Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Fahrzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steue rung eines elektrischen Fahrzeuges, bei welchem ein Steuerstrom eingestellt wird, dessen Grösse ein Mass für die Beschleunigung des Fahrzeuges ist, wobei der Steuerstrom mit dem Strom eines Antriebsmotors verglichen und der Motorstrom geregelt wird, bis zwischen den beiden Strömen Gleichgewicht herrscht.
Bei einem bekannten Steuerverfahren dieser Art kann mit Hilfe eines vom Lokomotivführer betätigbaren Stufenschaltwerkes eine bestimmte Fahrstufe einge stellt werden, wobei über eine Steuereinrichtung prak tisch stufenlos von einer zur nächsten Fahrstufe über gehend bis zu der gewählten Fahrstufe durchgeschal tet wird. In der Steuereinrichtung werden der Mo torstrom und der Steuerstrom miteinander vergli chen. Der beschriebene Schaltvorgang erfolgt bei die ser Ausführung verhältnismässig langsam, d. h. wäh rend einer Zeit von mehreren Sekunden, und es hängt von der Geschicklichkeit des Fahrers ab, ob er je weils jene Fahrstufe wählt, die auf Grund der gesam ten Gegebenheiten am günstigsten erscheint.
Wegen der Langsamkeit des beschriebenen Verfahrens ist es an und für sich nur für reine Eisenbahnfahrzeuge die einen eigenen unabhängigen Bahnkörper besit zen - anwendbar, während das Steuerverfahren für Schienenfahrzeuge im Strassenverkehr viel zu lang sam arbeitet und keinen Angleich an die Fortbewe gungsart der übrigen Strassenverkehrsfahrzeuge ge statten würde.
Zweck der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung eines elektrischen Fahr zeuges der eingangs genannten Art, mit dem die auf gezeigten Nachteile beseitigt werden und das die bestmögliche und gleichmässige Beschleunigung des Fahrzeuges unabhängig von der Beurteilung des Fah rers gewährleistet sowie eine hohe Marschgeschwin digkeit des Fahrzeuges ermöglicht. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Vergleich des Steurstromes mit dem Motorstrom mit Hilfe eines Rechengerätes vorgenommen wird, in welchem eine strompropor tionale Nachbildung des Motorstromkreises mittels Schaltmittel vorgenommen wird, um die erforder liche Einstellung des Motorstromkreises zu ermitteln.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung er läutert, die beispielsweise und schematisch eine elek trische Anlage eines Schienenfahrzeuges zur Durch führung des Verfahrens zeigt.
Bei der auf der Zeichnung dargestellten Einrich tung zur Regelung eines elektrischen Schienenfahr zeuges erfolgt der Antrieb durch vier Motoren 1, 2, 3 und 4, die mit ihren zugehörigen Radachsen gekuppelt sind. Die Motoren werden von einem Fahrdraht L ge speist. Im Fahrstromkreis liegen ausser einer Umschal ter U für Umschalten der Motoren auf Fahren und Bremsen sowie üblichem überstromschalter M und einem Differentialrelais D ein in Teilwiderstände auf geteilter Regelwiderstand W und eine Wicklung 10 einer elektromechanischen Bremse P, wobei durch die Wicklung 10 die Bremse gelüftet wird, so dass diese Wicklung auf Grund der gelüfteten und un wirksamen Bremse ohne Einfluss auf das Fahren ist.
Der Regelwiderstand W mit seinen Teilwiderständen wird durch Schaltschütze K in bezug auf seinen Ge samtwiderstand umgeschaltet. Die Schaltschütze K werden ihrerseits von einem Regelgerät R betätigt, das als Gehirn der elektrischen Gesamtanlage be zeichnet werden kann. Dieses Gehirn erhält beim Fahren seine Informationen teils als Steuerstrom über die Steuerleitung C von einem Fahrsteuerorgan F oder einem Bremssteuerorgan B, die beide am Fahrerstand angeordnet sind und vom Fahrer bedient werden, teils beim Fahren als Spannung m von dem am Regelwiderstand W herrschenden Spannungsfall.
Die Steuerorgane F und B sind als Pedale ausgeführt, die mit einem Fahrtregelwiderstand 12 bzw. einem Bremsregelwiderstand 14 gekuppelt sind und einen Steuerstrom in einer Steuerleitung C bestimmen. Der Steuerstrom wird ausserdem von einem Gerät S be einflusst, das zur Feststellung von etwaigem Schlupf der Räder bestimmt ist. Dieses Schlupfentdeckungs- gerät <I>S</I> wird von Tachometern<I>T</I> gesteuert, die mit den Radachsen gekuppelt sind, und gibt seine In formationen ausser beim Fahren an die Steuerleitung C auch beim Bremsen als Spannung d an das Regel gerät R ab.
Die Spannung d bewirkt, dass bei Brems schlupf der Bremsgrad verringert wird, um den Schlupf zu beseitigen.
Wenn das auf der Zeichnung dargestellte Fahr zeug mit weiteren Anhängefahrzeugen gekuppelt ist, wird die Steuerleitung C bei A mit den gleichartigen Steuerleitungen C in diesen Fahrzeugen verbunden, die alle mit den übrigen auf der Zeichnung angege benen Geräten ausgerüstet sind. Der gesamte Zug kann dann vom Fahrerstand des Leitfahrzeuges aus gesteuert werden, wobei sämtliche Motoren des Zu ges ihren Antriebsteil selbst leisten und somit nicht geschleppt werden.
Beim Bremsen wird der Umschalter U automa tisch betätigt, so dass der Bremsstromkreis aus den als Generatoren geschalteten Motoren 1-4, dem jetzt als Belastungswiderstand wirkenden Regelwi derstand W und der nunmehr beim Abklingen des Motorbremsstromes wirksam werdenden Wicklung 10 der Bremse P gebildet wird.
Die Steuerung der Ein- und Ausschaltung der Teilwiderstände, die den Regelwiderstand W bilden, wird beim Bremsen ebenso wie beim Fahren durch das Regelgerät R aus geführt, das seinerseits alle hierfür erforderlichen Bremsinformationen von der Steuerleitung C (Steuer strom C) und von den Tachometern T über das Schlupfentdeckungsgerät S als drehzahlabhängige Spannung d bekommt, wobei ausserdem das Schlupf entdeckungsgerät S nach Auswertung der von den Tachometern erhaltenen Informationen die Steuer leitung C und somit den Steuerstrom C beeinflusst.
Das Regelgerät R speist weiterhin auf Grund der ihm zugeführten Informationen eine Wicklung 16 der Bremse P, die nach Abklingen der elektrodyna mischen Bremsung mit den als Generatoren geschal teten Motoren 1-4, d. h. nach Erreichen einer für wirksame Bremsung zu niedrigen Raddrehzahl in Tätigkeit gesetzt wird, wobei die beiden Wicklungen 10 und 16 in Funktion treten. Die Wicklung 16 dient zur Einstellung des auf das jeweilige Rad ausgeübten Bremsdruckwertes.
Die Steuerung der elektrischen Anlage mit dem Pedal F bzw. B geschieht so, dass durch Einstellen des Regelwiderstandes 12 bzw. 14 der Grad der Be schleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges ge wählt wird. Der Strom der Steuerleitung C nimmt in Abhängigkeit von dem Widerstand 12 oder 14 einen bestimmten Wert an, der dem Regelgerät R zugeführt wird, das ohne weitere Beinflussung durch den Fahrer mit Hilfe der ihm zugeführten Informa tionen den Motorstrom automatisch an den gewähl ten Steuerstrom C anpasst, so dass der Fahrtstrom im Rahmen der Abstufung des Gesamtwiderstandes W mit den Teilwiderständen konstant bleibt.
Es sei angenommen, dass vom Fahrer mittels des Pedals ein Fahrtstrom von 15 A für Anfahren gewählt wurde. Das Regelgerät R schaltet dann so viel Teilwiderstände W ein, dass ein dem Steuer strom C entsprechender Motorstrom von 15 A fliesst. Die Motoren setzen sich in Bewegung und nach Erreichen einer bestimmten, in diesem Fall noch sehr niedrigen Drehzahl ist die EMK-Spannung der Motoren soweit angestiegen, dass sich der an fängliche Strom von 15 A auf beispielsweise 14 A verringert hat. Jetzt sucht das Regelgerät R eine neue, veränderte Anzahl von Teilwiderständen W aus, die nach Einschaltung in den Motorstromkreis wieder den gewählten Stromwert von 15 A ergeben.
Die Veränderung des Regelwiderstandes R zur Ein regelung des Stromwertes von 15 A nimmt so lange ihren Fortgang, bis keine weitere Drehzahlerhöhung stattfinden kann und Gleichgewicht eingetreten ist. Erst dann, wenn der Fahrer mit dem Pedal einen veränderten Steuerstrom der Leitung C einstellt, wird der Regelwiderstand W vom Regelgerät R erneut in Abhängigkeit vom Steuerstrom C und der Informa tionsspannung m auf einen entsprechenden Wert er höht oder gesenkt.
Eine Voraussetzung dafür, dass die dem Regel gerät zugeführten Informationen ohne Verzögerung in Befehle an die Schaltschütze K umgesetzt werden, die die Teilwiderstände zum Gesamtwiderstand W zusammenschalten, ist, dass das Regelgerät sehr schnell arbeitet. Eine Lösung dieses Problems be steht darin, dass die Organe, die beispielsweise den Steuerstrom C mit der Informationsspannung rn von den Motoren vergleichen, als Servomotor oder als schnellschaltende Relaiskette ausgeführt werden. Wei ter muss das Regelgerät R den Widerstandswert aus rechnen, für welchen der Regelwiderstand W einzu stellen ist. Auch dies muss augenblicklich geschehen.
Hierzu wird ein Stufenwiderstand benutzt, der eine widerstandsproportional getreue Nachbildung des Re gelwiderstandes W ist und der mit der Informations- spanung m beim Fahren bzw. mit der Informations spannung d beim Bremsen gespeist wird. Bevor der Regelwiderstand W mit den Schaltschützen K auf seinen erforderlichen Wert eingestellt wird, nimmt das Regelgerät R zuerst eine Probeschaltung mit dem genannten Nachbildungswiderstand vor und stellt da bei den einzustellenden Wert des Regelwiderstandes W fest. Wenn dieser Wert ermittelt worden ist, wer den die diesem Wert entsprechenden Befehle vom Regelgerät R an die Schaltschütze K zur Einstellung des Regelwiderstandes W weitergegeben.
Das Aus rechnen erfolgt durch stufenweise Zu- und Abschal tung von Teilwiderständen des Nachbildungswider standes so lange, bis Gleichgewicht zwischen dem Steuerstrom C und dem Strom des Nachbildungs- widerstandes herrscht. Hierbei werden die Organe, die das Zu- und Abschalten der Nachbildungsteil widerstände ausführen, schrittweise vor- oder zurück geschaltet. Das bei dieser Schrittschaltung und dem s erfolgten Erreichen des Gleichgewichts zuletzt stehen gebliebene Nachbildungsschaltorgan ist dann aus schlaggebend und bestimmend für die Abgabe des richtigen Befehls an eines der Schaltschütze K für Einstellung des erforderlichen Regelwiderstandswer- D tes W.
Die Schaltorgane für das Aussuchen des @Vachbildungswiderstandswertes können beispiels weise als schnellschaltende Relais in einer Kette ausgeführt sein, während man als Organ für den Vergleich des Steuerstromes C mit dem Nachbil dungsstrom beispielsweise ein polarisiertes Relais be nutzen kann. Hierbei tragen die Relais in der Relais kette Kontakte, die die Einschaltung der Schalt schütze K übernehmen.
Beim Bremsen kann ebenfalls die genannte Ein s richtung mit dem Nachbildungswiderstand verwendet werden, da auch 'beim Bremsen der dem Nach bildungswiderstand entsprechende Regelwiderstand W in den Bremsstromkreis eingeschaltet wird. Hier bei ist es zweckmässig, als Spannungsquelle für Spei ; sung des Nachbildungswiderstandes die Tachometer T zu benutzen, deren Spannung ein Mass für die Spannung der als Generatoren geschalteten Motoren 1-4 ist.
Da Relais als Schaltorgane für das Vergleichen des Steuerstromes C mit dem Nachbildungsstrom und für das Ausrechnen des erforderlichen Wider standswertes des Regelwiderstands W einerseits im mer eine gewisse Schaltzeit bedingen, die jedoch so weit wie möglich eliminiert werden soll, und ander seits selbst bei bester Ausführung einem Verschleiss unterliegen und nicht zuletzt auch gegen Erschütte rungen und Vibrationen empfindlich sind, die bei Fahrzeugen fast immer vorkommen, wäre es wün schenswert, diese Relais durch trägheitslose elektro nische Schaltorgane zu ersetzen, um die von dem er findungsgemässen Steuerungsverfahren eingebrachten Vorteile ganz ausnutzen zu können.
Dies ist möglich, wenn man alle beweglichen Schaltorgane des Regel gerätes R mit Ausnahme der Schaltschütze K, deren zu schaltende Ströme zu hoch sind, gegen Halbleiter organe wie Dioden und Transistoren austauscht, wo bei zweckmässig die zu vergleichenden Ströme und Spannungen in pulsierende Ströme und Spannungen oder Impulse umgewandelt werden, die den Halb leiterorganen zugeführt werden, da diese Wechsel ströme und -spannungen sicherer auswerten als Gleichströme.
Hierbei kann auch das vergleichende Organ als rein elektronische Schaltungseinrichtung ausgeführt werden, die - solange das Gleichgewicht 5 zwischen dem Steuerstrom und dem Nachbildungs strom noch nicht erreicht ist - Impulse an einen elektronischen Speicher weitergibt, welcher seiner seits mit Hilfe der gespeicherten Impulse den Nach bildungswiderstand und die Schaltschütze K durch Transistoren steuert, die vorzugsweise als logische Kreise geschaltet sind. Der elektronische Speicher kann zweckmässig als binärer Rechner ausgeführt sein.
Mit dieser Ausbildung des Regelgerätes R unter Verwendung von Bauelementen der elektronischen Rechenmaschinentechnik gelingt es, sowohl die An sprech- und Ausrechnungszeit der Regelgerätes äusserst klein zu halten und somit die Wirkungsweise der gesamten Anlage voll auszunutzen als auch eine hohe Betriebssicherheit zu erlangen, und die Störungs- und Fehlermöglichkeiten auf ein Geringst- mass zu bringen.
Method for controlling an electric vehicle The invention relates to a method for controlling an electric vehicle, in which a control current is set, the magnitude of which is a measure of the acceleration of the vehicle, the control current being compared with the current of a drive motor and the motor current being regulated until there is equilibrium between the two currents.
In a known control method of this type, a certain speed step can be set with the help of a switch gear operated by the locomotive driver, with a control device practically steplessly from one to the next speed step over going up to the selected speed step is switched through. In the control device, the motor current and the control current are compared with one another. The switching process described takes place relatively slowly in this embodiment, d. H. during a period of several seconds, and it depends on the skill of the driver whether he chooses the speed level that appears to be the most favorable based on the overall circumstances.
Because of the slowness of the procedure described, it can only be used for pure railway vehicles that have their own independent track body, while the control procedure for rail vehicles in road traffic works much too slowly and does not allow any adjustment to the type of locomotion of other road vehicles would.
The purpose of the invention is now to create a method for controlling an electric vehicle of the type mentioned, with which the disadvantages shown are eliminated and the best possible and even acceleration of the vehicle regardless of the assessment of the driver ensures and a high Marschgeschwin speed of the vehicle. The method according to the invention is characterized in that the comparison of the control current with the motor current is made with the aid of a computing device in which a current propor tional simulation of the motor circuit is carried out by means of switching means in order to determine the required setting of the motor circuit.
The invention is explained with reference to the drawing, which shows, for example and schematically, an elec trical system of a rail vehicle for implementing the method.
In the device shown in the drawing Einrich to control an electric rail vehicle, the drive is carried out by four motors 1, 2, 3 and 4, which are coupled with their associated wheel axles. The motors are fed by a contact wire L. In addition to a changeover switch U for switching the motors to driving and braking, as well as a conventional overcurrent switch M and a differential relay D, a control resistor W divided into partial resistances and a winding 10 of an electromechanical brake P are in the driving circuit, whereby the winding 10 releases the brake, so that this winding has no effect on driving due to the released and ineffective brake.
The rheostat W with its partial resistances is switched by contactors K in relation to its total resistance. The contactors K are in turn operated by a control device R, which can be described as the brain of the overall electrical system. When driving, this brain receives its information partly as a control current via the control line C from a travel control element F or a brake control element B, both of which are located on the driver's cab and are operated by the driver, and sometimes as a voltage m from the voltage drop prevailing at the control resistor W when driving.
The control elements F and B are designed as pedals which are coupled to a cruise control resistor 12 and a brake control resistor 14 and determine a control current in a control line C. The control current is also influenced by a device S which is intended to detect any slip of the wheels. This slip detection device <I> S </I> is controlled by tachometers <I> T </I>, which are coupled to the wheel axles, and transmits its information to control line C when braking, as well as voltage d R turns to the rule.
The voltage d has the effect that the degree of braking is reduced in the event of brake slip in order to eliminate the slip.
If the vehicle shown in the drawing is coupled with other trailers, the control line C at A is connected to the control lines C of the same type in these vehicles, which are all equipped with the other devices indicated on the drawing. The entire train can then be controlled from the driver's cab of the lead vehicle, with all the motors of the train doing their own drive part and thus not being towed.
When braking, the changeover switch U is automatically actuated so that the braking circuit is formed from the motors 1-4 connected as generators, the control resistor W, which now acts as a load resistor, and the winding 10 of the brake P, which now becomes effective when the motor braking current subsides.
The control of the switching on and off of the partial resistors, which form the variable resistor W, is carried out when braking as well as when driving by the control device R, which in turn receives all the braking information required for this from the control line C (control current C) and from the tachometers T. gets via the slip detection device S as speed-dependent voltage d, the slip detection device S also influencing the control line C and thus the control current C after evaluating the information received from the tachometers.
The control device R continues to feed a winding 16 of the brake P based on the information supplied to it, which after the electrodynamic braking has subsided with the motors 1-4 switched as generators, ie. H. after a wheel speed that is too low for effective braking is reached, the two windings 10 and 16 come into operation. The winding 16 is used to adjust the brake pressure value exerted on the respective wheel.
The control of the electrical system with the pedal F or B is done in such a way that the degree of acceleration or deceleration of the vehicle is selected by setting the control resistor 12 or 14. The current of the control line C assumes a certain value depending on the resistor 12 or 14, which is fed to the control unit R, which automatically adapts the motor current to the selected control current C with the help of the information supplied to the driver without any further influence so that the travel current remains constant within the scope of the gradation of the total resistance W with the partial resistances.
It is assumed that the driver selected a current of 15 A for starting by means of the pedal. The control device R then switches on so many partial resistances W that a motor current of 15 A corresponding to the control current C flows. The motors start moving and after reaching a certain speed, in this case still very low, the EMF voltage of the motors has risen to such an extent that the current at the beginning has decreased from 15 A to 14 A, for example. The control device R now searches for a new, changed number of partial resistances W which, after being switched on in the motor circuit, again result in the selected current value of 15 A.
The change in the variable resistor R to regulate the current value of 15 A continues until no further increase in speed can take place and equilibrium has occurred. Only when the driver sets a changed control current of the line C with the pedal, the control resistor W is again increased or decreased by the controller R depending on the control current C and the informa tion voltage m to a corresponding value.
A requirement for the information supplied to the control device to be converted into commands to the contactors K without delay, which interconnect the partial resistances to form the total resistance W, is that the control device works very quickly. One solution to this problem is that the organs, which for example compare the control current C with the information voltage rn from the motors, are designed as servo motors or as a high-speed relay chain. The control device R must also calculate the resistance value for which the control resistor W is to be set. This too must happen instantly.
For this purpose, a step resistor is used which is a faithful replica of the control resistor W in proportion to the resistance and which is fed with the information voltage m when driving or with the information voltage d when braking. Before the rheostat W is set to its required value with the contactors K, the control device R first carries out a test circuit with the mentioned simulation resistor and determines the value of the rheostat W to be set. When this value has been determined, who passed on the commands corresponding to this value from the controller R to the contactors K for setting the variable resistor W.
The calculation is carried out by gradually connecting and disconnecting partial resistances of the replica resistor until there is equilibrium between the control current C and the current of the replica resistor. Here, the organs that perform the switching on and off of the replica part resistances are switched forwards or backwards step by step. The simulation switching element that stopped last in this step-by-step operation and when equilibrium was reached is then decisive and determinative for issuing the correct command to one of the contactors K for setting the required control resistance value W.
The switching elements for choosing the @Vachbildungswiderstandswerte can, for example, be designed as a fast-switching relay in a chain, while a polarized relay can be used as an organ for comparing the control current C with the simulation current, for example. Here, the relays in the relay chain have contacts that switch on the contactors K.
When braking, the aforementioned device can also be used with the replica resistor, since the control resistor W corresponding to the replica resistor is also switched into the braking circuit during braking. Here at it is useful as a voltage source for Spei; Solution of the simulation resistance to use the tachometer T, the voltage of which is a measure for the voltage of the motors 1-4 connected as generators.
Since relays as switching devices for comparing the control current C with the replica current and for calculating the required resistance value of the variable resistor W on the one hand always require a certain switching time, which, however, should be eliminated as much as possible, and on the other hand, even with the best execution Subject to wear and tear and, last but not least, are also sensitive to shocks and vibrations, which almost always occur in vehicles, it would be desirable to replace these relays with inertia-free electronic switching elements in order to be able to fully exploit the advantages brought by the control method according to the invention.
This is possible if all movable switching elements of the control device R with the exception of the contactors K, whose currents to be switched are too high, are exchanged for semiconductor organs such as diodes and transistors, where it is useful to convert the currents and voltages to be compared into pulsating currents and voltages or pulses are converted, which are fed to the semiconductor organs, since these alternate currents and voltages evaluate more reliably than direct currents.
Here, the comparing organ can also be designed as a purely electronic circuit device, which - as long as the balance 5 between the control current and the replica current has not yet been reached - forwards pulses to an electronic memory, which on the other hand uses the stored pulses to determine the formation resistance and controls the contactors K by transistors, which are preferably connected as logic circuits. The electronic memory can expediently be designed as a binary computer.
With this design of the control device R using components from electronic computing machine technology, it is possible to keep the response and calculation time of the control device extremely short and thus to fully utilize the mode of operation of the entire system and to achieve a high level of operational reliability, and the failure and to reduce the possibility of errors to a minimum.