin helhet och val av mataerial i trumman kan denna icke linjära del av det totala momen- tet hållas under l % av det totala momentet. För en viss kopplingskm- figuration är momentet proportionellt mot statorrnagnetiseringen, dvs direkt proportionellt not strönstyrkan i solenoiden.

Det skall observeras att både magnetpulverkopplingar och hysteres- kopplingar måste matas över ett temperaturkoxxxpenserat konstantströms- aggregat om momentet skall hållas konstant trots varierande temperatu- rer hos solenoiderna, vars motstånd varierar med varierande temperatu- rer. Ett konstantströmsaggregat kan också Visa sig därför att strömkällan, t ex batteri-generator-systemet i ett fordon, inte håller konstant spänning.

En är närvarande fóredragen utföringsform kommer i det följande att beskrivas närrrare med hänvisning till de bifogaderitningarraa, där fig l i perspektivvy visar vakten enligt en fir närvarande föredra- gen utföringsfom, fig 2 i vertikalt snitt illustrerar en tvärsektion genom vakten enligt fig l, fig 3 schenatiskt illustrerar en .länplig applikation, 7 fig 4 är ett blockdiagram avseende en typisk anordning där uppfin- ningen ingår, och fig 5 är ett diagram beträffande sambandet mellan vissa angivna hastigheter samt de signaler som då avges dels från vaktens tungelemerrt och dels till bromskzcaftmodulatorn och tiden under de skilda perioderna för det i diagranmet visade förloppet. I I vakten som illustreras på fig l och 2 är försedd med hystereskqpp- ling och nedanstående konstruktiva beskrivning kommer att göras med hänvisning till en sådan vakt. Det inses lätt med ledning av vad som ovan sagts beträffande magnetpulver- och hystereskopplingar att den konstruktiva utformningen av en vakt enligt lippfirnfingen försedd med magnetpulverkoppling blir i stort sett identisk med den på. ritnjngs- figurerna l och 2 visade vakten med hystereskoppling. Med ledning av vad som illustreras på fig l och 2 inser fackmannen inom området hur 7$Ifl46 73- 7 konstruerade att vid brutet tungelement 23 vaktens solerxoid 4 får ström över konstantströnaggregatet 68 under det att bromskraftmodulatorn 41 inte matas med ström. Vid överskridet gränsretardationsvärde övervinnes spänningen i fjädern 29 varvid statorn 1 och utskottet 20 med perma- nentmagneterrxa 21, 22 vrids så att permanentmagneterrna sluter vaktens tungelement varvid styringången för hâllkretsen 67 och därmed styrin- gången för förstärkaren 63 spänningslägges. Därvid brytes strömmen till vaktens solenoid 4 så att bromsanordningen släpper planetväxelns 12 ringhjul ll fritt samtidigt som bromskraftmodulatorn 41 får ström. Så snart planetväxelns 12 ringhjul ll släpps fritt återför fjädern 29 ut- skottet 20 tillsammans med statorn 1 och permanentmagneterna 21, 22 till det läge där tungelementet 23 åter bryter varvid bromsanordningen åter stoppar ringhjulets ll fria rotation. Strömtillförseln till broms- kraftmodulatorn 41 upphör emellertid inte momentant utan fördröjs en kort tid (se diagrammet fig 5). Om, då bromsanordningen bromsat upp ringhjulet 11, den :ingående axeln 7 fortfarande retarderar med värden som ligger över gränsretardationsvärdet (det i vakten injusterade g- värdet) övervinnes spänningen i fjädern 29 igen varvidstatorn l med utskottet 20 och permanentmagneterna 21, 22 vrider sig så att perma- nentmagnetenm 21, 22 återigen sluter tungelementet 23 odl cykeln upp- repar sig på detta sätt ända tills den ingående axeln 7 upphör att re- tardera med värden som ligger över det injusterade g-värdet. Frekven- sen för utförda vakter brukar ligga mellan 40 och 100 Hz. Detta kopp- lingsschema är uppbyggt på att tungelementet vid initialaktiveringen slutes. Man kan givetvis lika gänaa göra en elektrisk samrnarflcomlizag som bygger på att tungelementet vid initialaktiveringen i stället brytes.

I diagrammet enligt fig 5 visas nedtill tre kurvor markerande dels fordonshastigheten, dels svänghjulets medelhastighet och dels fordonshjulhastigheten i relation till tiden urxder ett inbromsningsfór- lopp och upptill i figuren markeras för motsvarande tidsperioder ut- seendet för dels den signal som avges från vakten till modulatorn (den övre linjen), dels utseendet för signalen som avges från tungelementet till hållkretsen (den nedre linjen). På den i diagrammet (fig 5) visa- de intermittenta signalen från tuungelementet har med At markerats den kortaste tidsfördröjningen som hållkretsen måste åstadkomma för att 73 0-46-73* 7 8 åstadkomma en kontinuerlig signal för att styra strömmen till broms- kraft-regulatorn under hela den tid som den ingående axeln retarderar med högre värden än det inställda gränsvärdet. Med de fredverser, 40 - 100 Hz, som enligt ovan är vanliga för vakter enligt denna uppfinning är 'en eller ett par hundradels sekunder i allmänhet tillräckliga för attgåstaæarna dette.

Retaråationen hos svänghjulet bestäms visserligen av- dess tröghets- moment, hystereskopplingerls maximala moment, kvarvarande friktionsmo- ment etc men i fjädern 29 har det avgörande inflytandet, och man kan därför styra vaktens s k "g"-värden genom att variera spän- ningen i densamma.

Vaktens svänghjuls 19 vinkelretardation representeras av lutningen (derivatan) av de linjer i fig 5 som visar svänghjuletsihastighet. Man säger att höga retardationsvärden motsvarar höga g-värden och vice versa. Vid av vakter för ett visst fordcn måste man raöja sig med en kompromiss så att man får acceptabel stabilitet och någorlunda optimala bromssträckor vid alla förekommande last- och vägfriktiorzsför- hållanden om man inte på något sätt kan styra g-värdena med lämpliga parametrar. _ De föredragna kopplingskonstrxfitionerna i de vakter som här beskri- ves är sådana, att de medger enkla sätt att stym vakternas g-värden.

De twå viktigaste variablerna som bör ha inflytande på vakternas g- värden för ett visst fordon är dels hur det är lastat och dels vilka friktionsfirhållariden som råder mellan hjul och vägbana.

Fig 3 visar hur dessa båda variabler kan påverka en vakts inställ- ning. I fig 3 är 40 en källa för ett trycksatt medium, vanligen hyd- raulolja eller komprimerad luft, och 41 är en bromstrycksmodulator.

Ledningen 42 förbinder tryckkällan 40 med modulatorn 41 och ledningen 43 för trycket vidare till en hjulbromscylinder 62 för bromsen till fordonshjulet 44. Genom en ledning 45 förs det modulerade., eller om bromskontrollsystemet ej är i funktion, det omodulerade bromstryelcet till en cylinder 46 innehållande en kolv 47 med kolvstång 48 och retur- fjäder 49. Kolvstången 48 påverkar spänningen i vakteras fjäder 29. Cy- linaem 46 kan löpa axiellt utefter två styrgejder 52, 53. vid hjulete 44 axel är ena änden av en hävarm 54 ledbart fastsatt. Hävarmen 54 är ledbart lagrad på en tapp 56, vilken är fixerad i fordonets chassi 57. vsorlsva- 1 Hävarmerls andra ände 58 är ledbart fäst i den inre kabeln av en Bowden- kabel 59. Den andra änden av Bowdexikabelns inre kabel är fixerad i cy- lindern 46 i ett öra 60 på cylindern 46. Den yttre delen av Bowderkabelns 59 ytterhölje är i sin ena ände fäst vid chassit i närhe- ten av den ena änden 58 av hävarmen 54. Bowdenkabelns 59 ytterhöljes andra ände är fast vid de organ som saxmnanliåller och på lämpligt sätt fäster de båda styrgejdrarna 52, 53 i fordonet.

Den bromsfluidtrycksavkännande delen av systemet kommer nu att närmare beskrivas. Då inget tryck leds från tryckkällan 40 över nodula- torn 41 till bromsoylindern till hjulet 44 och därmed ej heller till cylindern 46, dvs då man inte bromsar, trycker returfjädern 49 kolven 47 fullt till höger i figuren, varför kolvstången 48 håller fjäder-ns 29 ena ände i ett läge för låg firspänning, vilket i sin tur motsvarar ett lågt g-värde hos vakten. Då man bromsar stiger fluidtryvket i cylindern 46 och kraften på kolven 47 spänningen i fjädern 49. varvid kolven 47 och dess kolvstång 48 börjar att röm sig åt vänster, varvid fjäderns 29 ena ände förs åt vänster i fig 3 motsvarande lägre g-värden i vakten. Vid ytterligare ökat tryck uppnås så småningom en punkt då hjulet tenderar att låsas, varför vakten avger signal till nnodulatom att sänka bromstrycket. Det bromstryck vid vilket vakten börjar att signalera är ett mått på de friktionsförhållanden som råder mellan njul- ooh vägbana ooh systemet har således ställt in vakten på ett for de rådande förhållandena lämpligt g-värde. Detta sätt att variera vakters g-värden är tillräckligt för fordon där hjultrycket varierar måttligt med hur fordonet är lastat, t ex tunga personbilar. På små lätta personbilar varierar emellertid hjultrycken avsevärt beroende på hur många personer som finns i bilen och hur mycket bagage som medförs. För många lastfordon är dessa variationer mycket accentuerade.

Det finns lastfordon där njultrydret är fyra gånger så stort när det är lastat som då det är olastat. På sådana fordon kan man öka bromskontrollsystemens effektivitet och versatilitet avsevärt om man också utnyttjar det sätt på vilket fordonet är lastat som styrpararneter för vakternas g-värden. Ju mer man belastar fordonshjulet 44 i fig 3 desto med sjunker bärfjädern 61 ihop. Vid ökad last vrider sig hävarmen 54 motsols omkring tappen 56. Därvid dras Bowderkabelns inre kabel av den ena änden 58 av hävarmen 54 nedåt, varvid den inre kabelns andra 7 80467397 10 ände, som är ñst i cylinderns 46 öra 60, drar cylindern 46 åt vänster i fig 3 varvid, under förutsättning att kolven 47 ligger stilla i. cylindern. 46, fjäderns 29 ena ände förs åt vänster i fig 3 moteett högre vakt-g-värde Man kan säga att den lastberoende g-värdesanpass- ningen ärgsupeiponerad på den fluidtrycksberoende g-värdesanpassxlingen.

För tryckluftsbromssystem firms bromskraftsmoduleringssystem utveck- lade, i vilka man inte lnodulerar lufttrydæt utan låter ett hydraulsys- tem motarbeta den bromskxaft, som utövas av det "normala" trycklufts- brorrssystexnet, s k mtkraftxnoduleringssystem. Ett exempel redovisas i svenska patentskríften nr 75 Ol883-8. För sådana moduleringssystem inses det lätt, att (zylinderarmngenlanget med cylindern 46, kolven 47, kolvstången 48 ooh returfjäaem 49 i flg 3 skall ersättas med ett dif- ferenrtialtryàcylillderarrangenlang i vilket ständigt hela det hjulcylirl- dern 62 pålagda lufttrycket också. ständigt påläggs kolvens 47 högra sida och det "motarbetarlde" Ilydraultryket ständigt påläggs kolvens 47 vänstra sida. om trymonlrådena för det 'normalaw bromslufttryoltat ooh det "motarabetande" liydraultryclcet är av olika storlek skall differen- tialtryokoylinaern bestå av tvâ olika stol-a med varandra fast formad- na kolvar med ett urluftat utrymme emellan i en cylinder med två olika diametrar motsvarande de två kolvdiametrarna. Vanligtvis är det 'ändtar- betande" hydraultrycket högre än det 'horxnala" bromslufttryclcet, varför den kolv scm känner av bronslufttryclcet är den större.

Fackmarmen inom området inser att olika variationer och modifika- tioner kan göras inom uppfizlrlingerls grundtanke sådandenna definieras i de bifogade patentklaverl. vilken som helst typ av elektriskt eller på annat sätt manövrerbar koppling kan således komma till användning i enlighet med föreliggande uppfinning om den tillgodoser övriga kriteria som ställes på kopplingen i det här avsedda samnarmanget.

Claims (3)

våsïflvßevffvs- 7 ll PATFNTKRAV

1. Vakt enligt något eller rågra av lcraven l - 5 i sverxska paten- tet nr 77 12342-0, k ä n n e t e c k n a d av att kopplingen utgöres av en magnetpulverkoppling, en virvelströmskoppling, en viskös kqap- ling, en koppling som arbetar på basis av magnetisk hysteres eller någon typ av elektrisk generator, varvid då kopplingen är en magnetpul- verkoppling eller av den typ som grundar sig på magnetisk hysteres den i vakten ingående elektriskt strömförsörjda solenoiden (4) under normal drift är kontinuerligt strömförsörjd men i aktiverat tillstånd genere- rar och matar vakten (1) solenoiden (4) med högfrekvent intermittent ström, som dessutom genom en utjämningsanordrüng (67) omvandlas till en kontinuerlig signal, som leds till bromskraftsmodulatorn (41).

2. Vakt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att solenoiden (4) för åstadkommande av temperaturoberoerade matas över ett konstant- strömsaggregat (68).

3. Vakt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att vaktens (l) g-värdesinställning är inställbar i beroende av pålagt bromsfluidtryck eller vid tryckluftssysteln differen 'altryck vid användande i kornbirua- tion med bromskraftsmoduleringssystem av “motkrafttyp" och/eller pålagt fordonslast, där g-värdesinställningen åstadkommas genom påverkan av en fjäder (29) för ändring av den fjäderkraft som bestämmer vaktens g- värdesirxställrzing.