DE1755260A1

DE1755260A1 - Vorrichtung zum Ansteuern von Ventilen in Bremsleitungen eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE1755260A1
Application number: DE19681755260
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl-Ing Florus; Horst Grossner; Hans Dipl-Ing Steinbrenner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1972-01-05
Also published as: US3583773A; DE1755260C3; GB1258161A; DE1755260B2

Description

"Vorrichtung zum Ansteuern von Ventilen
in Bremsleitungen eines Kraftfahrzeugs"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern von Ventilen, die in Bremsleitungen eines Kraftfahrzeugs liegen, mit von zugehörigen Rädern angetriebenen Generatoren, die ein der Drehzahl entsprechendes Aus gangs signal abgeben und mit zwischen den Generatoren und jedem Rad angeordneten Verstärkern liegenden Dioden.

Vorrichtungen dieser Art dienen dazu, das Blockieren von Bremsen zu verhüten. Blockiert ein Rad, so sind meistens mehrere Regelspiele notwendig, bis der gewünschte Zustand wieder hergestellt ist. Jedes Regelspiel bedeutet einen Verbrauch von Bremsflüssigkeit auf der Druckseite. Da das verbrauchte Bremsmittel erst nach der Bremsung wieder zur Verfügung steht, ist es notwendig, mit möglichst wenig Regelspielen auszukommen und auf jeden Fall zu verhindern, daß das System in Schwingungen um einen eingestellten Schlupf kommt. Diese Forderungen sind bis jetzt nicht beachtet worden (Zeitschrift "Motor" 9. Dezember 1967, Seiten 46-48).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, bei einem bestimmten Schlupfwert S₁ die Bremse zu lösen und nach der Wiederbeschleunigung des Rads bei einem zweiten, kleineren Schlupfwert s die Bremse wieder freizugeben.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Generator über eine Diode mit dem einen Eingang eines zugehörigen Differenzverstärkers verbunden ist, daß jeder Generator über eine andere Diode mit einer Maximalspannungsleitung verbunden ist, daß der andere Eingang des Differenzverstärkers an einem Abgriffpunkt eines Spannungsteilers verbunden ist, dessen eine Seite mit der Maxim al Spannungsleitung und dessen andere Seite mit einem Bezugspotential verbunden ist und daß zwischen dem Abgriffpunkt und dem Bezugspotential ein vom Differenzverstärker gesteuerter Schalter liegt.

Vorteilhaft ist, wenn der Generator ein Frequenzgenerator ist, dem ein Frequenz/Spannungsumsetzer nachgeschaltet ist. Hierdurch vermeidet man, daß man Gleichstromgeneratoren oder Wechselstromgeneratoren verwenden muß, die einen Temperaturgang haben und bei denen es schwierig ist, identische Generatoren herzustellen.

Günstig ist, wenn jeder Generator mit einer Schlupfänderungsmeßvorrichtung verbunden ist, wenn alle Schlupfänderungsmeßvorrichtungen mit einer UND-Schaltung verbunden sind und wenn der Ausgang der UND-Schaltung mit den Magnetventilen verbunden ist. Hierdurch können die Bremsen auch dann gelöst werden, wenn alle vier Räder eines Fahrzeugs z. B. blockieren.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltung, welche eine Hysterese besitzt,

Fig. 2 einen Längsschnitt und die Hälfte eines Querschnitts durch einen Generator,

Fig. 3 das Schaltbild einer Schaltung zur Anzeige des Blockierens aller vier Räder,

Fig. 4 das Schaltbild einer Schaltung zur Überwachung der Betriebssicherheit, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Generators.

Beim Ausführungsbeispiel wird der Schlupf durch Vergleich der Geschwindigkeit eines Rades mit der Geschwindigkeit der übrigen Räder gewonnen. Dabei

ist zunächst vorausgesetzt, daß

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mindestens ein Rad keine Blockierneigung.zeigt.

In Fig. 1 ist das Prinzip eines BlockierverhUters dargestellt. Die vier Räder des Fahrzeugs treiben je einen Generator G. bis G . an. Die Ausgangsspannungen der Generatoren führen über je eine Diode D~ an eine gemeinsame Maximalspannungsleitung. Die Dioden D„ sind so gepolt, daß an dieser Maximalspannungsleitung die Spannung des am schnellsten drehenden Generators, also auch die des am schnellsten drehenden Rades herrscht.

Alle vier Generatoren müssen dieselbe Drehzahlkennlinie besitzen. ™

Die Spannung an der Maximalspannungsleitung stellt die Vergleichsspannung dar. Sie wird an vier Vergleicherschaltungen weitergegeben. Für jedes Rad ist eine Vergleicherschaltung vorhanden.

An dieselbe Vergleicherschaltung geht die Spannung des Generators über Dioden D. direkt. Da bei einem bestimmten Wert des Schlupfes s. (z.B. 15 %) die Vergleicherschaltung ansprechen soll, muß die Vergleichsspannung im Verhältnis des Schlupfwertes s. geteilt werden. Dies ge- M

schieht durch einen Spannungsteiler, welcher zunächst aus den Widerständen R. und R„ besteht, da der Transistor T«, wie noch später beschrieben wird, vorerst leitend ist. Die Bedingung für das Widerstandsverhältnis lautet:

^R2 ₁ ⁵I

R₁ + R₂ 100

An jeder Vergleicherschaltung steht also einmal eine Spannung, die proportional der betreffen-

^Sl den Raddrehzahl ist und zum andern die im Verhältnis 1 : ( 1 - yj^r ) geteilte Spannung des am schnellsten drehenden Rades.

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Die Vergleicherschaltung umfaßt einen Differenzverstärker DV mit möglichst großer Verstärkung. Angewendet wird zweckmäßigerweise ein sogenannter Rechen- oder Operationsverstärker. Ein derartiger Verstärker spricht auf die Differenz zweier Spannungen an. Ist die Spannung am Eingang e. größer (positiver) als am Eingang e., so ist die Spannung am Ausgang α des hier verwendeten Differenzverstärkers DV negativ. Infolge der sehr hohen Verstärkung reicht die Spannungsdifferenz von einigen mV aus, um den Verstärker bis zur Begrenzung voll durchzusteuern .

Auf die Schaltung in Fig. 1 angewendet bedeutet dies, daß, wenn alle Räder gleich schnell drehen, also alle Generatoren G. - G. dieselbe Spannung abgeben, an allen Differenzverstärkern DV die Spannung am Eingang e. größer als am Eingang e_ ist und damit alle Ausgänge α negativ gepolt sind. Der Transistor T- stellt einen pnp-Typ dar. Seine Basis wird vom Ausgang α angesteuert. In dem eben beschriebenen Zustand ist also dieser leitend und schließt somit

den Widerstand R„ kurz. Daher besteht der Spannungsteiler zunächst nur aus den Widerständen ο

R^ und R₂.

ρ Die Basen der Transistoren T., welche npn-Typen darstellen, sind ebenfalls mit den entsprechenden Ausgängen α verbunden. Die Transistoren sind alle gesperrt und somit wird keines der Magnetventile M. -M. betätigt.

Nun soll beim Bremsen das Rad 1 und damit G. langsamer drehen als die Übrigen. Wird der Schlupf S₁ Überschritten, so ist am Differentialverstärker DV. die Spannung am Eingang e. kleiner als am Eingang e_ und damit wird der Ausgang α positiv. Der Transistor T. wird leitend und das Magnetventil M. wird betätigt.

Das Magnetventil sitzt in der Bremsleitung und setzt bei Ansteuerung die Bremse des betroffenden

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Rades außer Betrieb. Gleichzeitig wird der Transistor T„ gesperrt und somit der Widerstand R₃ in den Spannungsteiler eingeschaltet. Somit gilt jetzt die Beziehung R₂ + R₃ τ ^S2

R₁ +R₂ + R₃ 100

stellt dabei einen kleineren Schlupfwert (z.B. 5 %) als s. dar.

Dadurch, daß am Rad 1 keine Bremswirkung mehr besteht, wird es wieder beschleunigt, d.h. der Schlupf gegenüber den anderen Rädern wird wieder geringer.

Der Zustand an der Vergleicherschaltung und am Magnetventil bleibt aber solange erhalten, bis der Schlupfwert $„ erreicht ist bzw. unterschritten wird. Dann kippt die Vergleicherschaltung wieder in die Ausgangslage um, Magnetventil M, ist nicht mehr betätigt, und die Schaltung kann erst wieder beim Schlupfwert s, ansprechen.

Das Einführen dieser Hysterese im Ansprechen zwischen s. und s„ verhindert, daß das ganze System ins Schwingen um den Schlupfwert s, gerät. Eine solche Hysterese läßt sich auch dadurch erreichen, daß in die Leitung vom Generator zur Vergleicherschaltung ein zweiter Spannungsteiler geschaltet wird, welcher über einen Transistor (in diesem Fall vom npn-Typ) ein- und ausgeschaltet wird. Dann bleibt der Spannungsteiler vom gemeinsamen Punkt zum Vergleicher immer in seinem Verhältnis erhalten.

An die Generatoren sind einige Anforderungen zu stellen. Sie müssen alle exakt die gleichen Drehzahlkennlinien vorweisen. Sie müssen möglichst trägheitslos arbeiten, d.h. ihre Totzeit bei Drehzahländerung soll sehr klein sein ( etwa 1 ms ). Damit sie unter Umständen in der Nähe von den Bremsen untergebracht werden können, sollen sie außerdem sowohl höheren Temperaturen widerstehen als auch keinen Temperaturgang besitzen. Ferner ist erwünscht, daß sie

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in ihrer Funktion Überwacht werden können, d.h. daß beim Ausfall eines Generators die ganze BlockierverhUtungsschaitung abgeschaltet werden kann und dies durch ein Alarmsignal angezeigt wird.

Als Gleichstromgeneratoren bieten sich zunächst Gleichstrommaschinen an, die die Form einer Unipolarmaschine oder eines Kollektorgenerators haben können. Beide arbeiten mit Schleifkontakten, welche nicht sehr zuverlässig und außerdem einem Verschleiß unterworfen sind. Ferner ist ihr Innenwiderstand und der magnetische Fluß in der Maschine temperaturabhängig, ^ sodaß bei ungleicher Erwärmung dieser Generatoren bei derselben Drehzahl Unterschiede in der Ausgangsspannung vorhanden sind.

Durch geeignete Maßnahmen lassen sich die Nachteile der Gleichstrommaschinen verhindern, sodaß sie bedingt fUr einen Einsatz bei der BlockierverhUtungsschaitung in Frage kommen.

Verwendet man Wechselstromgeneratoren mit Permanentmagneten, so können Schleifringe entfallen. Das Signal einer solchen vielpoligen Wechselstrommaschine wird gleichgerichtet und ψ gesiebt, sodaß eine der Drehzahl proportionale Spannung zur Verfugung steht.

Nachteilig ist wiederum hier der Temperaturgang der Maschine und die recht hohe Genauigkeitsforderung der Fertigung, um fUr viele Generatoren dieselben Kennlinien zu erhalten.

Am besten geeignet sind Frequenzgeneratoren, die im Prinzip Wechselstromgeneratoren mit recht hoher Polzahl sind. Allerdings wird nicht die Größe der Ausgangsspannung sondern die Frequenz derselben ausgenutzt. Diese Frequenz ist der Drehzahl streng proportional.

Die Ausgangsspannung dieser Generatoren wird einem sogenannten Frequenz-Spannungs-

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Umsetzer zugeführt, in dieser Einrichtung ,werden proportional zur Frequenz des Generators Impulse gleichen Energieinhalts erzeugt. Die Pulsfolgefrequenz ist also wiederum proportional der Drehzahl. In einem Tiefpaß wird der Mittelwert der Pulsfolge gebildet, sodaß eine der Drehzahl proportionale Ausgangsspannung zur Verfugung steht. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist durch die oben erwähnte Totzeit bestimmt. Aus der Flankensteilheit des Tiefpasses und der niedersten Drehzahl, bei welcher die Blockierverhütungsvorrichtung noch funktionieren soll, ist die Anzahl der Impulse pro Radumdrehung fUr den Frequenzgeber festgelegt.

Die so gewonnene drehzahlproportionale Spannung ist nicht mehr von der Temperatur des Generators abhängig.

In der Fig. 2 ist ein Frequenzgenerator des zuletzt beschriebenen T/ps dargestellt. Er hat einen Stator U aus magnetischem Material (welcher gegebenenfalls lamelliert sein kann), welches eine Spule 12 trägt. Ein Rotor 13, ebenfalls aus magnetischem Material, schließt den magnetischen Kreis. Der Stator 11 und der Rotor 13 tragen eine Verzahnung 14, sodaß beim Rotieren eine Luftspaltänderung eintritt, je nachdem, ob sich Zahn und Zahn oder Zahn und Lücke gegenüberstehen.

Diese Luftspaltänderung liefert später eine Induktionsänderung des Generators. Das Produkt aus der Anzahl der Zähne und der Drehzahl ergibt die Ausgangsfrequenz des Generators. Lager 15 halten den Rotor 13 in einem Gehäuse 16. Eine Antriebswelle 17 ist mit einem Fahrzeugrad verbunden.

Die Spule 12 des Generators wird von einem eingeprägten Strom durchflossen. Dies wird entweder durch Vorschalten eines entsprechenden Widerstandes oder besser durch Einschalten der Spule 12 in den Kollektorkrets eines Transistors erreicht. ( F'M- 0

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Ändert sich nun der Luftspalt im Generator, so ändert sich seine Induktivität und damit die an der Spule 12 stehende Spannung.

Diese Wechselspannung wird dem Frequenz-Spannüngs-Umsetzer zugeführt. Die an der Spule stehende Gleichspannung wird durch einen Kondensator C. abgetrennt.

Mit Hilfe des durch die Spule 12 dauernd fließenden Gleichstroms läßt sich der Generator Überwachen.

Eine entsprechende Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Eine Unterbrechung in der Zuleitung oder in der Spule 12 bewirkt, daß kein Strom I mehr fließt und die Spannung am Transistor T. nahezu auf den Wert + U_D steigt. Damit wird der Transistor T₀ gesperrt, welcher vorher leitend

D Z.

war. Das Signal am Kollektor von T« kann jetzt dazu ausgenutzt werden, um entweder die gesamte Blockierverhutungsschaltung oder nur das zu diesem Rad gehörende Magnetventil außer Betrieb zu setzen.

Die bisher beschriebene Vorrichtung spricht nicht an, wenn alle vier Räder gleichmäßig zum Schlupfen kommen. Für diesen Fall ist vorgesehen, daß eine zusätzliche Einrichtung die Bremswirkung an allen Rädern abschaltet.

Verliert ein gebremstes Rad die Haftreibung, so kommt sehr schnell ein größerer Schlupf zustande, d.h. aus einer Sch lupf änderung kann auf den Blockierbeginn eines Rades geschlossen werden. Die Schlupfänderung kann aus dem Drehzahlverlauf eines Rades durch Differentiation ermittelt werden.

In der Schaltung nach Fig. 3 wird die Ausgangsspannung jedes Generators an einem CR-G lied

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differenziert und anschließend einer Triggerschaltung Tr zugeführt. Erreicht nun die Spannung am Trigger Tr einen bestimmten Wert, der nur auftritt, wenn ein Rad zu blockieren beginnt, so spricht die Triggerschaltung an und gibt ein Signal ab. Die Ausgänge aller Trigger führen zu einem UND-Glied 18. Dieses gibt ein Signal weiter, wenn alle Trigger Tr angesprochen haben. Der Ausgang des UND-Gliedes 18 ist mit einem elektronischen Schalter 19 verbunden, der beispielsweise alle Basen der Transistoren T, der Blockierverhütungsschaltung über nicht dargestellte Dioden einschaltet.

Kommen also alle vier Räder zum Schlupfen, so sprechen alle vier Trigger Tr an und der elektronische Schalter 19 betätigt über die Transistoren T. alle vier Magnetventile. Damit werden die Räder von den Bremsen freigegeben und können wieder in die Haftreibung kommen.

Die Triggerschaltung Tr, besitzt selbstverständlich eine Hysterese, damit es überhaupt zu einer Wiederbeschleunigung der Räder kommen kann.

Eine andere Möglichkeit bietet der Vergleich der Geschwindigkeit der Räder mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dieser Vergleich wäre eigentlich grundsätzlich durchzuführen, um zu ermitteln, ob ein Rad einen Schlupf aufweist.

Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann z.B. mittels eines ungebremsten fünften Rades am Fahrzeug ermittelt werden. Für Meßzwecke werden solche Räder häufig verwendet. Ein Einbau eines solchen Rades stellt von der technischen Seite keine Schwierigkeiten dar. Das ungebremste Rad wird nun ebenfalls mit einem nicht dargestellten Generator G₁. versehen. Das Ausgangssignal dieses Generators G₁. dient jetzt als Bezugsspannung und tritt in der Schaltung nach Fig. 1 an die Stelle der dort gezeigten Maximalspannungsleitung.

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Anstelle des fünften Rades kann auch anders verfahren werden. Es sei darauf hingewiesen, daß der Doppler-Effekt bei Radar-, Ultraschall- oder Laser-Strahlen oder die Integration der Auegangsspannung eines Beschleunigungsgebers verwendet werden kann, welch letzterer so eingebaut ist, daß er auf Straßenneigungen nicht anspricht.

Anstatt des in der vorhergehenden Beschreibung nach Fig. 2 vorgesehenen Generators kann auch ein Generator verwendet werden, welcher keine besonderen Teile benötigt, bei welchem vielmehr die an der Bremse oder am Rad sowieso vorhandenen Teile benutzt werden, um Impulse zu erzeugen, so wie Fig. 5 das zeigt. In Fig. 5 erhält beispielsweise die Bremsscheibe 20 eine Verzahnung nach demselben Prinzip wie bei Fig. 2. Zur Abtastung wird ein Polschuh 21, der dieselbe Verzahnung trägt, verwendet. Dieser Polschuh wird über die Wicklung 22 erregt.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim 18. April 1968

Ansprüche

Vorrichtung zum Ansteuern von Ventilen., die in Bremsleitungen eines Kraftfahrzeugs liegen, mit von zugehörigen Rädern angetriebenen Generatoren bzw. Generatoren, die durch geeignete Formgebung der am Rad oder der Bremse vorhandenen Teile funktionieren, die ein der Raddrehzahl entsprechendes Ausgangssignal abgeben und mit zwischen den Generatoren und jedem Rad angeordneten Verstärkern liegenden Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Generator (G₁ ,G„,G ,G.) über eine Diode (D₁) mit dem einen Eingang (e ) eines zugehörigen Differenzverstärkers (DV^DV^DV^DV .) verbunden ist, daß jeder Generator (G₁, G₀, G„, G ) über eine andere Diode

1 Δ ο 4

(D₀) mit einer Maxim al Spannungsleitung verbunden ist, daß der andere Eingang (e ) des Differenzverstärkers (DV₁,DV_O,DV ,DV.) an einem Abgriffpunkt eines Spannungsteilers (R ,R ,R) verbunden ist, dessen eine Seite

J. 2t ο

mit der Maxim alspannungsleitung und dessen andere Seite mit einem Bezugspotential verbunden ist und daß zwischen dem Abgriffpunkt und dem Bezugspotential ein vom Differenzverstärker (DV₁JDV₀JDV₀₃DV.) gesteuerter Schal-

X Δ ο 4

ter (T₂) liegt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G₁)G ,G ,G) ein Frequenz generator ist, dem ein Frequenz/Spannungsumsetzer nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Generator (G₁ ,G₀, G ,G ) mit einer Schlupfänderungsmeßvorrich-

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tung (CR) verbunden ist, daß alle Schlupfänderungsmeßvorrichtungen (CjR) mit einer UND-Schaltung (18) verbunden sind und daß der Ausgang der UND-Schaltung (18) mit den Magnetventilen (M₁, M , M„j M.) verbunden ist.

JL Ci ό ^x

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Schlupfänderungsmeßvorrichtung (C, R) eine die wahre Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Raddrehzahl vergleichende Vorrichtung benutzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dopplereffekt-Meßvorrichtung umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterbrechung oder ein Kurzschluß der Leitung in oder zu einem Generator durch Überwachen des Erregerstromes zur Abschaltung herangezogen wird.

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