Steuervorrichtung zur Begrenzung von Fahrzeug-Geschwindigkeiten
Die Erfindung betrifft eine von der Fahrge schwindigkeit abhängige Steuervorrichtung zur Begrenzung von durch Vorwahl eingestellten Maximalgeschwindigkeiten an durch Motorkraft angetriebe- nen Strassen-und Schienenfahrzeugen.
Zweck und Aufgabe der Erfindung ist, die Maximalgeschwindigkeit eines Fahrzeuges z. B. durch vom Fahrzeugführer ausgeübten Druck auf eine der ge wünschten Geschwindigkeit entsprechende Vorwähl- taste zu begrenzen, wobei beim Überschreiten dieser Geschwindigkeit eine von der Steuervorrichtung abgegebene Schaltspannung in einem an sich bekannten Schaltverstärker verstärkt wird und dann über Stellglieder, z. B. Elektromagnete, geschwindigkeitsver- mindernde Elemente des Fahrzeuges betätigt werden.
Es sind Vorrichtung bekannt, die einen nach dem Prinzip des magnetischen Tachometers drehbaren Schaltkontakt tragen, oder über ein Fliehkraftsystem durch Wahlknopf drehbar angeordnete Schalter betä- tigen, die dann bei zu grosser Fahrgeschwindigkeit eine Lampe oder Summer in Funktion setzen. Beide Ausführungen können nur als Warnsignale dienen und nicht zur zwangsläufigen Geschwindigkeitsbe- grenzung benutzt werden. Infolge mechanischer Einflüsse und Erschütterungen arbeiten diese Warnvorrichtungen ungenau und sind mit grossen Toleranzen behaftet.
In Automobilen der höchsten Preisklasse sind vereinzelt sehr komplizierte geschwindigkeitsre- gulierende Vorrichtungen konstruktiv eingefügt, diese sind aber nicht für beliebige Begrenzung einstellbar, sondern nur für die Einhaltung der auf gewissen Autobahnen vorgeschriebenen Minimal-und Maxi malgeschwindigkeit gedacht. Sie regulieren auf kon stante Geschwindigkeit über Stellmotoren mit festen Sollwertspannungen.
Die nach der Erfindung entwickelte, rein elektrisch wirkende Steuervorrichtung enthält keine mechanisch beeinflussbaren Teile und lässt sich in jedes mit Tachowellenabtrieb versehene Fahrzeug ohne konstruktive Änderungen nachträglich leicht montieren und kann derart gestaltet werden, dass sie den Sicherheitsvorschriften bezüglich normaler Wei terbenützung des Fahrzeuges bei eventuellen Funk- tionsstörungen entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Die Wechselspannung einer vom Tachoabtrieb des Fahrzeuges angetriebenen, als Steuerspannungs- quelle dienenden Wechselstromdynamo (1) steigt mit zunehmender Drehzahl bei kleiner und induktions- freier Belastung geradlinig an. Diese Wechselspan nung wird einem kleinen VollwegGleichrichter (2) zugeführt, der gleichstromseitig mit einem, Widerstand (3) und einem Glättungskondensator (4) über- brückt ist. Die so erhaltene, gleichgerichtete, mit zu nehmender Fahrgeschwindigkeit linear ansteigende Steuerspannung ist mit dem positiven Pol an die Basis eines in Emitterschaltung arbeitenden PNP Schalttransistors (5) angeschlossen.
Der negative Pol dieser Steuerspannung ist an den mittleren Anschluss eines Spannungsteilers, aus den Teilwiderständen (6) und (7) angeschlossen, welcher zwischen Minus-un Pluspol der Speisebatterie des Schalttransistors geschaltet ist. Das Teilerverhältnis des Spannungsteilers wird so gewählt, dass die negative Basisspannung bei fehlender Steuerspannung gross genug ist, um den Transistor zwischen Kollektor und Emitter leitend zu erhalten. Sobald sich die bei zunehmender Geschwin- digkeit ergebende positive Steuerspannung um den Wert erhöht, der genügt, die negative Basisspeise spannung zu kompensieren, wird der Schalttransistor (5) gesperrt.
Ist der am negativen Pol der Speisebatterie liegende Teilwiderstand (6) des. Spannungsteilers ein Fixwiderstand und der am positiven Pol der Speisebatterie liegende ein Widerstand mit verstellbarem Abgriff (7), so steigt bei Vergrösserung des Widerstandes (7) die negative Basisspannung des Transi stors (5) an und damit ist sein Schaltmoment höher gelegt. Wird nun die zu begrenzende Geschwindigkeit grösser, so steigt auch die positive Steuerspannung an, bis auch die erhöhte negative Basisspannung kompensiert wird, wodurch der Transistor wieder gesperrt wird.
Wird anstelle des Widerstandes (7) ein entsprechend grösserer, mit mehreren verstellbaren Abgriffen versehener Widerstand eingefügt, die derart abgestimmt sind, dass sie den Steuerspannungen für verschiedene Begrenzungswerte entsprechen, so kann die Vorwahl mittels eines Mehrfachwählschal- ters beliebig bewerkstelligt werden.
Da der Unterschied der Basisspannung beim Schliessen und Offnen eines Schalttransistors (auch Schalthysteresis genannt) nur einige Millivolt beträgt, ist für die Umschaltung desselben auch nur eine ebenso kleine Steuerspannungsschwankung nötig, was schon bei kleiner Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges erreicht wird. Auch die Steuerleistung ist im Schaltmoment praktisch null, weshalb Schalt- bzw. Begrenzungstoleranzen von nur 2"/0 des Sollwertes erreicht werden.
Nachfolgend ist eine mit der erfindungsgemässen Steuervorrichtung ausgerüstete, an einem Automobil praktisch erprobte Einrichtung zur Geschwindig keitsbegrenzung beschrieben.
Es zeigen :
Fig. 2 das Blockschema der Einrichtung.
Fig. 3 das Schaltschema der mit 6 Vorwähltasten für verschiedene Begrenzungsmöglichkeiten benütz- ten Steuervorrichtung.
Fig. 4 das Beispiel eines Wähltastensystem mit sich gegenseitig auslösenden oder durch Elektromagnet rückstellbaren Vorwähltasben.
Fig. 5 das Beispiel eines Uberdruckschalters für die Tastenauslösung.
Ein am Tachoabtrieb des Fahrzeuges angetriebe- nes Fahrraddynamo (1) mit beidseitig isolierten Anschlusspolen liefert bei steigender Fahrgeschwindig- keit eine Wechselspannung bis maximal 8 Volt, welche im Gleichrichter (2) in die Gleichstromsteuerspannung umgeformt und in der gemäss Fig. l be- schriebenen Art zur Steuerung der mit mehreren Vorwähltasten (9), Fig. 2 und 3, ausgerüsteten Steu ervorrichtung benutzt wird.
Der Teilwiderstand (7), Fig. 1, ist durch in Serie geschaltete Potentiometer (8), Fig. 2 und 3, ersetzt, deren Teilwiderstandswerte mit den Abgriffen auf Steuerspannungen für mehrere, auf Vorwähltasten bezeichnete Grenzgeschwindigkeiten abgeglichen sind. Die sich gegenseitig verriegeln- den bzw. auslösenden Drucktasten besitzen je zwei getrennte Schalter (24), Fig. 3 und 4, deren Kontakte einseitig alle miteinander verbunden an die positive Batteriespeisespannung der Steuervorrichtung geschaltet sind. Andererseits sind die Gegenkontakte einer Schalterreihe einzeln mit den entsprechenden Abgriffen der Potentiometer (8) verbunden.
Die Gegenkontakte der anderen Schalterreihe, unter sich ebenfalls verbunden, setzen beim Drücken der ein- zelnen Vorwähltasten jeweils die Steuervorrichtung in Betrieb.
Damit die Steuergleichspannung bei kleinen Geschwindigkeiten, bzw. bei niedriger Frequenz der Steuerwechselspannung, nicht flattert, dient der zum Gleichrichter (2) parallel geschaltete Glättungskon- densator (4) von ca. l. MF. Der ebenfalls parallel geschaltete Widerstand (3) von ca. 100 k Ohm dient zur Verkleinerung des gleichstromseitigen Gleichrichter Innenwiderstandes. Die Batteriespeisespannung von 12 Volt, die im Fahrzeug gewissen Schwankungen unterliegt, wird am Speisepunkt der Steuervorrichtung über eine Zenerdiode stabilisiert (in Fig. 3 nicht eingezeichnet), damit wird eine genaue Eichung der Begrenzungswerte mit den Potentiometern bezweckt.
Die Ausgangs-Schaltspannung der Steuervorrichtung wird in eine an sich bekannte, als Schmitt-Trigger geschaltete, transistorisierte Leistungsendstufe (10), Fig. 2, geleitet. Wird die Steuervorrichtung bei Erreichen der voreingestellten Geschwindigkeit gesperrt, so ist die Trigger-Endstufe leitend. Der Schaltstrom der Trigger-Endstufe (10) wird einerseits über einen Zugmagneten (11), Fig. 2, zur Drosselung der die Antriebsmotor-Drehzahl regelnden Vorrichtung (13) (Vergaserklappe), andererseits über einen Zugmagne- ten (12) zur unabhängigen Betätigung der Handbremse (14) benutzt.
Für den Fall einer Schnellauslösung der Begrenr zungswirkung, z. B. beim notfälligen fJberholen oder zur Vermeidung einer Kollision ist im Betätigungsge- stänge (15) des Gaspedals (21), Fig. 2, ein tuber- druckschalter (16), Fig. 2 und 5, eingebaut, welcher bei reaktionsmässiger Betätigung des Gaspedals (Schnellbeschleunigung) über den Zugmagneten (17) die Tastenverriegelung (22), Fig. 4, sofort auslöst, wodurch das Fahrzeug wieder normal beschleunigt werden kann. Die Speisung (18), Fig. 2, der gesamten Einrichtung geschieht über das Zündschloss (19) des Fahrzeuges.
Ein in Serie mit den Potentiometern (8) geschalteter Widerstand (23), Fig. 3, ist in seiner Grosse so gewählt, dass bei Einschaltung des im Fahrzeug geheim angeordneten Schalters (20), Fig. 2 und 3, die Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ca.
5 km/h begrenzt ist, wodurch eine gewisse Sicherheit gegen Diebstahl besteht.
Control device for limiting vehicle speeds
The invention relates to a control device, which is dependent on the driving speed, for limiting maximum speeds set by preselection on motor-driven road and rail vehicles.
Purpose and object of the invention is the maximum speed of a vehicle z. B. by the driver exerted pressure on one of the desired speed corresponding preselection button. When this speed is exceeded, a switching voltage output by the control device is amplified in a switching amplifier known per se and then via actuators, eg. B. Electromagnets, speed-reducing elements of the vehicle are operated.
Devices are known which carry a switch contact which can be rotated according to the principle of the magnetic tachometer, or which actuate switches which are rotatably arranged by means of a selector knob via a centrifugal force system and which then activate a lamp or buzzer when the driving speed is too high. Both versions can only serve as warning signals and cannot be used to automatically limit the speed. As a result of mechanical influences and vibrations, these warning devices work imprecisely and are subject to large tolerances.
In automobiles of the highest price class, very complicated speed-regulating devices are occasionally inserted structurally, but these are not adjustable for any limitation, but only intended to maintain the minimum and maximum speed prescribed on certain motorways. They regulate to constant speed via servomotors with fixed setpoint voltages.
The purely electrically operating control device developed according to the invention does not contain any mechanically influenceable parts and can be easily retrofitted in any vehicle equipped with a speedometer output without any structural changes and can be designed in such a way that it complies with the safety regulations with regard to normal continued use of the vehicle in the event of radio transmission. malfunctions.
The invention is described below with reference to an embodiment shown in FIG.
The alternating voltage of an alternating current dynamo (1), which is driven by the vehicle's speedometer output and serves as a control voltage source, increases in a straight line with increasing speed with a low and induction-free load. This AC voltage is fed to a small full-wave rectifier (2) which is bridged on the DC side with a resistor (3) and a smoothing capacitor (4). The rectified control voltage obtained in this way, which increases linearly with increasing driving speed, has its positive pole connected to the base of a PNP switching transistor (5) operating in an emitter circuit.
The negative pole of this control voltage is connected to the middle connection of a voltage divider consisting of the partial resistors (6) and (7), which is connected between the minus and plus poles of the supply battery of the switching transistor. The division ratio of the voltage divider is chosen so that the negative base voltage is large enough in the absence of a control voltage to keep the transistor conductive between the collector and emitter. As soon as the positive control voltage that results with increasing speed increases by the value that is sufficient to compensate for the negative base supply voltage, the switching transistor (5) is blocked.
If the partial resistance (6) of the voltage divider at the negative pole of the supply battery is a fixed resistor and the resistance with an adjustable tap (7) at the positive pole of the supply battery, the negative base voltage of the transistor increases when the resistance (7) is increased ( 5) and thus its switching torque is higher. If the speed to be limited now increases, the positive control voltage also increases until the increased negative base voltage is also compensated, whereby the transistor is blocked again.
If, instead of the resistor (7), a correspondingly larger resistor with several adjustable taps is inserted, which are matched in such a way that they correspond to the control voltages for different limit values, the preselection can be carried out as required using a multiple selector switch.
Since the difference in the base voltage when closing and opening a switching transistor (also called switching hysteresis) is only a few millivolts, only an equally small control voltage fluctuation is necessary for switching over, which is achieved even with a small change in vehicle speed. The control power is also practically zero at the moment of switching, which is why switching or limiting tolerances of only 2 "/ 0 of the setpoint are achieved.
A device for limiting the speed which has been practically tested on an automobile and is equipped with the control device according to the invention is described below.
Show it :
2 shows the block diagram of the device.
3 shows the circuit diagram of the control device used with 6 preselection keys for various limitation possibilities.
4 shows the example of a dialing key system with mutually triggering preselection keys that can be reset by means of electromagnets.
5 shows the example of an overpressure switch for key release.
A bicycle dynamo (1) driven on the speedometer output of the vehicle and having connection poles insulated on both sides supplies an alternating voltage of up to 8 volts as the driving speed increases, which is converted into the direct current control voltage in the rectifier (2) and in the manner described in accordance with FIG to control the control device equipped with several preselection keys (9), Figs. 2 and 3, is used.
The partial resistance (7), Fig. 1, is replaced by series-connected potentiometers (8), Fig. 2 and 3, whose partial resistance values are compared with the taps on control voltages for several limit speeds indicated on preselection keys. The mutually locking or releasing pushbuttons each have two separate switches (24), FIGS. 3 and 4, the contacts of which are all connected to one another and connected to the positive battery supply voltage of the control device. On the other hand, the mating contacts of a row of switches are individually connected to the corresponding taps on the potentiometer (8).
The mating contacts of the other row of switches, also connected to one another, put the control device into operation when the individual preselection keys are pressed.
The smoothing capacitor (4) of approx. 1 connected in parallel to the rectifier (2) is used so that the DC control voltage does not flutter at low speeds or at a low frequency of the AC control voltage. MF. The resistor (3) of approx. 100 k ohms, which is also connected in parallel, serves to reduce the internal rectifier resistance on the DC side. The battery supply voltage of 12 volts, which is subject to certain fluctuations in the vehicle, is stabilized at the feed point of the control device via a Zener diode (not shown in FIG. 3), so that the purpose of an accurate calibration of the limiting values with the potentiometers is achieved.
The output switching voltage of the control device is passed into a transistorized power output stage (10), FIG. 2, known per se and connected as a Schmitt trigger. If the control device is blocked when the preset speed is reached, the trigger output stage is conductive. The switching current of the trigger output stage (10) is on the one hand via a pull magnet (11), Fig. 2, to throttle the device (13) regulating the drive motor speed (carburetor flap), on the other hand via a pull magnet (12) for independent actuation the handbrake (14) is used.
In the event of a quick release of the limiting effect, z. B. in the case of necessary overtaking or to avoid a collision, a high pressure switch (16), FIGS. 2 and 5, is installed in the actuating linkage (15) of the accelerator pedal (21), FIG (Rapid acceleration) via the pull magnet (17) the key lock (22), Fig. 4, immediately triggers, whereby the vehicle can be accelerated normally again. The supply (18), Fig. 2, of the entire device takes place via the ignition lock (19) of the vehicle.
A resistor (23), FIG. 3, connected in series with the potentiometers (8), is selected in its size so that when the switch (20), FIGS approx.
5 km / h is limited, whereby there is a certain security against theft.