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Vorrichtung zum Feststellen des Schlupfes von Fahrzeugrädern Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Fest stellen des Schlupfes der Fahrzeugräder und zum
Beeinflussen der Antriebs- oder Bremskraft der angetriebenen Fahrzeugräder zum Beseitigen
des über eine zulässige Schlupfgröße hinausgehenden Schlupfes durch Verringern der
Antriebs- oder Bremskraft, wobei eine Spannungsvergleichseinrichtung zum Feststellen
des Schlupfes von mit den Fahrzeugrädern gekuppelten Drehzahlmeßgeneratoren gespeist
wird.
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Schlupf und dessen Folgen haben bei Motorfahrzeugen von jeher Störungen
der gewünschten gleichmäßigen Fortbewegung und Sicherheit der Fahrzeuge nach sich
gezogen. Dies beruht im wesentlichen auf Unregelmäßigkeiten der Reibung zwischen
den Fahrzeugrädern und deren Anliegefläche am Boden. Der Reibungskoeffizient ist
von einer großen Anzahl Faktoren, wie Feuchtigkeit, Beschaffenheit der Anliegefläche,
Temperatur u. a., abhängig und ist somit sehr unterschiedlich.
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Dagegen ist der Verlauf der Reibung bei verschiedenen Schlupfgraden
im großen und ganzen regelmäßig, und dieser Verlauf kann mit einer Kurve wiedergegeben
werden. Wenn der Schlupf bei geringer Nach- bzw. Voreilung beginnt, steigt der Reibungskoeffizient
mit zunehmender Nach- bzw. Voreilung an und kulminiert im Gebiet von ungefähr 20'%
Nach- bzw. Voreilung, wonach er bei weiter zunehmendem Nach- bzw. Voreilen allmählich
sich wieder auf einen Wert in der Nähe von 0 verringert. Solange der Reibungskoeffizient
ansteigt, d. h. zwischen 0 und ungefähr 20% Nach- bzw. Voreilen, ist die Gefahr,
daß das Fahrzeugrad beim Fahren den Griff am Boden oder an der Schiene verliert
und durchgeht bzw. beim Bremsen stehentleibt und auf der Unterlage gleitet, beinahe
überhaupt nicht vorhanden. Es ist deshalb anzustreben, den Schlupf innerhalb der
genannten Grenzen zwischen 0 und dem Wert von ungefähr 20% Nach- bzw. Voreilen zu
halten, wo die Gefahr für das Durchgehen oder Stehenbleiben des Fahrzeugrades nicht
vorhanden ist und somit stabile Verhältnisse herrschen.
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Wenn das Nacheilen (oder Voreilen) beim Schlupf etwas geringer als
der genannte kritische Wert von ungefähr 200lo ist, z. B. 16 bis 18%, ist es oft
ausreichend, die dem Fahrzeugrad zugeführte Antriebskraft mit z. B. 25 % zu verringern,
damit der Schlupf aufhören kann. Diese Kraftverminderung muß ohne jegliche Verzögerung
geschehen. Die menschliche Reaktionszeit ist jedoch allzulang, um die Kraftverminderung
schnell bewirken zu können, und ist außerdem individuell vom Auffassungsvermögen
und dem in jedem Fall verschiedenen Zustand des Fahrers abhängig. Zudem ist es schwer,
den Grad der Antriebskraftverminderung auf richtige Weise zu beurteilen, welcher
in einem einzelnen Fall vom Fahrer vorgenommen werden muß, um die Schlupffreiheit
wiederherzustellen, nämlich besonders dann, wenn die Nacheilung (oder Voreilung)
den kritischen Höchstwert bereits überschritten hat und die Friktion sich einem
bedrohlich tiefen Wert nähert. Diese Schwierigkeiten bestehen bei allen Vorrichtungen
der eingangs erwähnten Art, weil bei diesen bekannten Vorrichtungen keine Möglichkeit
besteht, den S'chlupfgrad zu verstellen.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die aus Obenstehendem hervorgehenden
Problemen zu lösen, nämlich eine Vorrichtung zu schaffen, die auf einen oder mehrere
Werte des Schlupfes reagiert und unverzüglich die erforderlichen Maßnahmen in bezug
auf Verminderung der Antriebskraft bzw. Bremskraft einleitet, um den entstandenen
Schlupf zu beseitigen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein den Schlupf feststellendes elektronisches Schaltmittel über ein Regelglied an
die Spannungsvergleichseinrichtung angeschlossen und die Größe des Schlupfes, bei
der das elektronische Schaltmittel anspricht, durch das Regelglied einstellbar ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die zwei
Ausführungsbeispiele zeigt.
Fig.1 ist ein Schaltschema des ersten
Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ein Schema des zweiten.
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Die in Fig.1 gezeigte Vorrichtung hat drei mit der jeweiligen Radachse
gekuppelte Drehzahlmeßgeneratoren 10, 12 und 14 mit je einem Gleichrichter 16, 18
und 20, um den von den Drehzahhneßgeneratoren abgegebenen und der Drehzahl der Fahrzeugradachsen
entsprechenden Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Der eine Spannungspol der
Gleichrichter 16 bis 20, z. B. der negative, ist an eine gemeinsame Leitung 0 angeschlossen,
während der andere, bei diesem Beispiel positive Pol, an je einen Abzweigpunkt 1,
2 und 3 angeschlossen ist, sowie von hier über für Stromdurchgang geschaltete Dioden
22, 24 und 26 an eine Leitung 4 bzw. über gegenüber den Dioden 22 bis 26 stromsperrende
Dioden 28, 30 und 32 an eine Leitung 5 führt. Zwischen der Leitung 4 und 0 ist ein
Spannungsteiler 34 und 36 mit zwei Abgriffen 38 und 40 eingeschaltet, die jeweils
an einen pnp-Transistor 42 und 44 angeschlossen sind, und zwar an dessen Emitter
e. Die Basis b eines jeden Transistors 42 und 44 ist über einen Basiswiderstand
46 und 48 an die Leitung 5 angeschlossen, während der Kollektor k über zwei Widerstände
50 und 52 sowie 54 und 56 an die Leitung 0 gelegt ist. Die beiden Widerstände 50
und 52 in der Kollektorleitung des erstgenannten Transistors sind mit einem Kondensator
58 überbrückt. der zusammen mit den beiden Widerständen 50 und 52 eine Zeitkonstante
in der Größenordnung von z. B. 1 s hat. Die Widerstände 50 und 52 sowie 54 und 56
bilden zwei Spannungsteiler, deren jeweiliger Abgriff an die Basis b von npn-Transistoren
60 und 62 angeschlossen ist. Diese Transistoren sind mit ihrem Emitter e an die
Leitung 0 und mit ihrem Kollektor k an die Basis b von pnp-Transistoren 64 und 66
angeschlossen, deren Kollektoren k an die Leitung 0
gelegt sind, während der
eine Transistor 64 mit seinem Emitter e über einen regelbaren Widerstand 68 mit
einer Leitung 6 verbunden ist und der Emitter e des anderen Transistors an die letztgenannte
Leitung 6 direkt geschaltet ist. Positive Batteriespannung wird den Transistoren
von einer Klemme 70 über Spannungsteiler 72, 74 und 76, 78 zu- , geführt, wobei
der Abgriff der Spannungsteiler über einen Widerstand 80 und 82 an die Verbindungsleitung
zwischen den Transistoren 60 und 64 sowie 62, 66 angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Die Wechselspannungen
der drei Drehzahlmeßgeneratoren 10, 12 und 14 werden in den Gleichrichtern 16; 18
und 20 gleichgerichtet. Die Gleichspannungen an den Abzweigpunkten 1, 2 und 3 sind
untereinander in dem Fall gleich, daß die mit den Drehzahlmeßgeneratoren gekuppelten
Fahrzeugradachsen ein und dieselbe Drehzahl haben, d. h. wenn kein Schlupf vorhanden
ist. In diesem Zustand ist ebenfalls die Steuerspannung an der Emitter-Basis-Strecke
e-b der Transistoren 42 und 44 gleich 0, weil die beiden betrachteten Emitterpunkte
an den Abgriffen 38 und 40 an die Leitung 4 und die Basispunkte über die Basiswiderstände
46 und 48 an die Leitung 5 angeschlossen sind, zwischen welchen bei feicher Drehzahl
der Drehzahlmeßgeneratoren 10, 12 und 14 kein Spannungsunterschied herrscht. Die
beiden Transistoren 42 und 44 sind hierbei praktisch gesperrt. Dies ändert sich
jedoch in dem Augenblick, wenn eines der Fahrzeugräder zu schlüpfen anfängt, so
daß der zugehörige Drehzahlmeßgenerator auf Grund sich ändernder Drehzahl eine von
den übrigen Drehzahlmeßgeneratoren abweichende Spannung liefert. Es sei angenommen,
daß der Drehzahlmeßgenerator 10 eine erhöhte Spannung im Verhältnis zu den übrigen
liefert. Diese erhöhte Spannung bewirkt einen Strom in dem folgenden Stromkreis:
Abzweigpunkt 1, Diode 22, Spannungsteiler 34, Abgriff 38, Emitter e des Transistors
42, dessen Basis b, Basiswiderstand 46, Diode 30 oder 32 zum Abzweigpunkt 2 oder
3, die ein niedrigeres Spannungspotential haben als der Abzweigpunkt 1. Als Folge
dieses Stroms durch die Basis des Transistors 42 wird derselbe für Stromdurchgang
durch die Emitter-Kollektor-Strecke e-k geöffnet, so daß der Transistor 42 Basisstrom
an den Transistor 60 abgibt und hierdurch bewirkt, daß auch der letztgenannte Transistor
60 geöffnet wird. Dieser wirkt seinerseits auf den Transistor 64 so ein. daß die
Emitter-Kollektor-Strecke e-k des letztgenannten für Stromdurchgang geöffnet wird,
so daß ein Stromkreis von der Leitung 6 - welche benutzt wird, um eine positive
Regelspannung zu führen, die dazu bestimmt ist, die Antriebsmotoren für die Fahrzeugradachsen
zu beeinflussen - über den Widerstand 68 und die Emitter-Kollektor-Strecke e-k des
Transistors 64 zur Leitung 0 gebildet wird, d. h., die genannte positive Regelspannung
der Leitung 6 wird in Abhängigkeit vom Widerstand 68 und der Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 64 belastet und somit gesenkt. Diese Potentialsenkung an der Leitung
6 zieht eine Verringerung der Stromstärke in den Antriebsmotoren nach sich, so daß
auch das auf die Fahrzeugradachsen einwirkende und von den Antriebsmotoren geleistete
Drehmoment sich in entsprechender Weise verringert, was eine Voraussetzung dafür
ist, daß der entstandene Schlupf aufhören kann.
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Der Transistor 42 spricht bereits bei verhältnismäßig geringem Schlupf
an und bewirkt auf Grund des Widerstandes 68 eine Herabsetzung der positiven Regelspannung
der Leitung 6 in einem entsprechenden, nur geringen Maß, z. B. 25 0/0. Die Spannungshöhe,
bei welcher der Transistor 42 ansprechen soll, kann mit Hilfe des Abgriffes 38 am
Spannungsteiler 34 eingestellt werden, während der Einwirkungsgrad auf die Regelspannung
der Leitung 6 für die Antriebsmotoren mittels des veränderlichen Widerstandes 68
eingestellt werden kann.
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In den meisten Fällen ist es wünschenswert, die Regelspannung für
die Antriebsmotoren bei Schlupf in mehreren Stufen je nach Intensität des Schlupfes
beeinflussen zu können. Eine Ausführung mit zwei verschiedenen Schlupfstufen hat
sich als zweckmäßig herausgestellt. Die Einrichtung mit den Transistoren 42, 60
und 64 ist auf Grund dessen verdoppelt worden, und zwar mit den Transistoren 44,
62 und 66 sowie dazugehörenden Schaltmitteln. Der Abgriff 40 ist hierbei so eingestellt,
daß die zweite Transistorgruppe erst bei, verglichen mit der ersten Transistorgruppe,
kräftigerem Schlupf reagiert. Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel hat es sich
als günstig erwiesen, den Reaktionsgrad am Abgriff 38 der ersten Gruppe so zu wählen,
daß der Transistor 42 bei 12% Schlupf wirksam wird, sowie den Abgriff 40 der zweiten
Gruppe für 50% Schlupf einzustellen. Die von der zweiten Transistorgruppe 44, 62,
66 bewirkte Beeinflussung der Regelspannung der Leitung
6 ist bedeutend
größer als bei der ersten Gruppe, weil nämlich hier die Verringerung die Regelspannung
nur vom Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke e-k des Transistors 66 abhängig
ist und nicht mehr von einem dem Widerstand 68 der ersten Stufe entsprechenden Widerstand.
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Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die von der ersten Transistorgruppe
42, 60, 64 bewirkte Senkung der Regelspannung an Leitung 6 etwas länger als bis
zu dem Zeitpunkt bestehen zu lassen, wenn der Schlupf gerade beseitigt ist und der
Spannungsunterschied zwischen dem Abzweigpunkt 1 und den Abzweigpunkten 2 und 3
aufgehört hat. Dies wird dadurch erreicht, daß das Aufhören der Wirkung der ersten
Transistorgruppe 42, 60, 64 durch den Kondensator 58 verzögert ist, da - wenn der
Transistor 42 stromführend geworden ist und der Kondensator 58 aufgeladen worden
ist - seine Ladung während einer bestimmten Zeitdauer, z. B. 1 bis 2 s nach dem
Aufhören des Schlupfes, beibehält, so daß die Senkung der Regelspannung eine entsprechende
Zeit länger bestehenbleibt als der Zeitpunkt der Schlupfbeseitigung.
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Es ist selbstverständlich möglich, das Schaltschema der Vorrichtung
nach Fig.1 abzuändern, z. B. die Transistoren 42 und 44 direkt auf die Transistoren
64 und 66 ohne zwischengeschaltete Transistoren 60 und 62 einwirken zu lassen, oder
mehr Transistorgruppen als die beiden gezeigten zu benutzen, nämlich je nach dem
Feinregelungsgrad, mit welchem man dem Schlupfeffekt entgegenzuwirken wünscht. Gleichfalls
kann die Zahl der Drehzahlmeßgeneratoren je nach der Anzahl von Fahrzeugrädern erhöht
oder auch auf zwei verringert werden. Es ist auch ein Vorteil, daß irgendwelche
Relais bei der Vorrichtung nach Fig.1 nicht vorhanden sind und die Bestandteile
der Vorrichtung zu Schaltteilgruppen zusammengefaßt werden können, die jede für
sich in durchsichtigem Gießkunstharz, z. B. Araldit, eingebettet werden, um gegen
äußere Einwirkungen geschützt zu sein und bei etwaigen Betriebsstörungen infolge
eines Fehlers gegen fehlerfreie Schaltteilgruppen ausgetauscht werden zu können,
wobei jede Schaltteilgruppe in einem Kunstharzblock mit Anschlußstiftkontakten versehen
wird, um den Austausch zu erleichtern.
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Das Schaltschema nach Fig.2 ist nach dem gleichen Grundsatz wie in
Fig.1 aufgebaut. Zwei Drehzahlmeßgeneratoren 10 und 12 in Brückenschaltung sind
mit je einem Gleichrichter 16 und 18 und Spannungsteiler 90 und 92 parallel
geschaltet. Zwei Transistoren 94 und 96 sind mit ihrer Basis b über je einen Widerstand
98 und 100 an den einen Pol 1' bzw. 2' der Drehzahlmeßgeneratoren angeschlossen,
während der andere Pol der Drehzahlmeßgeneratoren an die Leitung 0 angeschlossen
ist. Die Transistoren 94 und 96 sind mit ihrem Emitter e mit dem Abgriff am Spannungsteiler
90 und 92 des in der Brückenschaltung gegenüberliegenden Drehzahlmeßgenerators verbunden,
während die Kollektoren k der Transistoren mit einem gemeinsamen Punkt 7 verbunden
sind, an den das Spannungsregelorgan 34 des Transistors 60' angeschlossen ist, der
mit dem Transistor 66' auf gleiche Weise wie in Fig.l zusammengeschaltet ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig.2 ist analog Fig.1 folgende.
Die beiden Spannungsteiler 90; 92 werden so eingestellt, daß die Spannung zwischen
0 und 7 gleich 0 wird, wenn die beiden Drehzahlmeßgeneratoren die gleiche Drehzahl
haben. Wenn Schlupf auftritt und die Drehzahlen der Drehzahlmeßgeneratoren infolgedessen
voneinander abweichen, entsteht eine Spannung zwischen 7 und 0, so daß der Transistor
60' auf gleiche Weise wie der Transistor 42 in der Vorrichtung nach Fig. 1 anspricht.