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Blockierschutz beim Bremsen von Kraftfahzeugen Die ErSindung bezieht
sich auf einen Bloekierschutz beim Bremsen von Kraftfahrzeugen, bei dem an mehreren
Rädern Je mindestens ein Meßfühler sur Messung der Radbewegung angebracht ist, dessen
Meßdaten an eine Rechenelektronik geleitet werden, welche über Stellgliedar den
Bremsmittelkreislauf im Bereich eines vorgegebenen Radschlupfes intermittierend
steuert.
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Ein derartiger Blockierschutz soll verhindern, daß die Räder eines
Fahrzauges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, beim plötzlichen, durch den Fahrer
vorgenommenen Bremsen blocieren und der Wagen dadurch ins Schleudern gerät. Unmittelbar
nach Einsetzen des durch den Fahrer veranlaßten Bremsvorganges ermittelt die Rechenelektronik
die Verzögerungswerte der Radumfangsgeschwindigkeit gegenüber der rahrzeuggeschwindigkeit
und löst über ein in den Bremskreislauf geschaltetes Ventil die Bremsen, sobald
die Radumfangsgeschwindigkeit
relativ zur augenblicklichen Fahrzeuggeschwindigkeit
einen Maximalwert unterschreitet. Nach dem Lockern der Bremsen gleicht.sich die
Radumfangsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit wieder an, wodurch das Fahrzeug
wieder lenkungsfähig wird. Sobald die Angleichung geschehen ist oder kurz vorher,
wird der Bremslösebefehl der Rechenelektronik wieder außer Kraft gesetzt, wodurch
eine erneute stärkere Bremsung eintritt. Durch den dabei wiederum entstehenden Unterschied
zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Radumfangsgeschwindigkeit wird ein
neuer Bremslösebefehl mittels der Rechenelektronik gegeben usw.. Dadurch kommt das
Fahrzeug möglichst bald zum Stillstand, ohne daß es ins Schleudern gerät.
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Durch bekannte Untersuchungen hat sich ergeben, daß der Bremst weg
minimal wird, wenn die einzelnen Räder gleichzeitig den Jeweils vorhandenen maximalen
Reibwert möglichst voll auænutzen. Dies geschieht dann, wenn der Schlupf der Räder
im Bereich von etwa 15 bis 20 % der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, d.h. wenn die
Radumfangageschwindigkeit der Räder licht mehr als etwa 15 bis 20 « unter der Fahrzeuggeschwindigkeit
liegt.
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Eine gewisse Schwankungsbreite dieses Bereiches ergibt sich durch
unterschiedliche Gumimischungen und Profilgestaltung der Reifen sowie der Griffigkeit
der Straßendecke. Auch die Jeweilige Radlast und der Bremskraftbeiwert zwischen
Reifen und Fahrbahn sowie die Seitenführungskräfte wirken auf die Größe des Jeweils
gtlnstigsten Schlupfes ein. Gewöhnlich genügt
es Jedoch, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die Bremsverzögerung der Räder und die mittlere Achslast zu berücksichtigen. Die
Einbeziehung zusätzlicher Größen in das Regelsystem ist grundsätzlich möglich, aus
Gründen der Wirtschaftllchkeit jedoch kaum gerechtfertigt.
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Bei den bisher bekannten Blockierschutzvorrichtungen wurden an den
Rädern Meßfühler zur Messung der Verzögerung der Drehgeschwindigkeit der Räder benutzt.
Solche Verzögerungs-Meßfühler haben eine verhältnismäßig komplizierte Bauart und
sind oft als Naben-Meßfühler ausgestaltet, wodurch ihrer Größenbemessung enge Grenzen
gesetzt sind. Diese wirkt sich nachteilig sowohl aus die Ansprechgenauigkeit als
auch auf die Betriebssicherheit dieser Meßfühler aus.
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Im gegensatz dazu sind gemäß der Erfindung an den Rädern Gesciiwindigkeitsfühier
und am Fahrgestell mindestens ein Verzögerungsfunktionsgeber angeordnet, deren meßdaten
gemeinsam der Rechenelektronik zugeführt werden, welche den Bremsmittelkreislauf
unabhängig von der Raddrezahl steuert. Die erfindungsgemäße Anordnung von Geschwindigkeits-Meßfühlern
an den Adern erlaubt eine wesentLich einfachere und robustere Technik als die Anordnung
von Verzögerungs-Meßfühler. Dadurch ist es möglich, einen Blockierschutz zu bauen,
der tillier und weniger umfällig für Störungen ist als der bisher bekann te blockiereshutz.
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Als Verzögerungs-Funktionsgeber kann ein Verzögerungs-Meßfühler dienen,
der beispielsweise'dargestellt ist durch eine träge Masse mit Federn. Die Auslenkung
der Masse kann man mit einem Schiebepotentiometer koppeln und erhält dadurch ein
der Auslenkung der Masse proportionales elektrisches Signal. Dabei werden die tatsächlichen
Verzögerungswerte verarbeitet.
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Als Verzö.gerungs-Funktionsgeber kann Jedoch auch ein Simultan-Funktionsgeber
dienen, welcher die erlaubten Verzögerungswerte simuliert. Oft ist die Benutzung
eines Simultan-Funktionsgebers bei Auslegung der Bremsanlage für einen bestimmten
Wagentyp wirtschaftlicher und deshalb vorzuziehen.
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Der Simultan-Funktionsgeber kann durch eine oder mehrere Simultanfunktionen
und durch den Geschwindigkeitsverlust des Fahrzeuges rückgekoppelt gesteuert werden.
Dabei ist ein geringerer Aufwand an Rechenelektronik erforderlich bei Benutzung
einer Schleifenschaltung im Rechensystem.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird unmittelbar vor
Beginn der Bremsung die Geschwindigkeit des Pahrzeuges in einem Analogspeicher als
Bezugsgeschwindigkeit festgehalten und gleichzeitig ein Integrator eingeschaltet,
der aus der Fahrzeuggeschwindigkeit laufend den Geschwindigkeitverlust des Fahrzeuges
relativ zur Bezugsgeschwindigkeit ieststellt.
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Um den vom Integrator gelieferten Meßwert der Geschwindigkeit dem
vom Analogspeicher gelieferten Meßwert der Bezugsgeschwindigkeit anzupassen, kann
dem Integrator ein Anpassungsverstärker vorgeschaltet und ein Inversionsverstärker
nachgeschaltet sein. Man kann Jedoch die Anordnung auch so treffen, daß dem Integrator
ein gleichzeitig als Inversionsverstärker wirkender Anpassungsverstärker vorgeschaltet
ist.
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Dadurch wird sichergestellt, daß die Rechenelektronik im Augenblick
des Beginns der Bremsung eingeschaltet wird und daß die Verzögerung der Radumfangsgeschwindigkeit
genau von diesem Zeitpunkt ab gemessen wird. In einem Summierverstärker kann dann
aus der Anfangsgeschwindigkeit und dem Geschwindigkeitsverlust die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit in einfachster Weise ermittelt werden. Sie läßt sich direkt
im gleichen System weiter verarbeiten.
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Der für das Einsetzen der intermittierenden Steuerung des Radschlupfes
vorgesehene Unterschied zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Radumfangsgesohwindigkeit
kann an einem Koeffizienten-Potentiometer einstellbar sein. Dadurch besteht die
Möglichkeit, nach den vorliegenden Erfahrungen und auch im Zusammenhang mit den
Umweltbedingungen (Art der Straßendecke, Frostgefahr od. dgl.) immer den günstigsten
Wert für den zulässigen Radschlupf einzustellen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der efiektive Unterschied
zwischen der Pahrgesohwindigkeit und der Radumfangsgeschwindigkeit
in
einem zweiten Summierverstärker ermittelbar sein. Dadurch ist es möglich, direkt
dasMaß für den Steuervorgang der Rechenelektronik zu gewinnen.
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Bei Koinzidenz der Signale für den zulässigen und für den effektiven
Unterschied zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Radumfangsgeschwindigkeit kann
in einer Vergleicherstufe ein Auslösesignal erzeugt werden, das den Bremsmittelkreislauf
steuert. Eine beaonders kurze Bremsstrecke erreicht man nämlich dann, wenn erst
nach Erreichen des kritischen Schlupfes und nicht bei Jedem Schlupfeignal der Bremalösevorgang
eingeleitet wird.
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Das Auslösesignal kann an eine Schaltung, z.B. einen Transistor, ein
Relais oder ein Gatter geleitet werden, dem gleichzeitig über ein inpassungspotentiometer
das Signal für den effektiven Schlupf zugeführt wird, das bei vorhandenem duslösesignal
die Stärke des effektiven Schlupfes steuert.
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Einen sehr günstigen Bremseffekt durch proportionale Verminderung
des Bremsdruckes relativ zum vorhandenen Schlupf erreicht man dadurch, daß das Auslösesignal
ein vorzugsweise analoges Bremsdruck-Regelventil steuert.
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Relativ billige und robuste Zweipunkt-Regelventile kann man verwenden,
wenn das Signal für den effektiven Schlupf die Bremslösezeit eines Bremslösegenerators,
wie z. B. eines
Multivibrators, steuert, der über ein vorzugsweise
digitales Ventil den effektiven Schlupf steuert. Eine solche Anordnung entspricht
besonders dem Verhalten von Sportfahrern beim Bremsen.
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Die Impulse eines Generators, z.B. eines Multivibratore, mit einstellbarer
Frequenz und einstellbarer Bremslösezeit können an einen Schalter, z.B. einen Transistor,
ein Relais oder ein Gatter geleitet werden, dem gleichzeitig das Auslöse signal
zugeführt wird, das den effektiven Schlupi über ein vorzugsweise digitales Ventil
steuert. Dadurch ist es möglich, auch beim billiger ausführbaren digitalen Bremsdrucksteuern
einen zum Schlupf proportionalen Bremslösedruck tu erhalten, mittels Steuerung der
Weite des Bremslöseimpulses. Die variable Frequenz ermöglicht ein optimales Verhalten
im Hinblick auf die Fahrzeugeigenschaften und Umweltbedingungen.
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Zur Vergrößerung der Fahrsichtheit im Winter kann ein außen am Fahrzeug
angeordneter Temperaturfühler ein Signal auslösen, das auf das Schlupitignal bzw.
auf den Bremslösegenerator oder den Simultan-Funktionegeber einwirkt Wenn das Signal
für die Radgeschwindigkeit als Gleichepannun4ssignal über eine als Eingabeschaltung
dienende, einen Spannung abfall erzeugende Zuleitung und über den die Bezugsgeschwindigkeit
festlegenden Aussohalter dem z.B. als Speicherkondensator ausgestalteten Speicherelement
zugeleitet wird, der über eine
als Ausgabeschaltung dienende, den
gleichen Spannungsabfall erzeugende Ableitung belastbar ist, läßt sich damit ein
einfaches Kurzzeit-Analogspeichersystem billig ausführen, das die Signale der Rechenelektronik
direkt verarbeitet.
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Zum Umladen des Speichersignales auf niederohmige Art in beide Potentialrichtungen
kann die die Spannung erzeugende Zuleitung zu einem Stromkreis ergänzt sein, der
parallel zu dem dem Schalter am nächsten liegenden Transistor zwei Gleichrichter
zur Bildung eines Schwellvertes und einen Transistor hintereinander geschaltet enthält.
Dabei kann zwischen dem letzten Gleichrichter und dem Transistor ein Widerstand
angeschlossen sein, der, mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden, den Basisstrom
für den Transistor liefert.
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Wenn die den Spannungsabfall erzeugende Zuleitung bzw. Ableitung aus
Transistoren und/oder Dioden symmetrisch gleicher Kennlinien besteht, entspricht
das Ausgangssignal direkt seinem Eingangseignal und es sind keine Anpassungsschaltungen
erforderlich.
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Die Ausgabeschaltung kann als Emitter-Folger oder als Darlington-Kaskade
ausgebildet sein. Der hochohmige Eingangssiderstand dieser Schaltungen führt zu
besonders geringer Belastung des Speichers bei signalgetreuer Ausgabe.
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FUr bestimmte Betriebaspannungs- und Recheneysteme kann es
zweckmäßig
sein, daß samtliche Transistoren und Gleichrichter der bisher beschriebenen Schaltungen
durch komplementäre Schaltelemente (z.B. bei Transistoren statt p n p
npn und umgekehrt) ersetzt sind.
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Bei Serienherstellung läßt sich hohe Wirtschftlichkeit mit kleinsten
Abmessungen bei kompakter Ausführung dadurch verbinden, daß die Eingabe schaltung
und die Ausgabe schaltung (ohne Speicherkondensator) jede für sioh, gegebenenfalls
monolitisch integrierbar sind.
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In allen Ausführungsformen sollten die Eingangssignale der Rechenelektronik
nur in Porm von Gleichepannungen zugeführt werden.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt und nachstehend beschrieben, ohne daß die Erfindung jedoch
auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.
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Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze über die Anlage des Blo¢kiarschutzes
im Fahrzeug, Fig. 2 die Schaltung der Rechenelektronik für lineare zum Schlupfsignal
proportionale Bremskraftlösung über ein magnetisches Bremsdruck-Regelventil, Fig.
3 die Rechenelektronik zur Herstellung exakter rhytmischer Bremslösungen mit Hilfe
eines freie Schwingungen erzeugenden Bremslsegenerators,
Fig. 4
eine im übrigen gleiche Anordnung wie bei Figur 3, Jedoch mit festem, vom Schlupfwinkel
unabhängigen Bremslöseimpula, Fig. 5 zeigt die Rechenelektronik mit Temperaturfühler
für Winterbetrieb, Fig. 6 zeigt die mit einem Sixultan-Funktionageber arbeitende
Rechenelektronik und Fig. 7 die Schaltung des Kurzzeit-Analogspeichers.
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Zur Bestimmung des Schlupfes, d. h. der kritischen Differenz aus Radumfangs-
und Fahrzeuggeschwindigkeit, sind an den Fahrzeugrädern 1 Geschwindigkeits-Meßfühler
2 vorgesehen. Da die Fahrzeugräder starken Umwelteinflüssen, wie Schmutz, Feuchtigkeit,
Temperatur usw., ausgesetzt sind, sollte ein berührungsloses und robustes Drehzahl-Meßverfahren
Anwendung finden, z.B. iit einer Magnetspule über einen Zahn- oder Lochkranz.
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Über nachgeschaltete Schmitt-Trigger und monostabile Multivibratoren
können die geschwindigkeitsproportionalen Brequenzwerte in einen analogen Meßwert
gewandelt werden. Das Veriahren arbeitet in einen weiten Frequenzbereich.
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Wie Figur 1 zeigt, sind für alle vier Fahrzeugräder 1 Geschwindigkeits-Meßfühler
2 vorgesehen und dienen der unabhängigen Weiterverarbeitung der Jeweiligen Raddrehahl
mit der Radumfangsgeschwindigkeit xn. Außerdem ist direkt oder indirekt in Verbindung
mit dem Fahrgestell ein Verzögerungs-Meßfühler 3 eingeeotst, der die Wagenverzögerung
Y in Fahrtrichtung mißt. Die gesamte Meßeinrichtung für das Steuerungssystem
besteht
also aus vier Geschwindigkeits-Meßfühlern 2 und einem Verzögerungs-Meßfühler 3.
Die Weiterverarbeitung der von diesen Meßfühlern gewonnenen Meßwerte erfolgt in
einer als Steuerungscomputer ausgebildeten Rechenelektronik 4, welche den Bremskreis
5 des Fahrzeuges so steuert, daß ein Blockieren der Räder 1 und somit ein unvorhergesehenes,
unkontrollierbares Auabrechen des Fahrzeuges während des Bremsvorganges verhindert
wird. Als Stellglied für den Bremskreis 5 ist ein Magnotventil 6 vorgesehen, das
den Anforderungen nach hoher Ansprechgeschwindigkeit genügen muß. 5a ist der Bremsmittelausgleich.
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Die von den Meßfühlern 2 und 3 erzeugten Spannungen und Strom Digital-Analogwandler
oder me werden der Rechenelektronik 4 über dei(Gleichrichter 7 als Gleichapannungen
bzw. -strame zugeführt.
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Die Meßwerte werden während des Bremsvorganges 80 verarbeitet, daß
bei 15 ffi Schlupf eines Rades 1 ein Eingriff in den Bremskreis 5 vorgenommen wird,
der das Schleudern oder Ausbrechen des Fahrzeuges verhindert.
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Die Prinzipschaltung der dafür vorgesehenen Steuerelektronik zeigt
Figur 2. Darin sind y das Signal für die Wagenverzögerung in Fahrtrichtung nach
Einsetzen des Bremsvorganges zur Zeit t und in die Geschwindigkeit des jeweiligen
Rades zur Zeit t. Das System ist mit den üblichen Symbolen der Analog-Rechentechnik
dargestellt.
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Ein Verzögerungs-Meßfühler 3 kann einfach aus einer trägen Masse mit
zwei Federn bestehen. Man kann ihn leicht mit einem Schiebepotentiometer 8 koppeln
und erhält ein zur Auslenkung der Masse proportionales elektrisches Signal y. Dieses
Signal entspricht direkt den Verzögerungswerten, wenn darauf geachtet wird, daß
die Federn nur im proportionalen Bereich der Federkonstante arbeiten.
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Über einen Anpassungsverstärker 9 mit der Verstärkung a wird das Signal
y so ausgestattet, daß der Verzögerungswert nach der Integration mit den Geschwindigkeitssignalen
verarbeitet werden kann. Der dafür erforderliche Integrator 10 arbeitet mit der
Anfangsbedingung Null, so daß das Signal
entsteht. aS ist der Geschwirigkeitsverlust des Fahrzeuges vom Beginn des Bremevorganges
bis zur Zeit t. Zur Bestimmung der zur Zeit t tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit
bedarf es noch der Kenntnis der Anfangsgeschwindigkeit f0 kurz vor Einsetzen der
Bremsung. Der Ge«chwindigkeitswert xo wird ineinem Analogepeicher 11 fixiert. Der
Speichervorgang setzt oioä mit der Betätigung des Bremspedales 12 ein und endet
mit der Freigabe der Bremse. Mit dem Bremspedal 12 wird gleichzeitig ein Schalter
13 betätigt, welcher den Speicherkontakt 14 vor dem Analogspeicher 11 öffnet und
somit die letzte Information über die Radgeschwindigkeit in ungebrem -tem
Zustand
festhält, die dann noch mit der Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt. Der Analogspeicher
11 muß so ausgelegt sein, daß sein Inhalt laufend abgefragt werden kann.
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Zum Vergleich des Speicherinhaltes xo mit der Geschwindigkeit ay ist
ein einem Inversionsverstärker 15 nachgeschalteter Summierverstärker 16 mit zwei
Eingängen 17 und 18 und dem Verstärkungsfaktor 1 vorgesehen. Aus dem dauernden Vergleich
dieser beiden Größen erhält man über einen zweiten Inversionsverstärker 19 die Jeweilige
Fahrzeuggeschwindigkeit vFahrzeug - xo - ay Dieser Wert ist unabhängig von den Raddrehzahlen
und kann somit zum Vergleich mit diesen herangezogen werden.
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Aus Sicherheitsgründen wird der zulässige Unterschied von Fahrzeug-
und Radgeschwindigkeit in bekannter Weise auf 15 s der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt.
In Figur 1 ist dieser Wert mit b bezeichnet und wird über ein Koeffizientenpotentiometer
20 eingestellt.
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Die Differenz zwischen Fahrzeug- und Jeweiliger Radgeschwindigkeit
wird als Schlupfsignal wird über einen zweiten mit zwei Eingängen 21 und 22 versehenen
Summierverstärker 23 (A =.1) 1) mit invertiertem Signal für die Fahrzeuggeschwindigkeit
(xo - ay) - xn ermittelt. Anschlieend wird in dem Vergleicher 24 dieses Differenzsignal
vom Eingang 25 dem reduzierten
Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit
b (i0 - ay) vom Eingang 26 gegenübergestellt. Je nach Auslegung liefert der Vergleicher
24 eine digitale Sprungiunktion 27 oder die Differenz der beiden Eingangssignale.
Für die Weiterverarbeitung in der vorgesehenen Elektronik ist der erete Fall mit
der Ausgabe einer Sprungfunktion 27 beim Erreichen des kritischen Schlupfes interessanter.
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Nachdem die Radverzögerung den kritischen Wert von b = 15 % erreicht
hat, wird mit dem am Ausgang 28 des Vergleichers 24 gewonnenen Signal 27 der Eingriff
in den Bremakreis vorgenommen. Dazu wird das-Signal 27 zunächst über den Eingang
29 eines Transistorschalters 30 einem Leistungsverstärker zugeführt. Über einen
zweiten Eingang 32 erhält der Transistorschalter 30 das durch ein inpassungspotentiometer
33 angepaßte Schlupfsignal c [(i0 - auf - xn] .
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Für den Eingriff in den Bremskreis 5 gibt es mehrere Möglichkeiten,
von denen nachstehend einige beschrieben werden.
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Figur 2 zeigt eine lineare zum Schlupf signal c [(xo - a) - xn] proportionale
Bremskraftlösung über ein magnetisches Bremsdruck-Regelventil 34 (Computer A).
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In Figur 3 ist die Möglichkeit rhythmischer Bremslösungen mit Hilfe
eines freischwingenden Multivibrators 35 als Bremslösegenerator dargestellt, bei
dem die günstigste Impulsfrequenz
36 durch Versuchsfahrten ermittelt
werden kann. Die Weite des Bremslösesignals 47, d.h. de Bremslösezeit, wird dabei
proportional zum Schlupfsignal gesteuert (Computer B). Bei großem Radschlupf, z.B.
Schlupf = 0,45 vFahrzeug' kann die Zeit für die Bremslösung dreimal so groß sein
wie bei einem Schlupf = 0,15 vFahrzeug. Die Anpassung des Schlupfsignales 27 an
den Hremslösegenerator 35 erfolgt auch hier über ein Anpassungspotentiometer 33
mit dem Einstellwert c.
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Die Anordnung nach Figur 4 entspricht der nach Figur 3 bis auf die
Schaltung des Bremslösegenerators 37. Er erzeugt einen vom Schlupfaignal 27 unabhängigen
Bremslöseimpuls 48 (Computer C). Das Bremslösesignal 49 erhält durch den Generator
37 eine feste Impulsfrequenz mit iesten Zeitwerten für Impule und Impulspause.
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Für den Winterbetrieb kann eine erweiterte Bremssicherung vorgesehen
werden. Dazu kann nach Figur 5 ein außerhalb des Fahrzeuges angebrachter Teiperaturfühler
38 in der Nähe des Gefrierpunktes, . bei Unterschreitung von + 50 C ein Signal z
auslösen, das auf den Bremslösegenerator 39 im Sinne der Vergrößerung der Periode
der Bremskraftlösung wirkt bzw.
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das Bremsdruck-Regelventil 40 stärker beaufschlagt (Computer D). Diese
Sicherheitsmaßnahme für den Winterbetrieb kann auch bei proportionalen Bremslöseverfahren,
wie ein solches in Figur 2 dargestellt ist, verwendet werden.
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Das Bremslösesignal, z.B. 47 oder 49, kommt in allen Fällen über ein
ror 30 auf einen Leistungsverstärker 31 mit dem Verstärkungsfaktor e. Das daran
angeschlossene Bremsdruck-Regelventil ist im Fall der Figur 2 ein linear arbeitendes
Bremsdruck- Löseventil 34 mit Steuerung durch ein elektrisches Analogsignal. In
den Fällen der Figuren 3 und 4 kann ein robustes, jedoch schnell ansprechendes Zweipunktventil
40 mit elektrischer Digitalsteuerung benutzt werden. Der Bremsmittelauagleich ist
über eine zum Bremsdruck-Regelventil parallel arbeitende Ausgleichsvorrichtung möglich.
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eht man davon aus, daß sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
xo - aS zulässige Maximalverzögerungen für ein bestimmtes Kraftfahrzeugmodell ermitteln
lassen, dann eröffnet sich die Zöglichkeit zu einem vereinfachten Steuersystem nach
Figur 6.
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Anstelle der stetigen Messung und Verarbeitung der Verzögerungewerte
Y kann ein Simultan-Funktionsgeber 41 vorgesehen sein, der die erlaubten Verzögerungswerte
mittels unktionen 60 simuliert. Der Funktionsgeber 41 wird in Abhängigkeit von der
erlaubten Fahrzeuggeechwindigkeit und der Außentemperatur gesteuert. Da Jedoch die
erlaubte Fahrzeuggeschwindigkeit von den ausgegebenen Verzögerungswerten Y = f (z;
t0 - a) abhängt, ist das System als Schleife 42 rückgekoppelt. Bei gleicher Anfangsgeschwindigkeit
i0 und Temperatur z wird der Verlauf des erlaubten Geschwindigkeitsverlustes immer
die
gleiche Charakteristik aufweisen. Der Vergleich der Fahrzeuggeschwindigkeit
unter Berücksichtigung der erlaubten Schlupfwerte von 15 % mit den Raddrehzahlen
kann vereinfacht werden, weil der Schlupf schon im Simultan-Funktjionsgeber 41 entsprechefid
berücksichtigt ist. Raddrehzahlen, welche aus den erlaubten Werten ausbrechen, werden
vom Vergleicher 24 erkannt und führen zum Einsatz der Bremslösung. Dieses System
bringt sowohl im Bereich der Rechenelektronik als auch im Bereich der Meßwerterfassung
Einsparungen, jedoch ist ein erhöhter Aufwand an Voruntersuchungen erforderlich.
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Ber in Figur 7 dargestellte Kurzzeit-Analogspeicher ermöglicht eine
einfache und wirtschaftliche Lösung des Speicherproblems, insbesondere bei monolithischer
Integration. Die Schaltung besteht aus zwei Funktionseinheiten, nämlich einem Eingabe-
und einem Ausgabeteil. Die Aufgaben des Eingabeteiles bestehen in der Signalanpassung
und Informationstrennung.
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Als eigentliches Speicherelement wird eine Kapazität 43 verwendet.
Die maximale Speicherzeit hängt in erster Linie von der Güte dieser Kapazität ab.
Der Ausgabeteil ist so ausgelegt, daß er laufend abfragebereit ist und das am Ausgang
44 gewonnene Signal direkt proportional zu dem am Eingang 45 eingegebenen Signal
liefert.
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Nimmt man an, daß das zu fixierende, am Eingang 45 au-£tretende Signal
einen Gleichspannungspegel hat, der sich in einem bestimmten Bereich, z.B. von Null
bis zu einem Maxinalwert
verändern kann, dann muß verhindert werden,
daß der Gleichspannungspegel durch die Belastung der Speicherschaltung verfälscht
wird. Um dem Rechnung tragen zu können, ist am Eingang 45 eine Transistorenkaskade
T1, T2, T3 aufgebaut. menn e = Eingangsspannung Basisemitter-Spannungsabfall UBE1
im Transistor 1 UBE2 im Transistor 2 UBE3 im Transistor 3 sind, entsteht am Fußpunkt
46 dieser sogenannten Darlington-Schaltung zwischen den Transistoren T2 und T3 ein
Signalpegel mit dem Wert UB3 =Ue+ UBE1 + UBE2.
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Am Fußpunkt 46 ist ein Schaltungszweig mit den beiden hintereinandergeschalteten
Dioden D1 und D2 angeschlossen, an denen der untereinander gleiche Spannungsabfall
mit UD1 und UD2 bezeichnet wird. Von der Diode D2 führt über die Verzweigung 50
die Leitung zu dem Transistor T4, dessen Spannungsabfall UBE4 gleich dem Spannungsabfall
UBE3 des Transistors T3 ist.
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Die Emitter der Transistoren T3 und !4 sind am Knotenpunkt 51 miteinander
verbunden. Der Strom, der über die Dioden D1 und D2 fließt, wird durch die Spannung
UB3 und den an der Verzweigung 50 angeschlossenen Widerstand R1 bestimmt. Der Enotenpunkt
51 liegt auf der gleichen Spannung wie die Leitung 52 zwischen den Dioden D1 und
D2.
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Der der Verzweigung 50 entgegengesetzte Pol des Widerstandes R1 ist
durch die Leitung 54 einerseits mit dem Emitter des Transistors T4 und andererseits
mit der Speicherkapazität 43 verbunden, deren anderer Pol über die Verzweigung 53
und einen Schalter 13 mit dem Knotenpunkt 51 verbunden ist.
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Wenn sich die Lastetromrichtung ändert, d.h. wenn der Strom nicht
über T3, sondern über T4 fließt, gibt es einen sprungfreien Übergang und somit eine
lineare Kennlinie am Ausgang 44. Die Kontinuität dieser Anordnung bewirkt, daß das
Ausgange signal des Eingabeverstärkers stets in festem Zusammenhang mit dem Eingangssignal
steht.
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Dies folgt aus nachstehender Berechnung, wobei Uc bei geschlossenem
Schalter 13 die am Speicherkondensator 43 liegende Spannung ist.
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Uc = Ue + UBE1 + UBE2 + UBE3 Uc = Ue + UBE1 + UBE2 + UD1 + UD2 -
UBE4 oder'Uc = Ue + 1e wobei Ke 2 Ui + UBE2 + UBE3 Ke = UBE1 + UBE2 + UD1 + UD2
- UBE4 Damit ergibt sich die Speicherspannung als lineare Funktion der Eingangsspannung.
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Über den Schalter 13 lassen sich zwei Betriebsarten Mitlauf und "Speichern"
wählen.
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Im Mitlaufbetrieb ist der Schalter 13 geschlossen und das Signal gelangt
über den npn-Darlington-Verstärker T5, , T6, T7 an den Ausgang 44 des Speichers.
Die Signalübernahme zum Ausgang wird durch die Zeitkonstante tz der Umladung des
Kondensators 43 verzögert. Aus den Innenwiderständen R3 und R4 der Transistoren
T3 und T4 und aus der Kapazität C des Kondensators 43 errechnet sich die Zeitkonstante
R3 . R4 #α = . C # 100# . 100 µF = 10-2 s R3 + R4 Neben der Stabilität des
Speichersignales darf auch die Höhe des Signalpegels durch den Kurzzeit-Analogschalter
nicht verfälscht werden. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Ubertragung
des unveränderten Signalpegels vom Eingang 45 auf den Ausgang 44 gewährleistet.
Dabei ist das Ausgangssignal in Bezug auf den Kondensator 43 um den gleichen Betrag,
jedoch in entgegengesetzter Richtung wie das Eingangssignal verschoben.
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Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß hinter die Verzweigung 53 drei
Transistoren T5, T6 und T7 hintereinandergeschaltet, deren zusammengeschaltete Emitter
über den Knotenpunit 55 mit der Leitung 54 und mit dem positiven Pol der Stromquelle
56 verbunden sind. Der Ausgang des letzten Transistors T7 ist
über
die Verzweigung 57 einerseits mit dem Widerstand R2 verbunden, dessen anderer Pol
an Erde und am negativen Pol der Stromquelle liegt, andererseits mit dem Ausgang
44.
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Bezeichnet man mit Ka # UBE5 + UBE6 + UBE7 den Transformationsfaktor
und ist Ua = Ka + Uc = Ausgangsspannung, dann ist Ua = Ue + Ke - Ka Werden nun die
Transistoren T1 bis T3 und T5 bis T7 so gewählt, daß der Gesamtspannungsabfall der
drei Eingangstransistoren den Gesamtspannungsabfall der drei Ausgangstransistoren
gleich ist, dann ist.
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Ke = Ka und deshalb U = e Das Signal am Ausgang 44 entspricht also
in Betrag und Potential dem dazugehörigen Signal am Eingang 45 und kann somit direkt
weiterverarbeitet werden.
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Der Speicherbetrieb setzt mit dem Öffnen des Schalters 13 ein.
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Der Kondensator 43 ist dann auf den letzten übermittelten Spannungspegel
auigeladen und hält nach dem Öffnen des Schalters 13
diese Information
fest. Um eine lange Speicherzeit des Kondensators 43 zu erreichen, sollte er so
hochohmig wie möglich belastet werden.An dem Kondensator 43 treten dann drei ohmsche
Belastungen auf, welche berücksichtigt werden müssen, und zwar der Verlustwiderstand
Rc des Kondensators 43, er liegt zur Zeit bei guten Kondensatoren in der Größenordnung
von 500 M # , die ohmsche Belastung durch den Kollektor-Basis7Reststrom des Transistors
T5. Mittels kleiner Transistorgeometrien lassen sich Werte von iCBO # 2 nA erreichen,
der transformierte Lastwiderstand R'e = Re . ß³ Der gesamte Verlustwiderstand errechnet
sich aus der Parallelschaltung dieser Werte.
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1 1 + 1 Rv Rc RCBO Re' Erreichbare Werte sind: Rc = 500 M# RCBO=
1 500 M# Rc' = 1 250 M# Rv = 290 Mit Die daraus resultierende Zeitkonstante für
das Speichersignal ist #α = Rv . C 2900 sec = 48,3 min
Die
zeitliche Änderung des Speichersignals erfolgt nach einer Exponentialfunktion. Wird
ein zehnprozentiger Abfall des Speicherniveaus als maximaler Fehler zugelassen,
dann wird dieser Wert nach t = 0,153 erreicht. Dabei dürfte es sich um einen realistischen
Wert handeln, wenn man bedenkt, daß der kritische Schlupf nicht eindeutig definiert
werden kann.
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Da aber selbst unter ungünstigsten Bedingungen Bremszeiten von 30
sec nicht überschritten werden, ist die Eignung dieses Kurzzeitspeichers bei 15-facher
Sicherheit gewährleistet.