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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erfassen
der Getriebe-Gangstellung bzw. der Untersetzung des Antriebsstrangs bei Kraftfahrzeugen.
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Es ist bekannt, bei Schalt- bzw. Stufengetrieben die jeweils vorliegende
Gangstellung durch Abtasten der Schaltgestängeposition mit Schaltern und bei stufenlosen
Getrieben die momentane Untersetzung des Antriebsstrangs durch Auswerten des mechanischen
Stellweges zu erfassen. Diese Maßnahmen erfordern zusätzliche Abtastelemente am
Getriebe.
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Die Gangstellung bzw. die momentane Untersetzung eines Antriebsstrangs
ist beispielsweise für die Bestimmung des Streckenverbrauchs bei durch Verbrennungsmotoren
angetriebenen Kraftfahrzeugen von Bedeutung, bei denen der pro Motorarbeitstakt
auftretende Kraftstoffverbrauch durch Erfassen des Saugrohrunterdrucks bestimmt
und mit Hilfe der Gangstellung bzw. der Untersetzung des Antriebsstrangs in eine
wegbezogene Kraftstoffverbrauchsgröße umgewandelt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Einrichtung der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß die jeweilige
Gangstellung bzw. die momentane Antriebsstrang-Untersetzung auf sehr einfache Weise
und ohne Getriebeveränderung auf elektrischem Wege bestimmt werden kann.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der
im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß ein zur Drehzahl des
Motors bzw. des Getriebeeingangs proportionales
erstes elektrisches
Signal und ein zur Drehzahl der Räder bzw. des Getriebeausgangs proportionales zweites
elektrisches Signal erzeugt werden, daß der Quotient zwischen den ersten und zweiten
elektrischen Signalen bestimmt wird, daß dieser gegebenenfalls durch Konstanten
zu korrigierende Quotient einerseits bei stufenlosen oder schlupfbehafteten Getrieben
als Maß für die momentane Antriebsstrang-Untersetzung benutzt und andererseits bei
Schaltgetrieben mit jeweils fe-stem übersetzungsverhältnis in den einzelnen Gängen
mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen wird, die jeweils einem zwischen zwei benachbarten
Gangstellungen liegenden fiktiven Untersetzungsverhältnis entsprechen undderen Unter-
und/oder Überschreitung zum Feststellen der momentanen Gangstellung benutzt wird.
Dieses Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß die eingangs- und ausgangsseitigen
Drehzahlen des Antriebs strangs an geeigneten Stellen in Form einfach weiterzuverarbeitender
elektrischer Signale gemessen werden können. Während an sich aus dem Drehzahlverhältnis
unmittelbar auf die Untersetzung bzw. Übersetzung des Antriebsstrangs geschlossen
werden kann, ist bei Schaltgetrieben zur eindeutigen Festlegung der Gangstellung
der genannte Grenzwert-Vergleich vorteilhaft. Grundsätzlich ist es jedoch auch hierbei
möglich, direkt aus dem Drehzahlverhältnis auf die Gang stellung zu schließen. Die
einzelnen Verfahrensschritte sind elektrisch durchführbar und somit äußerst einfach
sowie schnell realisierbar.
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In weiterer Ausgestaltung werden vorzugsweise erste und zweite Impulssignale
mit drehzahlproportionaler Impulsfolgefrequenz erzeugt. Diese Impulssignale sind
einfach realisierbar und überdies
gleichermaßen für eine analoge,
wie auch eine digitale Weiterverarbeitung geeignet.
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Bei einer zweckmäßigen analogen Ausführungsform werden die Impuls
signale durch eine grenzwertabhängig gewichtete Integration miteinander verglichen
und das sich nach einer bestimmten Integrationszeit einstellende Integrationsergebnis
ausgewertet. Vorzugsweise werden dabei die Impulssignale gemeinsam gegensinnig integriert.
Mit dieser Maßnahme kann nach Ablauf der Integrationszeit festgestellt werden, ob
der jeweilige Grenzwert unter-oder überschritten ist bzw. ob der jeweils kleinere
oder größere Gang vorliegen kann. Bei einer gemeinsam gegensinnigen Integration
liegen besonders einfache Verhältnisse vor, da die einzelnen Impulssigna zusammengeführt
und gemeinsam weiterverarbeitet werden. Eine Integration setzt den Ablauf einer
über eine mehrfache Periodendauer der Impulssignale laufendenIntegrationszeit voraus,
da festzustellen ist, ob in dieser Integrationszeit die gewichteten Impulssignale
für die Eingangsseite oder für die Ausgangsseite des Antriebsstrangs überwiegen.
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Bei einer zweckmäßigen ersten digitalen Ausführungsvariante werden
die in einer bestimmten Zeitspanne auftretenden ersten und zweiten Impulssignale
getrennt gezählt und dann miteinander verglichen. Wie bei der integrierenden Methode
muß auch hier der Meßvorgang über eine Zeitspanne erfolgen, die sich über eine mehrfache
Periodendauer der Impulssignale erstreckt. Bei einer zweiten, vorzugsweise ebenfalls
digitalen, Ausführungsvariante ist es deshalb bevorzugt, daß die ersten und zweiten
Impulssignale durch Bestimmen und Vergleichen ihrer Periodendauer bzw.
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Impulsabstände miteinander verglichen werden. Hierbei ist es
grundsätzlich
möglich, den Meßvorgang bereits nach Ablauf einer einzigen Periodendauer abzubrechen.
Um einen möglichst einfachen, genauen und störunanfälligen Meßvorgang durchzuführen,
ist es dabei bevorzugt, daß ein digitales Auszählen der Periodendauer bzw. der Impulsabstände
mit einem vorgegebenen Zeittakt und ein digitaler Vergleich dieser Ergebnisse durchgeführt
werden. Dieses Verfahren ist bei großer Genauigkeit besonders schnell und überdies
unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden digitalen Bausteine leicht realisierbar.
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Bei Vorliegen eines Schaltgetriebes ist es zweckmäßig, daß der Quotient
mit jedem Grenzwert eines jeden Paares aufeinanderfolgender Gangstellungen verglichen
und hieraus die momentane Gangstellung bestimmt werden. Dadurch ist es möglich,
selbst unter Berücksichtigung gewisser Ungenauigkeitsschwankungen der Grenzwerte
und der Meßergebnisse jede einzelne Getriebe-Gangstellung exakt zu bestimmen.
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Grundsätzlich kann der Quotient laufend, das heißt sich ständig ohne
größere Zeitabstände wiederholend, bestimmt werden. Stattdessen kann er jedoch auch
bei Bedarf, also nach Abruf, oder in bestimmten, also größeren, Zeitabständen festgestellt
werden.
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Und schließlich ist es möglich, den Quotienten nur dann erneut zu
bestimmen, wenn eingangs- und/oder ausgangsseitige Drehzahländerungen des Antriebsstrangs
auftreten. Im letztgenannten Fall kann die Quotientenbildung im Bedarfsfall unterdrückt
werden, wenn die Drehzahländerungen gleichsinnig und mit gleichem prozentualem Anteil
erfolgen, da hierbei keine Änderung des Quotienten auftritt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß zum Bestimmen des wegbezogenen Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen
mit Verbrennungsmotoren, deren Saugrohr-Unterdruck als taktproportionales elektrisches
Kraftstoffverbrauchssignal erfaßt wird, bei stufenlosen oder schlupfbehafteten Getrieben
der ermittelte Quotient und bei Schaltgetrieben eine der jeweils ermittelten Gangstellung
zugeordnete Konstante mit dem taktproportionalen Kraftstoffverbrauchssignal zu einem
wegproportionalen Kraftstoffverbrauchssignal elektrisch multipliziert wird. Während
die Methode des Modulierens eines dem Saugrohr-Unterdruck entsprechenden taktproportionalen
Kraftstoffverbrauchssignals durch eine mechanisch erfaßte Gangstellung zu einem
wegproportionalen Kraftstoffverbrauchssignal an sich bekannt ist, erlaubt das erfindungsgemäße
Verfahren ein ausgesprochen einfaches sowie genaues Erfassen der Antriebsstrang-Untersetzung
und ein wesentlich einfacheres, vielseitiger anpaßbares und exakteres Modulieren,
und zwar ohne jeglichen Eingriff in das Getriebe selbst. Durch die rein elektrische
Verarbeitung der zur Verfügung stehenden Signale lassen sich vielfältige motor-
und/oder fahrzeugspezifische Einflußgrößen berücksichtigen. Dieses ist beispielsweise
auch möglich, wenn nachträglich eine Änderung der Reifenbestückung eines Fahrzeugs
durchgeführt wird. Außerdem kann dieses Verfahren wegen seiner vielseitigen Anpaßbarkeit
und seiner rein elektronischen Arbeitsweise ohne weiteres auch nachträglich bei
bestehenden Fahrzeugen realisiert werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Einrichtung
zum Durchführen des genannten Verfahrens erfindungsgemäß
aus durch
einen ersten Fühler zum Erzeugen eines ersten elektrischen Impulssignals, dessen
Impulsfolgefrequenz der Drehzahl des Motors bzw. des Getriebeeingangs entspricht,
durch einen zweiten Fühler zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Impulssignals,
dessen Impulsfolgefrequenz der Drehzahl der Räder bzw.
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des Getriebeausgangs entspricht, durch eine mit den Fühlern verbundene
elektronische Auswerteschaltung zum Erzeugen eines dem Quotienten der ersten und
zweiten Impulssignale entsprechenden elektrischen Untersetzungssignals und durch
an die Auswerteschaltung angeschlossene oder in diese integrierte, das Untersetzungssignal
anzeigende bzw. verwertende und/oder zur momentanen Gangstellung eines Schaltgetriebes
weiterverarbeitende elektronische Schaltungsmittel. Eine solche Einrichtung ist
besonders einfach und kann vielfach von in Fahrzeugen bereits vorhandenen Fühlern
Gebrauch machen, wie beispielsweise einem Drehzahlmesser und einem Fühler zur Erfassung
der Raddrehzahl bei Antiblockiersystemen. Die Fühler können an irgendwelchen eingangs-
und ausgangsseitigen Stellen des Antriebsstrangs, also vor und hinter dem Getriebe,
eingesetzt werden. Sie können berührungslos, beispielsweise elektromagnetisch, arbeiten
und entsprechend leicht weiterzuverarbeitende elektrische Impulssignale erzeugen.
Die elektronische Auswerteschaltung und die weiteren elektronischen Schaltungsmittel
zum Durchführen der Verhältnisbildung sowie zur weiteren Verarbeitung sind einfach,
robust, klein und preiswert.
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Sie lassen sich auf engstem Raum unterbringen und im Hinblick auf
eine optimale Störunanfälligkeit beispielsweise eingießen.
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In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, eine digitale Auswerteschaltung
mit Zählern zum getrennten Zählen der ersten und zweiten
Impulssignale
zu benutzen. Nach Ablauf einer ausreichenden Anzahl von Impulsperioden des ersten
oder zweiten Impulssignals kann hierbei eine hinreichend genaue Quotientenbildung
erfolgen, die unmittelbar proportional zu der Untersetzung des Antriebsstrangs ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform zum Auszählen der ersten und zweiten
Impulssignalebesitzt einen für die ersten Impuissignale bestimmten ersten Zähler,
einen für die zweiten Impulssignale bestimmten, jeweils bis zu einer vorgegebenen
Impulszahl zählenden zweiten Zähler, eine den zweiten mit dem ersten Zähler verbindende
und diesen während des Zählvorgangs des zweiten Zählers für den Zählvorgang der
Impulse des ersten Impulssignals freigebende Freigabeleitung und eine das Zählergebnis
des ersten Zählers weiterleitende Ausgangsleitung. Eine direkte Quotientenbildung
kann bei dieser Ausführungsform entfallen, da das Verhältnis der Impulssignale zueinander
indirekt bestimmt wird, indem für eine bestimmte Anzahl von Impulsperioden des zweiten
Impulssignals die Anzahl der Impulse des ersten Impulssignals erfaßt wird. Eine
solche Einrichtung ist besonders einfach und bei ausreichender Genauigkeit wegen
nur relativ weniger Bauteile recht preiswert.
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In weiterer Ausgestaltung kann ein an die Ausgangs leitung angeschlossenes
und bei Abschluß des Zählvorgangs des zweiten Zählers hiervon zur Übernahme des
Zählergebnisses des ersten Zählers aktiviertes Schieberegister vorhanden sein. Dieses
ermöglicht das Einleiten eines nächsten Zählvorgangs, bevor die Auswertung des vorherigen
Zählergebnisses beendet ist. Demnach können in relativ kurzen Zeitabständen neue
Meßergebnisse erzielt werden.
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In weiterer Ausgestaltung ist es besonders bevorzugt, eine elektronische
Multiplizierschaltung zum Multiplizieren des Zählergebnisses des ersten Zählers
bzw. einer hierzu proportionalen Größe mit einem dem Saugrohrunterdruck eines das
Fahrzeug antreibenden Verbrennungsmotors entsprechenden Signal von einem dritten
Fühler zu einem wegbezogenen Kraftstoffverbrauchssignal zu benutzen. Hierdurch kann
bei Fahrzeugen mit beliebigem Antriebsstrang in einfacher Weise der Streckenverbrauch
bestimmt werden. Während bei stufenlosen bzw. schlupfbehafteten Getrieben das Zählergebnis
des ersten Zählers direkt oder eine entsprechende Konstante als Multiplikator eingesetzt
wird, ist es bei Schaltgetrieben günstiger, das Zählergebnis in der bereits geschilderten
Weise mit den zwischen den Gangstellungen befindlichen Grenzwerten zu vergleichen,
hieraus die Gangstellung zu bestimmen und dann eine gangabhängige Konstante als
Multiplikator festzulegen.
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Während bei der beschriebenen Einrichtung für einen Meßvorgang mehrere
Impulsperioden ausgewertet werden sollten, ist dieses Vorgehen bei einer weiteren
bevorzugten digitalen Ausführungsform nicht erforderlich. Diese besitzt eine digitale
Auswerteschaltung mit zwei an einen gemeinsamen Taktgenerator angeschlossenen, zum
Aus zählen der Periodendauer der ersten und zweiten Impulssignale für jeweils mindestens
eine Periodendauer freigegebenen Zählern und mit einer Logik, wie einem Mikrokomputer,
zum Bestimmen des Quotienten der Zählergebnisse der Zähler. Diese Einrichtung arbeitet
ausgesprochen schnell und zuverlässig. Während eine Mittellung der Impuls signale
über mehrere Impulsperioden grundsätzlich durchgeführt werden kann,
ist
ein solches Vorgehen nicht unbedingt erforderlich, was insbesondere dann gilt, wenn
die Frequenz des Taktgenerators gegenüber der Impulsfolgefrequenz der Impulssignale
ausreichend groß ist.
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In weiterer Ausgestaltung besitzt die Einrichtung vorzugsweise eine
auf den Quotienten der Zählergebnisse ansprechende und diesen durch Vergleich mit
zwischen jeweils zwei benachbarten Gangstellungen eines Schaltgetriebes liegenden
Grenzwerten der Impulssignal-Verhältnisse vergleichende Logik, wie einen Mikrokomputer,
zum Bestimmen eines der momentanen Gangstellung entsprechenden Signals. Ein solcher
Grenzwert-Vergleich läßt sich einfach realisieren und führt auch unter Berücksichtigung
eventuell vorhandener Schwankungen der Grenzwerte und/oder der Meßergebnisse zu
einer sicheren Gangstellungserfassung. Abgesehen davon ist es allerdings auch möglich,
das Quotienten-Ergebnis direkt als Maß für die jeweils vorhandene Gangstellung zu
verwenden, und zwar insbesondere dann, wenn ausreichend große Abstände zwischen
den Gangstellungen bzw. den diesen zuzuordnenden Quotienten vorhanden sind.
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Eine bevorzugte alternative Ausführungsform besitzt eine analoge Auswerteschaltung
mit zwei gegensinnig impulsbeaufschlagten und zu einem gemeinsamen Integrator zusammengeführten
Eingangskanälen für die Impulssignale, ferner Einstellmittel zum Wichten der Impulssignale
relativ zueinander und einen Integrator-Ausgang mit zwei alternativen logischen
Endzuständen, die in Abhängigkeit von dem Uberwiegen der Impulse des ersten oder
zweiten Impulssignals nach einer gewissen Integrationszeit erreicht und erfaßt werden.
Eine solche Auswerteschaltung ist bautechnisch
äußerst zweckmäßig,
da nur ein Integrator für beide Impulssignale zur Anwendung kommt und direkt bestimmt
wird, welches der beiden bewerteten Impulssignale überwiegt, was nach einer gewissen
Integrationszeit festliegt. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, eine
gegenüber der Anzahl von vorhandenen Getriebegängen eines Schaltgetriebes um Eins
verminderte Anzahl von parallelgeschalteten gleichartigen Auswerteschaltungen mit
unterschiedlicher Wichtung der ersten und zweiten Impulssignale in der Weise zu
benutzen, daß die einzelnen Integratoren bezüglich ihrer Endzustände bei verschiedenen,
zwischen jeweils zwei benachbarten Gangstellungen liegenden Grenzwerten der Impulssignal-Verhältnisse
umschalten. Die Signale der verschiedenen Auswerteschaltungn sind dann zweckmäßigerweise
so weiterzuverarbeiten, daß sie einer auf die verschiedenen Integrator-Endzustände
ansprechenden und diese auswertenden Logik zum Bestimmen eines der momentanen Gangstellung
entsprechenden Signals eingegeben werden. Auf diese Weise kann nach Ablauf der Integrationszeit
sicher bestimmt werden, welche der möglichen Gangstellungen momentan vorliegt.
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Unabhängig davon, ob die momentane Gangstellung eines Schaltgetriebes
auf digitalem oder analogem Wege bestimmt wird, ist es in weiterer Ausgestaltung
möglich und bevorzugt, eine auf das Signal der momentanen Gangstellung ansprechende
elektronische Konstanten-Schaltung zum Erzeugen eines dieser Gangstellung zugeordneten
Konstanten-Signals und eine elektronische Multiplizierschaltung zum Multiplizieren
des Konstanten-Signals mit einem dem Saugrohrunterdruck eines das Fahrzeug antreibenden
Verbrennungsmotors entsprechenden Signal zu einem wegbezogenen Kraftstoffverbrauchssignal
zu verwenden. Diese Zuordnung einer von der
Gangstellung abhängigen
Konstanten zum Modulieren des Saugrohrunterdruck-Signals bzw. eines entsprechenden
taktbezogenen Kraftstoffverbrauchssignals erfolgt ebenfalls auf elektronischem Wege
und kann somit sehr einfach sowie zuverlässig durchgeführt werden. überdies lassen
sich bei Fahrzeug- bzw. Getriebeänderungen diese Einflußgrößen leicht durch Ändern
der Konstanten berücksichtigen. In diesem Zusammenhang ist es ferner möglich, Korrektureingänge
der Auswerteschaltung zum Eingeben von Korrektur-Konstanten für eine Anpassung an
unterschiedliche Motor- und Fahrzeugverhältnisse vorzusehen.
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Während bei einer Einrichtung mit einer Auswertung der Impulsperioden
für eine Messung grundsätzlich eine einzige Periodendauer ausreicht, ist es auch
hierbei unter Umständen zweckmäßig, eine über eine mehrfache Periodendauer der Impulssignale
mittelnde Auswerteschaltung vorzusehen, um Ungenauigkeiten auszugleichen und eventuelle
Probleme im Zusammenhang mit einer zu kleinen Taktfrequenz für den Auszählvorgang
zu vermeiden, die sonst in Grenzfällen zu sprunghaften Ergebnisänderungen führen
könnten.
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Vorzugsweise erfolgt die Ausbildung der genannten Einrichtung dadurch,
daß die Auswerteschaltung und die an diese angeschlossenen Schaltungsmittel weitgehend
vollständig aus integrierten Bauelementen aufgebaut werden. Hierdurch können die
Herstellungskosten gesenkt, die Baugröße minimal gehalten und eine leistungsarme,
zuverlässige Funktion gewährleistet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens
dienende Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
in einer schematischen Blockschaltbild-Gesamtansicht im Zusammenhang mit der Erzeugung
eines wegbezogenen Kraftstoffverbrauchssignals, Figur 2 - eine digital arbeitende
Ausführungsform der genannten Einrichtung mit einer Auszählung der Einzelimpulse
der beiden Impulssignale in einer schematischen Blockschaltbild-Gesamtansicht, Figur
3 - eine ebenfalls digital arbeitende Ausführungsform der genannten Einrichtung
mit einer Auszählung der Periodendauer bzw. des Impuls abstandes der beiden Impulssignale
in einer schematischen Blockschaltbild-Gesamtansicht, Figur 4 - ein schematisches
Impulsdiagramm zum Erläutern der Einrichtung aus Figur 3, Figur 5 - eine analog
arbeitende Ausführungsform der genannten Einrichtung mit einer Integrierung der
beiden Impulssignale in einer schematischen Blockschaltbild-Gesamtansicht und Figur
6 - in einer detaillierteren Darstellung eine von drei integrierenden Auswerteschaltungen
der Einrichtung aus Figur 5.
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Die verschiedenen Ausführungsformen werden nachfolgend am Beispiel
der Bestimmung des wegbezogenen Kraftstoffverbrauchs bzw.
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Streckenverbrauchs von durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Kraftfahrzeugen
erläutert. Wenngleich dieser Anwendung eine ganz besondere Bedeutung zukommt, kann
die elektronisch erfaßte Gangstellung bzw. Antriebsstrang-Untersetzung auch für
andere Zwecke
benutzt werden, beispielsweise für Anzeigevorgänge,
überwachungsaufgaben und dergleichen mehr.
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In bekannter Weise ist der pro Kurbelwellenumdrehung eines Verbrennungsmotors
verbrauchte Kraftstoff in guter Annäherung proportional zum Saugrohrunterdruck P5.
Bei einem bestimmten Untersetzungsverhältnis (übersetzungsverhältnis) im Antriebsstrang
kann einer Kurbelwellenumdrehung über die momentane Gesamtuntersetzung (Gesamtübersetzung)
beispielsweise des vierten Gangs und den dynamischen Rollradius der Antriebsachse
eine bestimmte Wegstrecke zugeordnet werden. Deshalb ist der pro Wegstrecke verbrauchte
Kraftstoff (Streckenverbrauch) QS proportional zum Produkt aus der Gesamtuntersetzung
und dem Saugrohrunterdruck. Bei einem Schaltgetriebe gilt demnach, daß der Streckenverbrauch
proportional zum Saugrohrunterdruck PS bei einem bestimmten Gang eines bestimmten
Fahrzeugs ist. Die hierbei geltende Proportionalitätskonstante ist für alle Gänge
eines Schaltgetriebes unterschiedlich, da hierbei unterschiedliche Gesamtuntersetzungen
vorliegen. Demgegenüber gibt es bei stufenlosen oder schlupfbehafteten Getrieben
keine derartige Konstant, da sich die Gesamtuntersetzung kontinuierlich und nicht
sprunghaft wie bei Schaltgetrieben ändert. Somit muß der Streckenverbrauch bei stufenlosen
oder schlupfbehafteten Getrieben ständig aus der variablen Gesamt-bzw. Getriebeuntersetzung
und dem variablen Saugrohrunterdruck bestimmt werden, während bei Schaltgetrieben
dem variablen Saugrohrunterdruck eine von der zu erfassenden Gangstellung abhängige
Proportionalitätskonstante zuzuordnen ist, die ihrerseits natürlich wiederum ein
Maß für die jeweilige Gesamt- bzw. Getriebeuntersetzung ist.
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Die zu erfassende Gesamt- bzw. Getriebeuntersetzung (oder -übersetzung)
wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne einen mechanischen Eingriff am Getriebe
indirekt aus zwei elektrischen Signalen gewonnen. Gemäß Figur 1 liefert ein erster
Fühler 10 ein erstes elektrisches Impulssignal, dessen Impulsfolgefrequenz fM der
Motordrehzahl entspricht bzw. hierzu proportional ist. Ein zweiter Fühler 12 liefert
ein zweites elektrisches Impulssignal, dessen Impulsfolgefrequenz fR der Raddrehzahl
entspricht bzw.
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hierzu proportional ist. Die Fühler 10 und 12 können direkt an den
Eingangs- und Ausgangsseiten eines Getriebes des in Figur 1 schematisch dargestellten
Verbrennungsmotors angeordnet sein.
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Diese beiden Impulssignale werden einer elektronischen Auswerteschaltung
16 eingegeben, die ausgangsseitig im Prinzip das Verhältnis zwischen der Impulsfolgefrequenz
des ersten Impulssignals und derjenigen des zweiten Impulssignals erzeugt, und zwar
je nach Anordnung der Fühler 10, 12 als Getriebeuntersetzung oder Gesamtuntersetzung.
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Eine in Figur 1 ferner dargestellte weitere elektronische Schaltung
18, die auch in die Auswerteschaltung 16 integriert sein kann, sorgt für ein Erzeugen
eines geeigneten Faktors K, mit dem ein zum Saugrohrunterdruck proportionales elektrisches
Signal Us von einem dritten Fühler 14 in einem Multiplizierer 20 multipliziert werden
muß, um den wegbezogenen Kraftstoffverbrauch bzw.
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den Streckenverbrauch in einer Verbrauchsanzeige 22 anzeigen zu können.
Der Faktor K ist bei gegebenen Bauverhältnissen des Fahrzeugs und des Verbrennungsmotors
direkt abhängig von dem genannten Quotienten. Demnach stellt der Faktor K bei Schaltgetrieben
innerhalb der einzelnen Gangstellungen jeweils eine gangabhängige
Konstante
dar, während er bei stufenlosen bzw. schlupfbehafteten Getrieben in Abhängigkeit
von der momentanen Antriebsstrang-Untersetzung kontinuierlich variabel ist.
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Bei der in Figur 2 dargestellten digitalen Ausführungsform erfolgt
eine Impuls zählung der ersten und zweiten Impulssignale in ersten und zweiten Zählern
24 und 26. Ein dem zweiten Zähler 26 nachgeschalteter Vergleicher 28 gibt über eine
Freigabeleitung 3d den ersten Zähler 24 so lange für den Zählvorgang des ersten
Impulssignals mit der Impulsfolgefrequenz zum frei, bis der zweite Zähler 26 eine
Anzahl z der Impulse des zweiten Impulssignals-mit der Impulsfolgefrequenz fR gezählt
hat, die einer in den Vergleicher 28 eingegebenen bestimmten Anzahl Z entspricht.
Sobald dieser Zustand erreicht ist, steuert der Vergleicher 28 über eine Schiebetaktleitung
34 ein Schieberegister 36 an, in das das vorliegende Zählergebnis des ersten Zählers
24 eingeschoben wird.
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Gleichzeitig werden die Zähler 24, 26 über eine Rückstelleitung 32
von dem Vergleicher 28 für einen neuen Zählvorgang in ihren Ausgangszustand zurückgesetzt.
Das Zählergebnis im Schieberegister 36 ist proportional zu dem erwähnten Quotienten
f/fR, R' da z eine Konstante ist bzw. der vorgegebenen Größe Z entspricht.
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Somit kann dieses Zählergebnis unmittelbar im Multiplizierer 20 als
Faktor K berücksichtigt oder in einer dem Schieberegister 36 nachfolgenden elektronischen
Schaltung 38 zu diesem Faktor K umgewandelt werden.
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Die Ausführungsform aus Figur 2 eignet sich insbesondere zum Berücksichtigen
der momentanen Untersetzung bei stufenlosen oder schlupfbehafteten Getrieben, bei
denen anders als bei Schaltgetrieben keine Zuordnung zwischen der Kurbelwellenumdrehung
und
dem zurückgelegten Weg über feste Konstanten möglich ist, sondern
auch stufenlose Zwischenwerte richtig erfaßt werden müssen.
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Hierbei wird der Schaltung 38 stets ein zum Quotienten f/fR zu proportionales
Signal zugeführt, aus dem direkt der hierzu proportionale Faktor K gebildet werden
kann.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Ausführungsform aus
Figur 2 bei Schaltgetrieben einzusetzen, bei denen das der Schaltung 38 eingegebene
Frequenzverhältnis-Signal (Quotient) vorzugsweise benutzt wird, um zunächst die
jeweils vorliegende Gangstellung des Schaltgetriebes zu bestimmen. Dieses erfolgt
dadurch, daß das genannte Signal mit bestimmten Untersetzungsverhältnis-Grenzwerten
zwischen den einzelnen Gangstellungen verglichen wird. Aus der Unter- und/oder Überschreitung
der einzelnen Grenzwerte kann die momentane Gangstellung festgestellt werden.
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Jeder Gangstellung ist in der geschilderten Weise ein bestimmter konstanter
Faktor K zuzuordnen, der bei der Bestimmung des Streckenverbrauchs in dem Multiplizierer
20 zu berücksichtigen ist.
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Bei der digitalen Ausführungsform aus Figur 3 werden im Unterschied
zu derjenigen aus Figur 2 nicht die Impulse selbst, sondern die Periodendauer eines
jeden der ersten und zweiten Impulssignale mit Hilfe eines Taktgenerators ausgezählt,
um danach eine Verhältnis- bzw. Quotientenbildung dieser Zeitlängen vorzunehmen.
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Die in Figur 4 schematisch angedeuteten Impulse des ersten Impulssignals
mit der Impulsfolgefrequenz fM und des zweiten Impulssignals mit der Impulsfolgefrequenz
zur werden den Takteingängen CK von JK-Flipflops 40 und 44 zugeführt. Die Ausgänge
Q1 und
Q3 dieser Flipflops 40 und 44 sind gemäß Figur 3 mit Takteingängen
CK von jeweils zugeordneten weiteren JK-Flipflops 42 und 46 verbunden, deren Ausgänge
Q2 und Q4 mit den J-Eingängen der Flipflops 40 und 44 verbunden sind. Gemäß Figur
4 sind zu Beginn die Ausgänge Q1 und Q3 der Flipflops 40, 44 auf 0 sowie die Ausgänge
Q2 und Q4 der Flipflops 42 und 46 auf 1 gesetzt. Mit der ersten negativen Flanke
des ersten Impulssignals mit der Impulsfolgefrequenz fM wird der Ausgang Q1 des
Flipflops 40 auf 1 gesetzt. Parallel hierzu wird durch die erste negative Flanke
des zweiten Impulssignals mit der Impulsfolgefrequenz R der Ausgang Q3 des Flipflops
44 auf 1 gesetzt. Die 1-Signale an den Ausgängen Q1 und Q3 der Flipflops 40 und
44 gelangen zu CE-Eingängen von Zählern 48 und 50, die durch diese 1-Signale zum
Zählen freigegeben werden. Das Zählen der Zähler 48 und 50 erfolgt entsprechend
den Taktsignalen von einem Taktgenerator 52, die den Takteingängen CK der genannten
Zähler zugeführt werden. Die Taktfrequenz beträgt beispielsweise 300 kHz, und bei
den Zählern 48 sowie 50 kann es sich um 16 Bit Binärzähler handeln.
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Während somit die Zählvorgänge der Zähler 48 und 50 mit Beginn der
1-Signale an den Ausgängen Q1 und Q3 der Flipflops 40 und 44 beginnen, werden sie
jeweils durch die negativen Flanken der nächsten Impulse der ersten und zweiten
Impulssignale beendet.
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Diese nachfolgenden negativen Flanken sorgen dafür, daß die Ausgänge
Q1 und Q3 der Flipflops 40 und 44 wieder auf 0 gesetzt werden. Gleichzeitig setzen
diese negativen Flanken der Ausgänge Q1 und Q3 die Ausgänge Q2 und Q4 der Flipflops
42 und 46 auf 0.
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Diese Null-Pegel von Q2 und Q4 gelangen an die J-Eingänge der Flipflops
40 und 44, so daß diese vorläufig gegen weitere Impulse
der ersten
und zweiten Impulssignale verriegelt werden und die Ausgänge Q1 und Q3 trotz weiterer
Impulse der Impulssignale auf dem Pegel 0 bleiben.
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Die Zählvorgänge in den Zählern 48 und 50 sind beendet, wenn die Flipflops
42 und 46 die'Flipflops 40 und 44 verriegelt haben und dieses durch Setzen von Q2
= 1 und Q4 = 1 an den Eingängen eines UND-Tors 47 anzeigen. Erst wenn beide Eingangssignale
Q2 und Q4 des UND-Tors 47 einen logischen 1-Pegel annehmen, also wenn beide Zähler
48 und 50 die jeweilige Periodendauer der ersten und zweiten Impulssignale ausgezählt
haben, wird auch das Ausgangssignal des UND-Tors 47 zu einer logischen 1, die über
eine Leitung 58 zum START-Eingang eines MCR bzw. Mikrokomputers (8048) gelangt.
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Der MCR ruft nun die Zählergebnisse der Zähler 48 und 50 über Übernahmeleitungen
54 und 56 ab, um die Zählergebnisse in nicht dargestellten Schieberegistern zu kopieren
bzw. zu speichern.
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Nach der Datenübernahme erzeugt der MCR an seinem STOP-Ausgang bzw.
einer Ausgangsleitung 62 einen Fertigimpuls STOP 1, der ein Verzögerungsglied 64
durchläuft und als entsprechend verzögerter Fertigimpuls STOP 2 über eine Leitung
66 zu Rückstelleingängen CLR der Zähler 48, 50 und zu Setzeingängen PR der Flipflops
42, 46 gelangt. Dadurch werden die Zähler 48, 50 wieder auf Null zurückgesetzt und
die Ausgänge Q2, Q4 der Flipflops 42, 46 auf Eins gesetzt. Dadurch werden die Flipflops
40 und 44 wieder für weitere Impulse der ersten und zweiten Impuls signale freigegeben.
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Nachdem die Zählergebnisse des Zählers 48 nacheinander in das Schieberegister
des MCR 60 geschoben worden sind, werden beispielsweise die letzten vier Zählergebnisse
des Zählers 48 zur Summe SZM addiert. Entsprechend werden auch die Zählergebnisse
des
Zählers 50 nacheinander in ein weiteres Schieberegister des MCR 60 geschoben und
beispielsweise die letzten vier Zählergebnisse des Zählers 50 zur Summe SZG addiert.
Anschließend wird die Summe SZG durch die Summe SZM dividiert, und dieser Quotient
ist proportional zu dem hier interessierenden Quotienten Beispielsweise sind SZM
eine Zahl, die der Zeit von Zündimpuls zu Zündimpuls proportional ist, und SZG eine
Zahl, die der Zeit für eine Umdrehung der Getriebeausgangswelle prcjortional ist.
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Nachfolgend wird der gebildete Quotient SZG/SZM über Korrektureingänge
68 mit Konstanten K1, K2 und über Korrektureingänge 70 mit Konstanten K3 bis K6
multipliziert. Der so gewonnene Wert Y entspricht der jeweils wirksamen Untersetzung
des Schaltgetriebes im Antriebsstrang. Der Schlupf eines eventuell vorhandenen Wandlers
würde ebenfalls im Wert Y berücksichtigt sein.
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Die Konstanten K1 bis K6 berücksichtigen unterschiedliche Fahrzeugtypen
und Signalgeber. Verschiedene Fahrzeuge haben erfahrungsgemäß unterschiedliche Übersetzungen
vom Ausgang der Getriebewelle zum Geber für das zweite Impulssignal bzw. die Getriebeausgangsfrequenz
fR, je nach Typ des fR-Signalgebers unterschiedliche Polzahlen, ferner unterschiedliche
Motor-Zylinderzahlen und Getriebevarianten mit beispielsweise 3, 4 oder 5 Gängen.
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Deshalb werden die Konstanten K1 bis K6 so ausgewählt, daß die Zahl
Y im größten Gang den Wert Eins annimmt. Damit dieses mit hinreichender Genauigkeit
möglich wird, sind die Konstanten K3 bis K6 nach einer geometrischen Reihe aufgebaut.
Die Konstanten K3 bis K6 entsprechen jeweils bei offenen Schaltern der Korrektureingänge
70 dem Wert 1 und bei geschlossenen Schaltern jeweils den Werten 0,800, 0,894, 0,946
und 0,973. Diese Konstanten ermöglichen
eine weitere Anpassung
an verschiedene Übersetzungen zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und dem Getriebesignalgeber.
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Die Konstante K1 hat bei offenem Schalter der Korrektureingänge 68
für einen Vierzylindermotor den Wert 1 und bei geschlossenem Schalter für einen
Sechszylindermotor den Wert 3/2. Die Konstante K2 hat bei offenem Schalter der Korrektureingänge
68 für ein Vierganggetriebe den Wert 1 und für ein Fünfganggetriebe den Wert 1,4.
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Nachdem der MCR 60 in der Zeit von t1 bis t2 aus Figur 4 die Zählergebnisse
eingelesen und ab der Zeit t2 die Rechenvorgängedurchgeführt und die Zahl Y bestimmt
hat, vergleicht der MCR 60 diese Zahl Y mit vorher fest einprogrammierten Untersetzungsverhältnis-Grenzwerten,
die jeweils zwischen zwei Gangstellungen liegen. Aus diesem Vergleich identifiziert
der MCR 60 die vorhandene Untersetzung bzw. Gangstellung und aktiviert bei einem
Vierganggetriebe eine von vier entsprechenden Ausgängen A1 bis A4. über diese gelangt
ein Gangstellungssignal zu einer nachfolgenden elektronischen Schaltung 72, die
in der bereits geschilderten Weise jeder Gangstellung einen bestimmten konstanten
Faktor K zuordnet, welcher bei der Bestimmung des Streckenverbrauchs in der Multiplizierschaltung
20 zu berücksichtigen ist.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für die vom MCR 60 durch Vergleich mit
Grenzwerten erfolgende Identifizierung der momentanen Gangstellung angegeben. Es
sei angenommen, daß der MCR 60 für die Zahl Y den Wert 1,4 ermittelt hat. Dieses
entspricht der über setzung im dritten Gang eines Vierganggetriebes, bei dem folgende
Grenzwerte empfohlen und vorgegeben werden: 1,2 als Grenze
zwischen
dem vierten und dem dritten Gang; 1,7 als Grenze zwischen dem dritten und zweiten
Gang und 2,6 als Grenze zwischen dem zweiten und ersten Gang. Der MCR 60 erkennt
mit einer entsprechenden Logik, daß der Wert Y = 1,4 größer als der Grenzwert 1,2
und kleiner als der Grenzwert 1,7 (ebenfalls kleiner als der Grenzwert 2,6) ist,
so daß nur der dritte Gang in Betrieb sein kann. Deshalb wird der Gangstellungsausgang
A3 aktiviert.
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Alternativ ist es durchaus möglich, bei der Ausführungsform aus Figur
3 auf eine Mittelwertbildung aus den letzten vier Zählergebnissen zu verzichten
und sich auf jeweils ein einziges Zählergebnis der Zähler 48 und 50 für die weitere
Verarbeitung zu beschränken. In diesem Fall müssen jedoch die ersten und zweiten
Impulssignale teilgenau bereitgestellt werden, damit eine exakte Quotientenbildung
möglich ist. In einer weiteren Variante kann die Mittelwertbildung aus dem MCR 60
in die Steuerung der Zähler 48 und 50 verlegt werden, indem man sie jeweils während
der Dauer von beispielsweise vier Impulsperioden der ersten und zweiten Impulssignale
zählen läßt. Eine solche Ausführungsform ist relativ einfach zu realisieren, wenn
die Flipflops 40 und 44 durch Zähler ersetzt werden. Außerdem kann die Genauigkeit
der Anpassung durch Hinzunahme weiterer Konstanten K7, K8 usw. beliebig erhöht werden.
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Sofern die Ausführungsform aus Figur 3 bei einem stufenlosen bzw.
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schlupfbehafteten Getriebe eingesetzt werden soll, kann die vom MCR
60 ermittelte und entsprechend korrigierte Zahl Y direkt dem Multiplizierer 20 als
stufenlos veränderbarer Faktor K eingegeben werden.
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Bei einer analog arbeitenden Ausführungsform gemäß den Figuren 5 und
6 werden die ersten und zweiten Impulssignale mit den Impulsfolgefrequenzen zum
und fR im Falle eines Vierganggetriebes drei parallelgeschalteten, gleichartigen,
integrierenden Auswerteschaltungen 73, 74 und 76 zugeführt, von denen eine in Figur
6 näher dargestellt ist. Die Auswerteschaltungen 73, 74 und 76 sorgen jeweils für
eine gewichtete, gegensinnige Integration der gleich langen Impulse der beiden Impulssignale
in der Weiser daß an den Ausgängen Al, A2, A3 nach Ablauf einer gewissen Integrationszeit
eine logische 0 oder 1 in Abhängigkeit davon auftritt, ob ein gewisser Umschaltpunkt
bzw. Grenzwert des Frequenzverhältnisses f fM/fR über- oder unterschritten wird.
Die Grenzwerte der einzelnen Auswerteschaltungen 73, 74, 76 werden so gewählt, daß
sie im Sinne der vorstehenden Beschreibung zwischen zwei benachbarten Gangstellungen
liegen, wobei keine genau fixierten Grenzwerte eingehalten werden müssen. Diese
müssen lediglich irgendwo zwischen zwei benachbarten Gangstellungen liegen. An den
Ausgängen Al, A2, A3 entsteht somit eine von der momentanen Gangstellung abhängige
Kombination von logischen 0- und 1-Signalen, die den Eingängen El, E2 und E3 eines
Dekoders (SCL 4428) 78 zugeführt werden. Dieser Dekoder 78 identifiziert ähnlich
wie der MCR 60 aus Figur 3 die den Eingangssignalen zuzuordnende Gangstellung und
erzeugt an einem seiner Ausgänge Q0, Q1, Q3, Q7 ein entsprechendes Gangstellungssignal.
Dieses wird in einer nachfolgenden Schaltung 80, die im Prinzip der Schaltung 72
aus Figur 3 entspricht, zu einem von der jeweiligen Gangstellung abhängigen konstanten
Faktor K umgesetzt, der zum B-stimmen des Streckenverbrauchs in dem Multiplizierer
20 zu berücksichtigen ist.
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Gemäß Figur 6 wird das erste Impulssignal mit der Impulsfolgefrequenz
fM über einen Inverter 82 der Basis eines PNP-Transistors T1 zugeführt, dessen Emitter
an eine positive Versorgungsspannung V angeschlossen ist. Der Kollektor der Transistors
T1 führt über einen veränderbaren Widerstand R1 und einen Widerstand R2 zum Kollektor
eines NPN-Transistors T2, dessen Emitter geerdet bzw.
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an die andere Seite einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossen
ist. Der Basis des Transistors T2 wird das zweite Impulssignal mit der Impulsfolgefrequenz
fR zugeführt. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R1 und R2 ist einerseits
mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 84 und andererseits mit
dessem Ausgang A über einen Kondensator C verbunden. Der nichtinvertierende Eingang
des Operationsverstärkers 84 ist an einen Spannungsteiler R3, R4 angeschlossen,
der ebenfalls mit der Versorgungsspannungsquelle V verbunden ist.
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Durch die Einstellung des Widerstandes R1 läuft der Ausgang A des
Integrators 1 nach einer gewissen Integrationszeit nur dann auf eine logische 1,
das heißt auf einen hohen Pegel, wenn das Frequenzverhältnis fM/fR einen Mindest-
bzw. Grenzwert unter schreitet, also wenn bei der Integration das zweite Impulssignal
mit der Impulsfolgefrequenz fR überwiegt. Der Widerstand R1 wird für die verschiedenen
Auswerteschaltungen 73, 74, 76 so eingestellt, daß die Grenzwerte in der geschilderten
Weise zwischen die einzelnen Gangstellungen fallen. Somit ist die Anzahl der Auswerteschaltungen
73, 74, 76 stets um 1 kleiner als die Anzahl der vorhandenen Gangstellungen.
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Die digitale Ausführungsform, insbesondere diejenige aus Figur 3,
hat gegenüber der analogen Ausführungsform verschiedene Vorteile.
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Insbesondere hat sie nicht den Nachteil einer relativ großen Trägheit
beim Wechsel des Untersetzungs- bzw. übersetzungsverhältnisses. Diese Trägheit wird
bei der analogen Ausführungsform umso größer, je näher das Verhältnis an dem geschilderten
Grenzwert liegt.
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Die dargestellten Ausführungsformen sind beispielhaft und können je
nach Anwendungsfall bedarfsgerecht abgewandelt werden. Beispielsweise ist es bei
der Ausführungsform aus Figur 2 möglich, statt einer bestimmten Anzahl von Impulsen
des zweiten Impulssignals ein bestimmtes Zeitraster für beide Impulssignale vorzusehen,
in diesem Zeitraster die Einzelimpulse der beiden Impulssignale zu zählen und schließlich
eine Quotientenbildung derselben vorzunehmen. Außerdem ist auch eine analoge integrierende
Ausführungsform denkbar, bei der die Einzelimpulse der beiden Impulssignale in einem
bestimmten Zeitraster integriert' und dann die Integrationsergebnisse durch Quotientenbildung
miteinander verglichen werden. In diesem Fall kann das analoge Prinzip einerseits
für Schaltgetriebe und andererseits für stufenlose bzw.
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schlupfbehaftete Getriebe eingesetzt werden, da dann eine stufenlose
Bestimmung der Antriebsstrang-Untersetzung möglich ist.
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Die Erfindung erlaubt somit eine sehr vielseitig anpaßbare, einfache,
genaue und zuverlässige Erfassung der Gangstellung bzw der Antriebsstrang-Untersetzung
auf rein elektronischem Wege, was beispielsweise zur Bestimmung des Streckenverbrauchs
eingesetzt werden kann und ohne Getriebeeingriff möglich ist.
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