DE1673440B1

DE1673440B1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Drehverzoegerung eines Fahrzeugrades fuer Schlupfregelsysteme

Info

Publication number: DE1673440B1
Application number: DE19671673440D
Authority: DE
Inventors: Klein Hans Christof; Guenter Werner
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1967-09-26
Filing date: 1967-09-26
Publication date: 1971-07-15
Also published as: US3522973A; GB1194956A; FR1563392A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrzeugrad-Drehverzögerung für Schlupfregelsysteme, die eine Impulsfolge mit einem sich in Abhängigkeit von der Drehzahl ändernden Tastverhältnis und anschließend die Differenz der über aufeinanderfolgende gleiche Zeitintervalle integrierten elektrischen Werte bildet, wobei ein mit dem Fahrzeugrad umlaufendes und in einem Abnehmer bei jeder Umdrehung eine vorgegebene Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugendes Element vorgesehen ist.

Mit zunehmendem Ansteigen der Forderungen an die Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeugen erhalten die Schlupfregelsysteme zur Verhinderung des Auftretens von Blockierungen der Räder beim Bremsen immer größere Bedeutung. Da diesen Regelsystemen als Eingangsgröße die Drehverzögerung der Fahrzeugräder zugeführt werden muß, werden geeignete Systeme zur Ermittlung dieser Größe benötigt.

Aus der Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Jahrgang 81, Heft 2 (1964), S. 30 bis 34, ist es bekannt, zur Messung der Drehbeschleunigung bzw. der Drehverzögerung eine Impulsfolge mit einem sich in Abhängigkeit von der Drehzahl ändernden Tastverhältnis zu bilden und anschließend die Differenz der über aufeinanderfolgende gleiche Zeitintervalle integrierten elektrischen Werte zu bilden.

Weiterhin ist es aus der Zeitschrift »Engineering« vom 5. Februar 1965, S. 178 und 179 bekannt, ein mit dem Fahrzeugrad umlaufendes und in einem Abnehmer bei jeder Umdrehung eine vorgegebene Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugendes Element vorzusehen.

Die bekannten Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert sind und daß ihre Genauigkeit nicht zufriedenstellend ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst einfache Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, um die Drehverzögerung besonders genau kontaktfrei zu ermitteln.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Abnehmer mit einem Glättungsnetzwerk zur Mittelwertbildung verbunden ist, dessen Ausgang an zwei von einem Taktgeber gesteuerte Schalter angeschlossen ist, daß die Ausgänge der beiden Schalter jeweils mit einem von zwei Integratoren verbunden sind, die jeweils eine vom Taktgeber gesteuerte Löscheinrichtung aufweisen und deren Ausgänge an einem Differenzbildungsorgan liegen, das über einen von dem Taktgeber gesteuerten Freigabeschalter mit der Ausgangsklemme der Vorrichtung verbunden ist.

Der gemäß der Erfindung erreichbare technische Fortschritt ist im wesentlichen darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Schlupfregelvorrichtung bei besonders robustem und einfachem Aufbau die Drehverzögerung in kontaktfreier Weise besonders genau liefert.

Gemäß. einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Erhöhung der Betriebssicherheit und der Genauigkeit bei der Ermittlung der Drehverzögerung beiträgt, ist zwischen dem Abnehmer und dem Glättungsnetzwerk ein Impulsformer angeordnet.

Als Differenzbildungsorgan wird vorzugsweise ein Differenzverstärker verwendet.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das im Abnehmer elektrische Impulse erzeugende Element von der am Außenumfang mit Einkerbungen versehenen Bremsscheibe gebildet. Diese Mehrfachausnutzung der Bremsscheibe wirkt sich hinsichtlich der Herstellkosten günstig aus.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die Impulse im Abnehmer mittels eines magnetisierte Bereiche aufweisenden und am Abnehmer vorbeilaufenden Elements zu erzeugen, wobei diese magnetisierten Bereiche vorzugsweise auf einem die Bremsscheibe umspannenden Draht oder Band vorgesehen sind.

Als Glättungsnetzwerk wird vorzugsweise ein RC-Glied verwendet.

Soll eine besonders einfache Möglichkeit zur Bestimmung der Drehverzögerung geschaffen werden, so kann gemäß der Erfindung an Stelle der Teilintegration und der anschließenden Differenzbildung der Differentialquotient gebildet und dem Schlupfregel-'20 system zugeführt werden. Dabei muß allerdings eine geringere Genauigkeit in Kauf genommen werden. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt jflj

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Ein- ^ richtung zur Impulserzeugung,

Fig. 2 eine Darstellung einer möglichen Ausgangsgröße dieser Einrichtung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Gewinnung des Mittelwertes einer Impulsfolge,

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Mittelwertbildung, die

Fig. 5, 6 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 8 eine in Form eines Prinzipschaltbildes dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des bei der Vorrichtung nach F i g. 8 verwendeten Taktgebers.

Nach F i g. 1 besteht eine Einrichtung zur Erzeugung der benötigten Impulsfolge geeignete Einrichtung aus einer an ihrem Außenumfang zur Ausbildung von Zähnen mit Einkerbungen 9 ver- λ sehenen Scheibe 10, die vor einem mit einer Abtast- ™ spule 8 versehenen Abnehmer 11 umläuft.

Ein auf der Scheibe 10 dargestellter Pfeil bezeichnet die Umlaufrichtung W der Scheibe.

Wie in F i g. 2 zu sehen ist, wird von jedem an dem Abnehmer 11 vorbeilaufenden Zahn eine Spannung in der Abtastspule 8 erzeugt. Das Tastverhältnis der den einzelnen Zähnen entsprechenden Impulse ist proportional zur Drehgeschwindigkeit der Scheibe. Die Scheibe läuft mit dem Fahrzeugrad um und kann beispielsweise gleichzeitig die Bremsscheibe bilden. An Hand der Fig. 3 bis 5 soll nunmehr erläutert werden, auf welche Weise aus den von dem Abnehmer 11 gelieferten Spannungsimpulsen ein zur Drehgeschwindigkeit des Rades proportionales Signal erhalten werden kann, das die Bestimmung der Drehverzögerung ermöglicht.

Nach F i g. 3 werden die in der Abtastspule erzeugten Spannungsimpulse einem Impulsformer 12 zugeführt, an dessen Ausgang Impulse konstanter Amplitude und konstanter Impulsdauer erhalten werden. Auf diese Weise wird das Tastverhältnis eindeutig festgelegt und somit ein sehr genaues Abbild der Drehgeschwindigkeit des Rades erhalten.

Mittels eines dem Impulsformer 12 nachgeschalteten Glättungsnetzwerkes 13, 14 und 15 wird der Spannungsmittelwert der Impulsfolge gebildet.

Fig. 4 zeigt diese Mittelwertbildung für die Fälle maximaler und minimaler Geschwindigkeit. Dabei ist zu erkennen, daß sich am Kondensator 14 bei konstanter Raddrehzahl ein Gleichgewichtszustand einstellt, wobei die Zunahme der Kondensatorspannung während der Zeit t_x gleich der Abnahme der Spannung während der Zeit t₂ ist- Der Mittelwert der Spannung bei maximaler Drehgeschwindigkeit des Rades liegt über dem Mittelwert der Spannung bei minimaler Drehgeschwindigkeit des Rades, da die Pausen zwischen den Impulsen bei maximaler Drehgeschwindigkeit kleiner sind als bei geringerer Geschwindigkeit. Die Änderung des Spannungsmittelwertes in Abhängigkeit von der Raddrehzahl ist proportional zur Änderung des durch t_x + ί₂/^ definierten Tastverhältnisses. F i g. 4 zeigt ferner, daß dem Spannungsmittelwert eine Störwellenspannung überlagert ist, die entsprechend den Lade- und Entladekurven des Kondensators 14 verläuft.

Zwischen der am Kondensator anliegenden mittleren Spannung und der Raddrehgeschwindigkeit besteht bei geeignet dimensioniertem RC-Glied und geeignet gewähltem Tastverhältnis ein nahezu linearer Zusammenhang. Dies ist in F i g. 5 dargestellt.

Wird angenommen, daß beim Bremsen des Fahrzeugs an der Fahrzeugbremse ein konstantes Bremsmoment vorliegt, so wird das Fahrzeug mit kon- "30 stanter Verzögerung abgebremst, und zwar nach der Gesetzmäßigkeit

Die Differenz der beiden Gleichungen (2) und (3) ergibt

(S₁^₂) -(S₂-o)

= V₀ [(Z₂ - ti) - (ί₃ - ί₂)] b

- γ m -1\) - αϊ -

Für

(f₂ -i_t) = (i₃ - t₂) = At

wird der erste Klammerausdruck der Gleichung (4) zu Null.

Setzt man für -

4 -A = (t₂ + h) {t₂-u 4-4 = (h + t₂) (t₃ - t₂)

so kann die Gleichung (4) unter gleichzeitiger Beachtung von Gleichung (5) und (6) folgendermaßen umgeformt werden:

^₂)-(S₂_o)

b_

V(t) = V₀ - bt,

(1)

35

wobei V₀ die Geschwindigkeit zu Beginn des Bremsvorganges und b die Verzögerung darstellt. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 6 graphisch dargestellt. Unter diesen Voraussetzungen besteht ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem am ßC-Glied erhaltenen Mittelwert der Spannung und der Bremszeit, d. h. der Zeit während des Bremsvorgangs. Dieser Zusammenhang ist in F i g. 7 dargestellt. In diesem Diagramm sind ferner die. den Spannungsmittelwert überlagerten Spannungsschwankungen schematisch eingezeichnet.

Es sollen nunmehr die mathematischen Grund- - lagen der Erfindung zur Ermittlung der Drehverzögerung erläutert werden.

Ausgehend von der Gleichung V(t) — V₀ — bt und dem bekannten Zusammenhang äs/dt = ν bzw. ds = υ ■ dt erhält man unter Zugrundelegung der in F i g. 7 eingezeichneten Zeitintervalle folgende Gleichung:

Es gilt ferner

U — t₃ = -2At.

40 Damit kann die Gleichung (7) folgendermaßen geschrieben werden:

(S₁^₂) - (S₂^₃)

45 = - γ Jt [_T 24t],

daraus folgt

JV_W dt - JV_(l) dt = b [zli]².

55

ds = (V₀-bt)dt =

Dies ergibt

V₀1-

bf Da A t konstant und außerdem U_mUtel proportional V_{t) ist, muß auch die Differenz der Spannungsinteil i

₂= v_o(t₂ - I₁) - j-(4-t{). (2)

Ebenso gilt

= v₀ (t₃ - t₂) - _Y(4-4). (3) grale proportional der Beschleunigung bzw. der Verzögerung sein.

Unter Verwendung der Zusammenhänge ω = —

_ und ω' = ητ = — kann die Gleichung (9) folgendermaßen geschrieben werden:
h h

ju_milteldt - fu_mltteldt -K₁-O-K₂ ω'. (10)

Die gesuchte Drehverzögerung ergibt sich somit durch eine Integration über zwei Zeitintervalle und anschließende Differenzbildung der dabei erhaltenen Integralwerte.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Integriervorgänge die den Mittelwerten überlagernden Welligkeiten ausgemittelt werden und damit praktisch nicht in Erscheinung treten.

Es soll auch noch darauf hingewiesen werden, daß an Stelle der Bildung des Differenzenquotienten auch der Differentialquotient der Mittelwertspannung zur Bestimmung der Drehverzögerung verwendet werden könnte. Gemäß F i g. 5 gilt nämlich

^U mittel ^ A' V

und damit

dt

_V' _{x c}. _ω<

²⁰

Der Nachteil der Verwendung des Differentialquotienten besteht jedoch darin, daß auf Grund der Überlagerung der mittleren Spannung mit einer Spannung bestimmter Welligkeit der Differentialquotient bei einer direkten Differentation sehr starken Schwankungen unterworfen wäre.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ermittlung der Drehverzögerung eines Fahrzeugrades. Diese Vorrichtung ist mit der bereits beschriebenen Anordnung zur Ableitung einer Impulsfolge mit zur Drehgeschwindigkeit des Rades proportionalem Tastverhältnis ausgestattet. An die Abtastspule 8 des Abnehmers 11 ist ein Impulsformer 12 angeschlossen, der die vom Abnehmer gelieferten Impulse in Rechteckimpulse konstanter Amplitude und konstanter Zeitdauer umformt. Ein sich an den Impulsformer anschließendes Netzwerk aus einem Widerstand 13 und einem Kondensator 14 sowie einem zum Kondensator parallelgeschalteten Widerstand 15 glättet die vom Impulsformer kommenden Impulse, wobei ein der Raddrehzahl proportionaler Spannungsmittelwert erhalten wird. Der Ausgang dieses Glättungsnetzwerkes ist mit den Eingängen zweier Schalter 16, 17 verbunden, deren öffnen und Schließen von einem Taktgeber 18 gesteuert wird. Die Ausgänge der beiden Schalter sind jeweils mit einem von zwei Integratoren 19, 20 verbunden, welchen über die Schalter 16 und 17 der Spannungsmittelwert zugeführt werden kann. Jeder der Integratoren 19, 20 ist mit einer Löscheinrichtung 24 bzw. 25 ausgestattet, die jeweils von dem Taktgeber 18 gesteuert wird und den zugehörigen Integrator auf 0 Volt entladen kann. Die Ausgänge der beiden Integratoren 19, 20 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 21 verbunden, dessen Ausgangssignal über einen von dem Taktgeber 18 gesteuerten Freigabeschalter 22 der Ausgangsklemme 23 der Vorrichtung zugeführt wird.

An Hand des in F i g. 9 dargestellten Taktdiagramms des Taktgebers 18 soll nunmehr die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden.

Der Taktgeber 18 liefert vier Impulszüge mit zeitlich gegeneinander versetzten Impulsen. Die Impulse des ersten Impulszuges steuern den Schalter 16, die des zweiten Impulszuges den Schalter 17, während die Impulse des dritten Impulszuges den Freigabeschalter 22 steuern und die Impulse des vierten Impulszuges das Löschen der Integratoren 19, 20 steuern. Die vier Impulszüge sind in der Weise gegeneinander versetzt, daß ein zyklischer Betrieb ermöglicht wird.

Der am Ausgang des Glättungsnetzwerkes 13, 14, vorliegende Mittelwert wird während einer ersten Zeitspanne dem Integrator 19 und während einer sich daran anschließenden zweiten Zeitspanne dem Integrator 20 zugeführt. Am Ausgang der beiden Integratoren wird somit das Spannungs-Zeitintegral erhalten. Diese beiden Werte werden dem nachgeschalteten Differenzverstärker zugeführt, der die Differenz der Spannungs-Zeitintegralwerte bildet. Da eine Differenzbildung vor Beendigung des Integrationsvorganges in den Integratoren zu Fehlwerten führt, ist ein Freigabeschalter 22 vorgesehen, der von dem Taktgeber dann geschlossen wird, wenn die Integralwerte gebildet sind und der Differenzverstärker somit das richtige Ergebnis liefert. Vor Beginn eines neuen Meßvorgangs werden die Integratoren m mittels der vom Taktgeber gesteuerten Löscheinrich- ™ tungen auf 0 Volt entladen. Anschließend kann ein neuer Zyklus beginnen.

Der gewünschte Meßwert der Drehverzögerung wird somit jeweils in Intervallen erhalten und kann einem zugehörigen Schlupfregelsystem zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Drehverzögerung eines Fahrzeugrades für Schlupfregelsysteme, die eine Impulsfolge mit einem sich in Abhängigkeit von der Drehzahl ändernden Tastverhältnis und anschließend die Differenz der über aufeinanderfolgende gleiche Zeitintervalle integrierten elektrischen Werte bildet, wobei ein mit dem Fahrzeugrad umlaufendes und in einem Abnehmer bei jeder Umdrehung eine vorgegebene ^ Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugendes (J Element vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abnehmer (11) mit einem Glättungsnetzwerk (13, 14, 15) zur Mittelwertbildung verbunden ist, dessen Ausgang an zwei von einem Taktgeber (18) gesteuerte Schalter (16, 17) angeschlossen ist, daß die Ausgänge der beiden Schalter jeweils mit einem von zwei Integratoren (19, 20) verbunden sind, die jeweils eine vom Taktgeber gesteuerte Löscheinrichtung (24, 25) aufweisen und deren Ausgänge an einem Differenzbildungsorgan (21) liegen, das über einen von dem Taktgeber (18) gesteuerten Freigabeschalter (22) mit der Ausgangsklemme (23) der Vorrichtung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abnehmer (11) und dem Glättungsnetzwerk (13, 14, 15) ein Impulsformer (12) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzbildungsorgan (21) ein Differenzverstärker ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Abnehmer (11) elek-

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trische Impulse erzeugende Element (10) eine am Umfang mit Einkerbungen (9) versehene Scheibe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe die Bremsscheibe ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Abnehmer (11) elektrische Impulse erzeugende Element (10) magnetisierte Bereiche aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Bereiche auf einem die Bremsscheibe umspannenden Draht oder Band vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abnehmer (11) aus einer auf einem Kern angeordneten Abtastspule (8) besteht.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättungsnetzwerk aus einem RC-Glied besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (18) nacheinander die beiden Schalter (16, 17), den Freigabeschalter (22) und die Löschvorrichtungen (24, 25) betätigt und dieser Zyklus ständig wiederholt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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