DE2143186C3

DE2143186C3 - Geschwindig keitsregelanordnung für ein elektrisches Triebfahrzeug

Info

Publication number: DE2143186C3
Application number: DE2143186A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 5101 Richterich Kahlen; Wolf Dieter Dipl.-Ing. 5100 Aachen Weigel
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1971-08-28
Filing date: 1971-08-28
Publication date: 1975-09-18
Also published as: BE787949A; DE2143186B2; FR2150888A1; GB1407826A; NL7211527A; FR2150888B3; DE2143186A1

Description

v_s

_soUmax

-u_ia

Vsou Λ
14, Γ

20

wobei der Geschwindigkeits-Sollwert v„_u durch eine elektrische Spannung U₈₀,,, der Geschwindigkeits-Istwert Pj₅, durch eine elektrische Spannung l/_ia, der Drehmoment-Sollwert M„_u durch eine elektrische Spannung U_a und der maximale Drehmomentwert M_n^ durch eine elektrische Spannung U„_o gebildet werden.

2. Geschwindigkeitsregelanordnung für ein elektrisches Triebfahrzeug, bei der aus dem Vergleich eines von einem einzigen Bedienungselement vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwertes ν_Μη und dem Geschwindigkeits-Istwert ι·,_ί( Drehmoment-Sollwerte M„„ gebildet werden, welche ein maximales Drehmoment M_n^ nicht überschreiten, und wobei die genannten physikalischen Größen in Form von elektrischen Spannungen abgebildet werden, gekennzeichnet durch eine Rechenschaltungsanordnung zur Bildung einer Jem Drehmoment-Sollwert proportionalen elektrischen Spannung im Bremsbetrieb n*eh folgender Gleichung:

V=V (\ - ^U-^iL>\

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wobei der Geschwindigkeits-Sollwert v„„ durch eine elektrische Spannung V_so,„ der Geschwindigkeits-Istwert r„, durch eine elektrische Spannung l/_is„ der Drehmoment-Sollwert M₁₀,, durch eine elektrische Spannung V_a und der maximale Drehmomentwert M_max durch eine elektrische Spannung V_st0 gebildet werden.

3. Geschwindigkeitsregelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung einen Gleichspannungsverstärker aufweist, dessen Eingang über Bewertungswiderstänue dem Istwert und dem Sollwert proportionale Spannungen zugeführt sind und dessen Ein- und Ausgang durch einen Widerstand überbrückt sind, dessen Größe eine Funktion des Istwertes ist (Fig. 3).

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsregelanordnung für ein elektrisches Triebfahrzeug, bei der aus dem Vergleich eines von einem einzigen Bedienungselement vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwertes P₁₀₁₁ und dem Geschwindigkeits-Istwert r,_a Drehmoment-Soliwerte M_mU gebildet werden, welche ein maximales Drehmoment M«, nicht überschreiten, und wobei die genannten physikalischen Größen in Form von elektrischen Spannungen abgebildet werden.

Bei elektrischen Triebfahrzeugen ist es bekannt, den Fahr- und Brerasbetrieb mittels eines einzigen Bedienungselementes zu steuern, beispielsweise durch Zu- oder Abschalten von Fahrwiderständen. Weiterhin ist es bekannt, mit einem Bedienungselement einen Drehzahlsollwert vorzugeben. In diesem Falle erfolgt die Bremsung über ein weiteres Bedienungselement. Da im normalen Straßenverkehr ein häufiger Wechsel zwischen Fahr- und Bremsbetrieb notwendig ist, muß der Führer des Fahrzeuges die Bedienungseleraente, beispielsweise Pedale, abwechselnd bedienen, so daß seine Aufmerksamkeit vom Verkehr abgelenkt werden kann Eine Steuerung eines Fahrzeuges im Fahr- und Bremsbetrieb mit nur einem Bedienungselement (Sollwertgeber) ist mit einer Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung möglich. Eine solche Schaltung ist z. B. aus den »Technischen Mitteilungen« der AEG-Telefunken, 1970. S. 244. bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine vorgegebene Führungsgrölie r_M/( mit der an der Radachse gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit r,_a verglichen. Die Regelabweichung r_isl - i_m„ dient als Führungsgröße Tür die anschließende Ankerstromregelung, so daß damn die Zugkraft der Lokomotive den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt werden kann und je nach Vorzeichen der Geschwindigkeitsabweichung die Fahroder Bremsschaltung aufgebaut werden kann. Durch diese Regelung kann die Lokomotive mit konstanter Geschwindigkeit — unbeeinflußt von der Anhängelast, dem Bewegungswiderstand oder der Streckenneigung in Beharrungsfahrt dem vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwert folgen. Bei Vorgabe eines Fahrbefehls (ι\_Λ(, > 1_1S() wird das f-ahrzeug beschleunigt. Bei Vorgabe eines einschränkenden Fahrbefehles ('"κ.» < '',a I ^w>^r£* das Fahrzeug gebremst, bis die geforderte Sollgeschwindigkeit erreicht ist. Die Fahrregelung ist dabei als Drehzahlregelung mit untcrlagerter Stromregelung aufgebaut und der Ausgang des Drehzahlreglers ist im Fahrbetrieb der Sollwert für den Motorstrom. Eine Sollwertbegrenzung ist hier jedoch nur bei Erreichen einer maximal zulässigen Temperatur der Thyristoren der die Motoren speisenden Stromrichteranordnung vorgesehen. Um auch noch bei hohen Drehzahlen das volle Drehmoment einstellen zu können, muß eine große Regelverstärkung gewähll werden, was jedoch den Nachteil hat, daß mit kleine! Verstellung des Bedienungselementes große Strom· und damit Momentenänderungen auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein« Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzah eines elektrischen Triebfahrzeuges mit nur einem Be· dienungselement anzugeben, wobei dem verbleibender Verstell weg des Bedienungselementes jeweils die maxi male Momentenänderung zugeordnet wird, jedocl zu große Momentenänderungen bei kleinen Dreh zahl-Soll-Istwert-Differenzen vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs er wähnten Anordnung im Fahrbetrieb erfindungsge maß durch eine Rechenschaltungsanordnung zu Bildung einer dem Drehmoment-Sollwert proportio

naie elektrischen Spannung nach folgender Gleichung gelöst:

_Wobei der Geschwindigkeits-Sollwert v_tli: durch eine elektrische Spannung l/_soj„ der Geschwindigkeits-Istwert V₁₃ durch eine elektrische Spannung U_ia, der Drehmoment-Sollwert Μ_Μΐ, durch eine elektrische Spannung £/„ und der maximale Drehmoaientwert Mma durch eirf elektrische Spannung U_ae gebildet werden.

Eine Lösung der gestellten Aufgabe bei der eingangs erwähnten Anordßung im Bremsbetrieb erfolgt erfindungsgemäß durch eine Rechenschaltungsanordnung zur Bildung einer dem Drehmoment-Sollwert proportionalen elektrischen Spannung nach folgender Gleichimg:

U=U Π - ^M

Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer geringen Verstellung des Drehzahlsollwertes, also einer geringen Drehzahlsollwert-Drehzahlistwert-Differenz nicht der maximal zulässige Drehmoment-Sollwert, sondern ein wesentlich kleinerer Drehmoment-Sollwert vorgegeben wird. Bei einer größeren Verstellung des Sollwertes wird jedoch ein großer Drehmoment-Sollwert, gegebenenfalls der maximal zulässige, vorgegeben, so daß der neue Geschwindigkeits-Sollwen mit einer größeren Beschleunigung angefahren vird. Eine solche Charakteristik des Fahrzeuges ist im Straßenverkehr sehr /weckmäßig, da bei der Anpassung der Geschwindigkeit an die vorausfahrender Fahrzeuge eine zu große Beschleunigung des Fahrzeuges mit Sicherheit vermieden werden kann.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rechenschaltung beim Bremsbetrieb einen Gleichspannungsverstärker aufweist, dessen Eingang über Bewertungswiderstände dem Istwert und dem Sollwert proportionale Spannungen zugeführt sind und dessen Ein- und Ausgang durch eine" Widerstand überbrückt sind, dessen Größe eine Fun» ion des Istwertes ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fs

F i g. 1 a eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Stellung S des Bedienungselementes, der Fahrzeuggeschwindigkeit r und des Drehmomentes M_F im Fahrbetrieb eines elektrischen Triebfahrzeuges,

Fig. ! b eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Stellung S des Bedienungselementes, der Fahrzeuggeschwindigkeit r und des Drehmomentes Mβ im Bremsbetrieb eines elektrischen Triebfahrzeuges,

F i g 1 c eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Geschwindigkeits-Sollwert U_so„ und dem Drehmoment-Sollwert U_s, Tür verschiedene Parameter des Geschwindigkeits-lstwertcs U_is, für den Fahrbetrieb,

Fig. Id eine ebensolche Darstellung für den Bremsbetrieb,

F i g. 2 und 3 Ausführungsbeispiele von Rechenschaltungen für den Bremsbetrieb, die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendet werden können.

In den Fig. la und Ib ist der der Erfindung zugrunde liegende Zusammenhang zwischen der Stellung des Bedienungselementes, dem auftretenden Fahr- bzw. Bremsmoment und der Fahrgeschwindig-

keit dargestellt. Es sind die Stellung S des Bedienungselementes (Abszisse) und das aultretende Moment M (Ordinaten) Für den Fah·-- und Bremsbetrieb aufgetragen, während die Geschwindigkeit ν als Parameter angegeben ist.

ίο Es sein angenommen, daß sich das Bedienungselement in der Stellung S₁* befindet und das Fahrzeug exakt die Geschwindigkeit P₄ besitzt. Das Fahrzeug möge sich in leichtem Gefälle befinden, womit das Moment nahezu Null ist, da der Rollwiderstand des

Fahrzeuges durch das Gefälle ausgeglichen wird. Will der Fahrer nun die Fahrt verlangsamen, so nimmt er das Bedienungselement beispielsweise um die Strecke dS zurück. Das auftretende Bremsmoment M₈₄ kann man dann, ausgehend von der Geraden r₄.

an der Ordinate ablesen.

Durch das anstehende Bremsmoment M₈₄ verkleinert sich die Geschwindigkeit v, das erforderliche Bremsmoment M_B verkleinert sich ebenfalls, und nach kurzer Zeit stellt sich ein stationärer Zustand ein,

wobei die Geschwindigkeit den Wert i₃ erreicht und das Moment zu Null wird, wobei weiterhin eine Fahrt des Fahrzeuges in leichtem Gefälle vorausgesetzt wird.

Dabei sind folgende Zusammenhänge der erwähnten Größen vorausgesetzt worden:

(D

wobei A7_fl das auftretende Bremsmoment, M_Bmax das maximale Bremsmoment bedeuten und S die jeweilige Stellung des Bedienungselementes ist. S_max bedeutet die Anschlagstellung des Bedienungselementes für die höchste Geschwindigkeit v_max, und stellt ν die augenblickliche Geschwindigkeit dar.

In den Fig. Ic und 1 d sind die obenerwähnten physikalischen Größen r und M durch entsprechende elektrische (analoge) Spannungen jeweils für Fahrbetrieb (Fig. Ic) und für Bremsbetrieb (Fig. Id) ausgedrückt und in die Zeichnung eingetragen. Dabei entspricht U₅₀,, (Abszisse) der jeweiligen Pedalstellung S des Geschwindigkeits-Sollwertgebers und U_soUmax dem größten Pedalhub. Der Wert U_s, (Ordinate) entspricht dem Drehmoment-Sollwert M_sM und U„_a dem maximalen Drehmomentwert M_max.

In den genannten Zeichnungen sind für verschiedene Geschwindigkeits-Istwert-Parameter U₁₅₁, und zwar für die Werte Null, 1/4 U,_H. 12 U,_s„ 3/4 t/_ijp und 1/1 U₁₅, die entsprechenden Kurven (Geraden) eingezeichnet. Für djese Spannungen gilt dann im Bremsbereich (F ig. 1 d) die folgende Beziehung

In der F i g. 2 ist eine Rechenschaltung dargestellt, mit der diese Gleichung gelöst werden kann. Diese 65 Rechenschaltung ist bekannter Bauart, so daß sie nicht näher beschrieben zu werden braucht.

Man kann die Rechenschaltung nach F i g. 2 auch durch eine einfachere Rechenschaltung ersetzen, wie

sie in der F i g. 3 dargestellt ist. Für diese Schaltung hang hervorzurufen, der in der F i g. 1 dargestellt ist,

gilt kann man einen Feldeffekttransistor verwenden.
R₀ ..f. U_soll\ - Für den Fahrbetrieb gilt die Gleichung

Mm — JjT U,_a I 1 — jj I (J)

Setzt man die Beziehungen2 und 3 gleich, so erhält " ^υι*~ ^υ«αι*~ \ ^, /'

^man die in einer ähnlichen Rechenschaltung realisiert

R₀ = "" ■ R₁. (A) werden kann.

14·, ίο Der besondere Vorteil der erfindungsgemä Ben Schaltungsanordnung besteht darin, daß auf Grund der

Wählt man für A₀ einen Widerstand oder eine lmpe- Steuerkennlinien vor allem beim Anfahren das Andanz, die eine Funktion von C₁₁, ist, so kann wieder triebsmoment sehr feinfühlig und genau dosiert werein vorgegebener Zusammenhang zwischen Stellung den kann, da unabhängig von der Geschwindigkeit des Bedienungselementes, Fahrgeschwindigkeit und 15 immer der gesamte Einstellbereich des Bedienungs-Moment hervorgerufen werden. Um den Zusammen- elementes ausgenutzt werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geschwindigkeitsregelanordnung fur ein elektrisches Triebfahrzeug, bei der aus dem Vergleich eines von einem einzigen Bedienungselement vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwertes V₁₀₁₁ und dem Geschwindigkeits-Istwen v^ Drehmoment-SoUwerte M„_u gebildet werden, welche ein maximales Drehmoment M_nfx nicht Oberschreiten, und wobei die genannten physikalischen Größen in Form von elektrischen Spannungen abgebildet werden, gekennzeichnet durch eine Rechenschaltungsanordnung zur Bildung einer dem Drehmoment-Sollwert proportionalen elektrischen Spannung im Fahrbetrieb nach folgender Gleichung: