DE2135912A1

DE2135912A1 - Vorrichtung zur abtastung von geschwindigkeitswerten bei kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2135912A1
Application number: DE2135912A
Authority: DE
Inventors: Wulf Bayha; Walter Groezinger
Original assignee: LESTRA AG
Current assignee: LESTRA AG
Priority date: 1971-07-17
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1973-03-22
Also published as: JPS4829123A; GB1327559A; FR2146267B1; US3805161A; FR2146267A1

Description

DR.Ih'O. DIPL. -IMG. M. HC. DIPL-PHVS. OR. DIPL.-PMV4

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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1. Juli 1971

LESTRA AG
Glarus / Schweiz

Vorrichtung zur Abtastung von Geschwindigkeitsv/erten bei Kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung von Geschwindigkeitswerten bei mit einem Wirbelstrom-Tachometer ausgerüsteten Kraftfahrzeugen. Die jeweils gefahrene Momentangeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges möglichst naturgetreu abzutasten, und einer weiterverarbeitenden Schaltung bzw. sonstigen Einrichtungen zuzuführen, die aufgrund dieser Information bestimmte Schaltmassnahmen treffen, ist bekannt. Möglichkeiten, die Geschwindigkeit eines Autos messtechnisch unter Zurverfügungstellung von v/eiterzuverarbeitenden Signalen zu erfassen, sind beispielsweise dadurch gegeben, dass man von der Zeigerwelle des Tachometers, die die Geschwindigkeit des Autos ohnehin anzeigt, Signale ableitet. Das kann dadurch geschehen, dass mit der Zeigerwelle eine Fahne verbunden ist, die in den Bereich einer Lichtschranke eindringt, und zwar bei Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit, so daß der Lichtstrahl der Schranke unterbrochen und ein Ausgangssignal ge-

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wonnen wird. Auch ist es möglich, auf die gleiche Art beispielsweise einen sogenannten Abrissoszillator zu schalten, indem das mit der Anzeige verbundene Fähnchen in die Schwingspule eines Oszillators gleitet. Als weiteres Beispiel zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges sei noch das mechanisch v/irkende Fliehpendel genannt.

Sämtliche dieser Anordnungen sind mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, dass eine solche Vorrichtung, die aus der Bewegung der Tachometeranzeige ein Signal ableitet, immer nur

ψ einen einzigen Schaltpunkt erfasst, der im übrigen noch eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Hysterese-Erscheinung aufweisen kann. Auch sind die erreichbaren Genauigkeiten bei diesen messtechnischen Möglichkeiten nur gering, da der Anzeigefehler, den das Tachometer aufweist, und der auch bei sehr hochwertigen Geräten nur angenähert korrigiert v/erden kann, voll in das Messergebnis eingeht. Solche Anordnungen können also dann nicht verwendet werden, wenn es auf eine Signalgabe mit hoher Präzision ankommt,und wenn verschiedene Geschwindigkeitsbereiche aus unter Umständen voneinander unabhängigen Gründen erfasst werden sollen. So ist es beispielsweise dankbar, bei einer Geschwindigkeit, die der innerorts vorgeschriebenen 50 km/h

^ für Kraftfahrzeuge entspricht, eine Lampe aufleuchten zu lassen, wobei jedoch die übliche Tachometervoreilung ausgeschaltet werden soll. Weiterhin scheint es wünschenswert, auch bei bestimmten anderen Geschwindigkeiten Signale zu geben bzv/. selbsttätig Schaltmässnahmen einzuleiten, die bei diesen Geschwindigkeiten erwünscht sind. So könnte weiterhin dciran gedacht werden, bei Überschreiten einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit, die einer maximalen Drehzahlgrenze entspricht, die Zündung abzuschalten oder doch zumindest auf automatischem Weg eine Gaswegnahme einzuleiten.

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Eine weitere sehr wünschenswerte Möglichkeit wäre, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Möglichkeit hätte, durch Verdrehen eines Bedienungsknopfes eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen, beispielsweise wenn er wünscht, nur eine bestimmte Geschwindigkeit zu fahren, oder wenn eine allgemeine, länger andauernde Geschwindigkeitsbegrenzung vorherrscht. Wird dann diese Geschwindigkeit erreicht bzw. überschritten, erfolgt eine Signalgabe, wobei vorher festgelegte Funktionen und Aufgaben bei anderen Geschwindigkeiten nicht beeinträchtigt werden.

Es versteht sich und wurde eingangs schon erwähnt, dass eine solche Signalgabe mit äusserster Präzision erfolgen muss, damit beispielsweise bei bestimmten einheitlichen Geschwindigkeitsregelungen eine Gleichförmigkeit des Verkehrs und eine erhöhte Verkehrssicherheit garantiert ist, insofern, dass die bei unterschiedlichen Messergebnissen, wie heute vielfach bei Tempo 50 aufgrund unterschiedlicher Tachometergenauigkeiten auf den Strassen zu beobachten, vermieden werden. Auf diese Weise könnte auch die Gefahr eines ständigen, sich gegenseitigen Überholens verringert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abtastung von Geschwindigkeitswerten bei mit einem Tachometer ausgerüsteten Kraftfahrzeugen zu schaffen, die. mit grosser Präzision arbeitet, in der Lage ist, mehrere, vorzugsweise beliebig viele Geschwindigkeitswerte in Ausgangssignale zu verarbeiten und getrennt anzuzeigen und darüberhinaus ohne grösseren Aufwand in jedes Kraftfahrzeug eingebaut

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werden kann. Dabei sollen keine Eingriffe in Motor, Getriebe oder sonstige Antriebsaggregate notwendig sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art und besteht darin, dass im Bereich des über die Tachowelle angetriebenen, sich drehenden Gebermagneten des Tachometers eine Empfängerspule angeordnet ist, die als Folge des auf sie in periodischem Wechsel einwirkenden Magnetfeldes eine ein^r weiterverarbei- ^ tenden Schaltung zugeführte Ausgangsspannung liefert, deren Null-Durchgänge bzw. Frequenz ein Mass für die Fahrzeugsgeschwindigkeit ist. .

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Messergebnis keinerlei systemeigene Messfehler aufweisen kann, da davon auszugehen ist, dass sich die Tachometerwelle in absoluter Proportionalität zu der Umdrehung der Hinterachse bewegt. Erfindungsgemäss werden dabei die Umdrehungen der Tachometerwelle aufgrund des von dem Tachometermagneten entwickelten Feldes direkt in digitaler Weise ausgenutzt, so dass der Umweg über die übliche federgefesselte Tachometeranordnung, bei welcher aufgrund von in einer Aluminiurascheibe induzierter Wirbelströme eine Geschwindigkeitsanzeige erzielt wird, vermieden wird.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dabei die Empfängerspule auf den den Tachometermagneten umgebenden Kurzschlussring aufgebracht, der für den magnetischen Rückschluss sorgt. Irgendwelche Änderungen an dem Tachometer selbst sind dabei nicht erforderlich, auch wird die Funktion des Tachometers selbst nicht beeinträchtigt.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass auf diese Weise die Genauigkeit der Geschwindigkeitsanzeige keiner Alterung unterworfen ist, so dass sogar dann, wenn der Tachometer selbst immer ungenauer anzeigt, die gemäss der Erfindung erfolgende Signalgabe bei bestimmten Geschwindigkeiten mit unveränderter Präzision erfolgt, da Alterurigen des Magneten und Verschiebung der Bauteile gegeneinander, aber auch Temperatureinflüsse auf die Null-Durchgänge der Spulenausgangsspannung keinerlei Einfluss haben können.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivisch-explodierter Darstellung den unteren Teil eines Kraftfahrzeug-Tachometers mit abgenommener Skalenhaube,

Fig. 2 den unteren Teil des Tachometers nochmals in einer Ansicht von oben, während

Fig. 3 die elektrische Schaltung zur Auswertung der von der Empfängerspule gelieferten Signale darstellt.

Die Darstellung der Fig. 1 enthält an sich bekannte Aufbauteile für ein handelsübliches Tachometer eines Kraftfahrzeuges, wobei jedoch lediglich die unteren Teile einschliesslich des Lageraufbaues 1 des Magneten und die den Magneten häubchenartig übergreifenden Aluminiumscheibe dargestellt sind. Der obere Teil des Tachometers mit Skalenanordnung ist weggenommen und v/ird für aie weitere Erläuterung auch nicht benötigt.

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Der untere Ansatzteil 3 des Magnetgehäuses 1 nimmt die Tachometerwelle auf, deren Umdrehung sich direkt als Umdrehung des Magneten 4 auswirkt, d. h., der Magnet 4 dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist und ein hochgenaues Abbild dieser Fahrzeuggeschwindigkeit bildet. Dabei können Messfehler in diesem Stadium noch nicht auftreten. Der Magnet 4, der scheibenförmig ausgebildet ist und im Ausführungsbeispiel über seinen Umfang verteilt, zwei Nord- und zwei Südpole aufweist, wird von einer haubenförmigen, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Scheibe übergriffen und induziert bei Drehung in der Aluminiumscheibe Wirbelströme, die ein Mitlaufen der Aluminiumscheibe in Richtung der Magnetfelddrehung bewirken. Wie bekannt, wird jedoch die Aluminiumscheibe durch die Federkraft einer mit ihrer Achse 5 verbundenen Spiralfeder festgehalten, so dass ihr maximal möglicher Verdrehwinkel, der im wesentlichen der Umdrehungsgeschv/indigkeit des Permanentmagneten 4 proportional ist, ein Mass für die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Wie jedoch eingangs schon erwähnt, ist die so erzielte Geschwindigkeitsanzeige nicht sehr präzise und kann in ihrer Genauigkeit Temperaturschwankungen und Alterungs erscheinungen, insbesondere bei Nachlassen des Magnetfeldes, unterworfen sein, so dass eine Ableitung von Messgrössen aus dem Verdrehwinkel der Aluminiumscheibe 2 fehlerhaft wird.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist daher in der Nähe des von der Tachometerwelle angetriebenen Permanentmagneten 4 eine Spule 5 angeordnet, die lediglich so angebracht werden muss, dass sie von den von dem Magneten 4 ausgehenden Magnetfeldern periodisch geschnitten wird. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbaispiel der Erfindung ist die Spule als einlagige bzw. mehrlagige Wicklung auf dem aus magnetischem Material

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bestehenden Rückschlussring 6 aufgebracht, der für den magnetischen Rückschluss der von dem scheibenförmigen Permanentmagneten 4 ausgehenden Kraftlinien sorgt. (Siehe auch Fig. 2) Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Spule immer von den magnetischen Kraftlinien geschnitten wird, und in dieser eine induzierte Ausgangsspannung entsteht, die der in Fig. 3 dargestellten weiterverarbeitenden Schaltung zugeführt ist.

Es ist erkennbar, dass auch eine Schwächung bzw. Veränderung des Magnetfeldes bzw. sonstige Veränderungen der strukturellen Bauelemente des Tachometerantriebs zwar amplitudenmässig die Ausgangsspannung der Spule 5 bis zu einem gewissen Grade beeinträchtigen können, dass jedoch die Null-Durchgänge dieser Spannung präzise von der Drehung des Permanentmagneten 4 abhängen und nur ein Mass dieser Drehung sind. Zweckmässigerweise wird daher beim Aufbau eines normalen Tachometers so vorgegangen, dass sofort bei der Herstellung auf den magnetischen Kurzschlussring 6, der üblicherweise den zum Antrieb der Tachometeranzeige benötigten Permanentmagneten umgibt, eine Spule aufgebracht wird, die von den Kraftlinien des Magneten geschnitten wird. Die Spulenanschlüsse werden dann herausgeführt und können, und zwar auch zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt eine zweckvolle Verwendung finden. Eine Veränderung der Tachometercharakteristik an sich ergibt sich aufgrund dieses zusätzlichen Spuleneinbaues nicht, auch ist es nicht notwendig, die ursprünglichen Abmessungen des Tachometers zu ändern, da die Spule ausreichend klein gehalten v/erden kann.

Das an den Ausgangsklemmen 7a und 7b der Spule abzunehmende

annähernd Signal ist beim Ausführungsbeispiel eine Sinusschwingung.

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Dieses Signal wird dann gemäss der Darstellung der Fig. 3, in welcher die Empfängerspule 5 mit dem Bezugszeichen G bezeichnet ist, weiterverarbeitet. Je nach dem Vorzeichen der an der Diode 8 anliegenden Geberspannung wird die Diode leitend sein oder sperren, so dass an dem Kollektoranschluss des Transistors 9 Spannungsschwankungen auftreten, die verstärkt und dem nachgeschalteten Transistorverstärker 10 zugeführt v/erden. Dabei arbeitet der erste Transistor 9 als Impulsvorverstärker und stellt die Stufe I der weiterverarbeitenden Schaltung dar.

fc Die Stufe II ist von dem Transistor 10 gebildet, der etwa wie ein vereinfachter monostabiler Multivibrator arbeitet. Die an seinem Kollektor abgenommenen Impulse werden von dem RC-Netzwerk 11 und 12 der nachfolgenden Stufe III differenziert, wobei gleichzeitig die negativen Impulsspitzen über die Diode 13 gegen Masse abgeleitet werden. Die positiven Impulsspitzen gelangen über die Diode 14 auf eine aus Kondensatoren 15, 16, 17 und Widerständen 18, 19 aufgebaute Ladungs- und Glättungskette, die die Stufe IV der Schaltung bildet. Die Kondensatoren 15, 16 und 17, deren einer Anschluss jeweils an Masse liegt und deren andere Anschlüsse an den Verbindungspunkten der Reihenschaltung der beiden Widerstände 18 und 19 angeschlos-

^ sen sind, weisen Kapazitätswerte im Bereich von 1 - 10 UF auf, so dass sich die Kondensatoren in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Magneten und damit in Abhängigkeit von der Anzahl der einlaufenden Impulse auf eine bestimmte positive Ladehöhe aufladen können. In der nachfolgenden Stufe V ist ein Widerstand 21 vorgesehen, der für eine ständige Entladung der integrierend v/irkenden Ladekette sorgt. Die Diode 2O dient zur Verbesserung des Temperaturganges. Auf diese W§ise entsteht am Punkte 22 der Schaltung eine positive Spannung, die präzise von der Geschwindigkeit des fahrenden Fahrzeages, d.h.

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von der Anzahl der einlaufenden Impulse abhängt. Es ist sofort zu erkennen, dass der Übergang von der digitalen zur analogen Auswertung von der Stufe III zur Stufe IV erfolgt, wo die als positive Impulsspitzen einlaufenden digitalen Signale in der als Summier- bzw. als Integrierglied arbeitenden Ladekette der Stufe IV summiert werden. Die Spannungshöhe am Punkte 22 kann nunmehr über nachgeschaltete Messanordnungen abgetastet werden, wobei vorteilhafterv/eise integrierte Schmitt-Triggerschaltungen 23, 24 und gegebenenfalls 25 verwendet werden können, da sich dadurch leicht eine sehr kleine Hysterese einstellen lässt. Die als Schmitt-Trigger wirkenden integrierten Bausteine weisen zwei Eingänge auf, wobei das Potential des einen Eingangs 26a, 26b durch eine aus den Widerständen 27, 28, 29, 30, bzw. 27', 28', 29*, 30* aufgebaute Spannungsteilerschaltung präzise eingestellt und vorgegeben v/erden kann.

Je nachdem, auf welchem Spannungspegel sich nunmehr der andere Eingang 31a bzw. 31b (d. h. Punkt 22 der Schaltung) des Schmitt-Triggers befindet, schaltet dieser durchs cL h= _t er kippt bei positiveren Potential bei 31a bzw. 31b gegenüo^rr den Eingängen 26a, 26b in seinen anderen Zustand um und legt üamit ein ihm nachgeschaltetes Relais 32a bzw. 32 b an volle Spannung, so dass dieses anzieht und weitere Schaltkreise zur Signalgabe befähigt bzw. selber die nötigen Schaltungen,- wie das Aufleuchten einer Signallampe, vornimmt. Den Relais 32k imd 32b sind in bekannter Weise zur Begrenzung der Abschaltspannung Dioden parallel geschaltet. Da die Eingänge der integrierten Schmitt-Trigger 23, 24, 25 usw.den Punkt 22 der Schaltung praktisch nicht belasten, ist es möglich, eine beliebige Anzahl von nachgeschalteter. Schmitt-Triggern bzw. anderen Schaltungsanordnungen zu ver-

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wenden, die durch entsprechende Einstellung von Trimmern 29 bzw. 29' in der Spannungsteilerschaltung auf beliebige Spannungen und damit auf beliebige Geschwindigkeitsschaltpunkte eingestellt sein können. So ist es beispielsweise möglich, bei Geschwindigkeit 50 km/h den Schmitt-Trigger 23 durchzuschalten, wobei die Schaltung derart empfindlich zu reagieren in der Lage ist, dass präzise bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit geschaltet und eine Signalgabe veranlasst wird. Weiterhin können bei Tempo 100 km/h andere Schaltungsmass- ^ nahmen getroffen werden, und insbesondere ist es auf diese Weise möglich, auch gesetzgeberischen Erfordernissen zu entsprechen, wenn beispielsweise bei bestimmten Geschwindigkeiten die Betätigung, bestimmter Signalanlagen vorgeschrieben werden. Dabei garantiert die im wesentlichen digitale Erzeugung und Verarbeitung eines geschwindigkeitsproportionalen Signals eine genaue Gesehifindigkeitsangabe°

Weiterhin ist denkbar, dass man beispielsweise anstelle des Trimmers 29 für die Vorspannung des ersten Schmitt-Triggers 23 ein speziell geeichtes Potentiometer verwendet,, v/elches über einen vom Armaturenbrett zugänglichen Einstellknopf über eir«3

in kra/h geeichte Skala eingestellt werden kann. Dann ist es P für jeden Fahrer möglich, sich auf elektronischem Wege eine vorfosstimmte Geschwindigkeit vorzugeben bei de'ren Erreichen ein® Lampe aufleuchtet= Ein solches Signal kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch zur Betätigung von Gaspedal und Bremsanlage verwendet ysrsea. Macht man noch einen weiteren Schmitt-Trigger einstellbar -, dann ist es möglich, sich ein bestimmtes Gssehwindigkeitsinterx"£ll vorzugeben? welches man dann einzuhalten bestrebt ist_P wobei die Schaltungen beliebig

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so getroffen werden können, dass bei Einhalten des Geschwindigkeitsintervalls eine bestimmte Lampe aufleuchtet. Auch dies trägt zu einem gleichmässigen Verkehrsfluss bei.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Abtastung von Geschwindigkeitswerten bei mit einem Wirbelstrom-Tachometer ausgerüsteten Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des über die Tachowelle angetriebenen, sich drehenden Gebermagneten (4) des Tachometers eine Empfängerspule (5) angeordnet ist, die als Folge des auf sie in periodischem Wechsel °inwir- ^ kenden Magnetfeldes eine einer v/eiterverarbeitenden Schaltung (Fig. 3) zugeführte Ausgangsspannung liefert, deren Null-Durchgänge bzw. Frequenz ein Mass für die Fahrzeuggeschwindigkeit sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule (5) auf einem, den scheibenförmigen Permanentmagneten (4) umgebenden magnetischem Kurzschlussring (6) aufgebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung der Empfängerspule (5) einem impulsformenden und verstärkenden Verstärker (9) zugeführt

P ist, dem ein weiterer Impulsverstärker (10) nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Impulsverstärkers

(10) einem Differenziernetzwerk (11, 12) zugeführt ist,und dass die positiven Impulsspitzen einer aus Widerständen (18, 19) und Kondensatoren (15, 16, 17) bestehenden integrierenden Ladekette zugeführt sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekette durch einen Widerstand (21) konstant entladen wird, so dass ihr Spannungszustand ein Mass für die Anzahl der Impulse und damit der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung der Ladekette einem oder mehreren Schmitt-Triggern (23, 24, 25) zuführbar ist, die je nach der ihrem anderen Eingang (26a, 26b) zugeführten einstellbaren Vorspannung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ihnen nachgeschaltete Relaisanordnungen (32a, 32b) schalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung an den anderen Eingangsanschlüssen (26a, 26b) der Schmitt-Trigger über in Reihe mit weiteren Widerständen (27, 28, 30) liegende Trimmer (29, 29') einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmer (29, 29') in km/Std. geeicht und vom Armaturenbrett aus einstellbar sind.

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