Schaltungseinrichtung zur Feststellung von Schlupf bei Fahrzeugrädern und Beeinflussung des Radantriebes Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schal tungseinrichtung, um Schlupf bei Fahrzeugrädern festzustellen und die Antriebs- oder Bremskraft der Räder so zu beeinflussen, dass der Schlupf beseitigt wird.
Schlupf und dessen Folgen haben bei Motor fahrzeugen von jeher Störungen der gewünschten gleichmässigen Fortbewegung und Sicherheit der Fahrzeuge nach sich gezogen. Dies beruht im wesent lichen auf Unregelmässigkeiten der Reibung zwischen den Rädern und deren Anliegefläche am Boden. Der Reibungskoeffizient ist von einer grossen Anzahl Fak toren wie Feuchtigkeit, Beschaffenheit der Anliege fläche, Temperatur und anderen abhängig und ist somit sehr unterschiedlich. 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 be ginnt, steigt der Reibungskoeffizient mit zunehmen der Nach- bzw. Voreilung an und kulminiert im Ge biet von ungefähr 20 % Nach- bzw. Voreilung, wo nach 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, d'ass das Rad beim Fahren den Griff am Boden oder an der Schiene verliert und durchgeht bzw. beim Bremsen stehen bleibt und auf der Unterlage gleitet, beinahe über haupt nicht vorhanden. Es ist deshalb anzustreben, den Schlupf innerhalb der genannten Grenzen ."zwi- schen 0 und dem Wert von ungefähr 20 % Nach bzw.
Voreilen zu halten, wo die Gefahr für das Durch- gehen oder Stehenbleiben des Rades nicht vorhanden ist und somit stabile Verhältnisse herrschen.
Wenn das Nacheilen (oder Voreilen) beim Schlupf etwas geringer als der genannte kritische Wert von ungefähr 20 % ist, z.B. 16-18 %, ist es oft ausreichend, die dem Rad zugeführte Antriebskraft um z. B. 25 zu verringern, damit der Schlupf aufhören kann. Diese Kraftverminderung muss ohne jegliche Verzö gerung geschehen. Die menschliche Reaktionszeit ist jedoch allzu lang, um die Kraftverminderung schnell bewirken zu können, und ist ausserdem individuell vom Auffassungsvermögen und dem in jedem Fall verschiedenen Zustand des Fahrzeugführers abhän gig.
Zudem ist es schwer, den Grad der Antriebs- kraftverminderung auf richtige Weise zu beurteilen, welcher in einem einzelnen Fall vom Fahrer vor genommen werden muss, um die Schlupffreiheit wie der herzustellen, nämlich besonders dann, wenn die Nacheilung (oder Voreilung) den kritischen Höchst wert bereits überschritten hat und die Friktion sich einem bedrohlich tiefen Wert nähert.
Die Erfindung hat zum Gegenstand, die aus obenstehendem hervorgehenden Probleme zu lösen und insbesondere eine Einrichtung 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.
Diese Einrichtung ist eine Schaltung, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass ein den Schlupf feststellendes elektronisches Schaltorgan über ein Regelglied an eine Spannungsvergleichsein- richtung angeschlossen ist, die von den mit den Rä dern gekuppelten Tachometern gespeist wird, wobei vorzugsweise das spannungsempfindliche Schaltorgan eine Regelspannung für die Steuerung der Radan triebs- oder Bremskraft beeinflusst.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeich nung näher erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele zeigt. Fig. 1 ist ein Schaltschema des ersten Beispiels und Fig. 2 ein Schema des zweiten.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungseinrichtung hat drei je mit einer Radachse gekuppelte Tachometer 10, 12, 14 mit je einem Gleichrichter 16, 18, 20, um den von den Tachometern abgegebenen und der Drehzahl der Radachsen entsprechenden Wechsel strom in Gleichstrom umzuwandeln. . Der eine Span nungspol der Gleichrichter 16-20, z.
B. der negative, ist an eine gemeinsame Leitung 0 angeschlossen, wäh rend der andere, bei diesem Beispiel positive Pol, an je einen Abzweigpunkt 1, 2, 3 angeschlossen ist, sowie von hier über für Stromdurchgang geschaltete Dioden 22, 24, 26 an eine Leitung 4 bzw. über gegenüber den Dioden 22-26 stromsperrende Dioden 28, 30, 32 an eine Leitung 5 führt. Zwischen der Leitung 4 und 0 ist ein Spannungsteiler 34, 36 mit zwei Abgriffen 38, 40 eingeschaltet, die jeweils an einen pnp-Transistor 42, 44 angeschlossen sind, und zwar an dessen Emitter e.
Die Basis b eines jeden Transistors 42, 44 ist über einen Basiswiderstand 46 bzw. 48 an die Leitung 5 angeschlossen, während der Kollektor k über zwei Widerstände 50, 52 bzw. 54, 56 an die Leitung 0 gelegt ist. Die beiden Wider stände 50, 52 in der Kollektorleitung des erstgenann ten Transistors sind mit einem Kondensator 58 über brückt, der zusammen mit den beiden Widerständen 50, 52 eine Zeitkonstante in der Grössenordnung von z. B. 1 s hat. Die Widerstände 50, 52 bzw. 54, 56 bilden zwei Spannungsteiler, deren jeweiliger Abgriff an die Basis b von npn-Transistoren 60, 62 an geschlossen ist.
Diese Transistoren sind mit ihrem Emitter e an die Leitung 0 und mit ihrem Kollek tor<I>k</I> an die Basis<I>b</I> von pnp-Transistoren 64, 66 angeschlossen, deren Kollektoren k an die Leitung 0 gelegt sind, während der eine Transistor 64 mit sei nem Emitter e über einen einstellbaren Widerstand 68 mit einer Leitung 6 verbunden ist und der Emit ter e des anderen Transistors an die letztgenannte Leitung 6 direkt geschaltet ist.
Positive Batteriespan nung wird den Transistoren von einer Klemme 70 über Spannungsteiler 72, 74 und 76, 78 zugeführt, wobei der Abgriff der Spannungsteiler über einen Widerstand 80 bzw. 82 an die Verbindungsleitung zwischen den Transistoren 60 und 64 bzw. 62, 66 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der Schaltungseinrichtung ist folgende. Die Wechselspannungen der drei Tacho meter 10, 12, 14 werden in den Gleichrichtern 16, 18, 20 gleichgerichtet. Die Gleichspannungen an den Abzweigpunkten 1, 2, 3 sind untereinander in dem Fall gleich, dass die mit den Tachometern gekuppel- ten Radachsen 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, 44 gleich 0, weil die beiden betrachteten Emitterpunkte bei 38 und 40 an die Leitung 4, und die Basis punkte über die Basiswiderstände 46, 48 an die Leitung 5 angeschlossen sind, zwischen welchen Lei tungen 4 und 5 bei gleicher Drehzahl der Tacho meter 10, 12, 14 kein Spannungsunterschied herrscht. Die beiden Transistoren 42, 44 sind hierbei prak tisch gesperrt. Dies ändert sich jedoch in dem Augen blick, wenn eines der Räder zu schlüpfen anfängt, so dass der zugehörige Tachometer auf Grund sich ändernder Drehzahl eine von den übrigen Tacho metern abweichende Spannung liefert.
Es sei an genommen, dass der Tachometer 10 eine erhöhte Span nung im Verhältnis zu den. übrigen liefert. Diese erhöhte Spannung bewirkt einen Strom in dem fol genden Stromkreis: Punkt 1, Diode 22, Spannungs- teiler 34, Abgriff 38, Emitter e des Transistors 42, dessen Basis b, Basiswiderstand 46, Diode 30 oder 32 zum Punkt 2 oder 3, die ein niedrigeres Span nungspotential haben als Punkt 1.
Als Folge dieses Stroms durch die Basis des Transistors 42 wird derselbe für Stromdurchgang durch die Emitter-Kol- lektorstrecke e-k geöffnet, so dass der Transistor 42 Basisstrom an den Transistor 60 abgibt und hier durch bewirkt, dass auch der letztgenannte Transistor 60 geöffnet wird.
Dieser wirkt seinerseits auf den Transistor 64 so ein, d'ass die Emitter-Kollektor- strecke e-k des letztgenannten für Stromdurchgang geöffnet wird, so dass ein Stromkreis von der Lei tung 6 - welche benutzt wird, um eine positive Regelspannung zu führen, die dazu bestimmt ist, die Antriebsmotoren für die Radachsen 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-Kollektorstrecke des Transistors 64 belastet und somit gesenkt. Diese Potentialsenkung an der Leitung 6 zieht eine Verringerung der Strom stärke in den Antriebsmotoren nach sich, so dass auch das auf die Radachsen einwirkende und von den Antriebsmotoren geleistete Drehmoment sich in ent sprechender Weise verringert, welches eine Voraus setzung dafür ist, dass der entstandene Schlupf auf hören kann.
Der Transistor 42 spricht bereits bei verhältnis mässig geringem Schlupf an und bewirkt auf Grund des Widerstandes 68 eine Herabsetzung der positi ven Regelspannung der Leitung 6 in einem entspre chenden, nur geringen Mass, z. B. 25 %. Die Span nungshöhe, bei welcher der Transistor 42 ansprechen soll, kann mit Hilfe des Abgriffs 38 am Widerstand 34 eingestellt werden, während der Einwirkungsgrad auf die Regelspannung der Leitung 6 für die An triebsmotoren mittels des veränderlichen Widerstan des 68 eingestellt werden kann.
In den meisten Fällen ist es wünschenswert, die Manöverspannung 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, 64 ist auf Grund dessen ver doppelt worden, und zwar mit den Transistoren 44, 62, 66 sowie zugehörigen Schaltteilen. Der Abgriff 40 ist hierbei so eingestellt, dass die zweite Transistor gruppe erst bei, verglichen mit der ersten Transistor gruppe, kräftigerem Schlupf reagiert.
Bei einem prak tisch ausgeführten Beispiel hat es sich als günstig erwiesen, den Reaktionsgrad am Abgriff 38 der er sten 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 Lei tung 6 ist bedeutend grösser als bei der erstem Gruppe, weil nämlich hier die Verringerung die Regelspan nung nur vom Widerstand der Emitter-Kollektor- strecke e-k <I>des</I> Transistors 66 abhängig ist und nicht mehr von einem dem Widerstand 68 der ersten Stufe entsprechenden Widerstand.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die von der ersten Gruppe 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 Spannungsunter schied zwischen Punkt 1 und den Punkten 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, welcher Kondensator - wenn der Transistor 58 auf geladen worden ist - seine Ladung während einer bestimmten Zeitdauer, z.
B. 1-2 s nach dem Auf hören des Schlupfes, beibehält, so dass die Senkung der Regelspannung eine entsprechende Zeit länger bestehen bleibt als der Zeitpunkt der Schlupfbeseiti- gung.
Es ist selbstverständlich möglich, die Schaltungs einrichtung nach Fig. 1 abzuändern, z. B. die Tran sistoren 42, 44 direkt auf die Transistoren 64, 66 ohne zwischengeschaltete Transistoren 60, 62 ein wirken 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 Tachometer je nach der Anzahl der Räder erhöht oder auch auf nur zwei verringert werden.
Es ist auch ein Vorteil, dass irgendwelche Relais bei der Schaltungseinrichtung nach Fig. 1 nicht vorhanden sind und die Bestandteile der Schal tungseinrichtung zu Schaltteilgruppen zusammen gefasst werden können, die jede für sich in durch sichtigem Giesskunstharz, z.
B. Araldit, eingebettet werden, um gegen äussere Einwirkungen geschützt zu sein und bei etwaigen Betriebsstörungen infolge eines Schaltteilfehlers gegen fehlerfreie Gruppen aus getauscht werden zu können, wobei jede Gruppe in einem Kunstharzblock mit Anschlussstiftkontakten versehen wird, um den Austausch zu erleichtern. Die Schaltungseinrichtung- nach -Fig. 2_ ist nach dem gleichen Grundsatz wie in Fig. l aufgebaut.
Zwei Tachometer 10, 1-2 in Brückenschaltung sind mit je einem Gleichrichter 16, _18 und Spannungs- teiler 90, 92 parallelgeschaltet. Zwei Transistoren 94, 96 sind .mit ihrer Basis b über je einen Widerstand 98, 100 an den einen- Pol 1 bzw. 2 der Tachometer angeschlossen, während der andere Pol der Tacho meter an die Leitung 0 angeschlossen ist.
Die Tran sistoren 94, 96 sind mit ihrem Emitter e mit dem Abgriff am Spannungsteiler 90 bzw. 92 des in der Brückenschaltung gegenüberliegenden Tachometers verbunden, während die Kollektoren k der Transisto ren 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. 1 zusammengeschaltet ist.
Die Wirkungsweise der Schaltungseinrichtung 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 Tachometer die gleiche Drehzahl haben. Wenn Schlupf auftritt und die Drehzahlen der Tacho meter infolgedessen voneinander abweichen, entsteht eine Spannung zwischen 7 und 0, so dass der Tran sistor 60 auf gleiche Weise wie der Transistor 42 in der Schaltungseinrichtung nach Fig. 1 anspricht.