DE2337452A1

DE2337452A1 - Fahrzeug mit einem antriebsaggregat

Info

Publication number: DE2337452A1
Application number: DE19732337452
Authority: DE
Inventors: John Frederick Eastham
Original assignee: K G ENGINEERING LAB Ltd
Current assignee: K G ENGINEERING LAB Ltd
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1974-02-07
Also published as: BE801955A; CH563257A5; FR2196924B1; ZA734238B; IT991793B; US3866703A; HK34576A; AU5725573A; AU460088B2; MY7600151A; GB1402321A; FR2196924A1; AR211907A1; JPS4957516A; CA989042A; NL7309622A; LU68076A1; BR7305611D0; IN139249B

Description

Dipl. Phys. Dr. rer. nat. Wolfgang Kempe

PATENTANWALT

D-68OO Mannheim ο e, 10

Postfach 1273

Telefon CoeZD 2 89

7. Juli 1973 Mc L

K. G. Engineering Laboratories Limited
Kennedy Tower, St. Chads Ringway
Birmingham, Großbritannien

"Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat"

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat, das über einen Beschleunigungsgeber regelbar und mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges über eine Kupplung und ein Getriebe verbindbar ist.

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Obgleich viele Formen von Energiequellen für ein Elektrofahrzeug geprüft worden sind, hat es sich gezeigt, daß die konventionelle Blei-Säure-Batterie, die über einen Zeitraum von vielen Jahren entwickelt worden ist, die notwendige ünempfindlichkeit und Betriebssicherheit für das Antriebssystem eines Fahrzeuges aufweist und zudem wieder aufladbar ist und trotz ihres hohen Entwicklungsstandes billig herzustellen ist. Sie ist deshalb nach wie vor die bevorzugte Quelle für elektrische Energie, zumindest in der gegenwärtigen Zeit, trotz ihres Gewichtes und ihrer Größe.

Die meisten batteriebetriebenen Fahrzeuge benutzen Gleichstromserienmotoren. Diese Motoren sind natürlich Kommutatormotoren und erfordern deshalb eine regelmäßige Wartung der Bürsten. Die Rotoren dieser Motoren tragen in ihren Nuten eine isolierte Wicklung, was die Umfangsgeschwindigkeit begrenzt. Dies wiederum begrenzt die abgegebene Leistung bezogen auf eine bestimmte Motorgröße. Derartige Motoren weisen darüber hinaus ein Systemnachteil auf, weil nämlich die Reparaturarbeiten nach einer Überbelastung des Motors schwierig sind, weil eine Änderung der Schaltung erforderlich wird.

Durch Verwendung eines Kurzschlußläufermotors kann man die oben genannten Nachteile verringern, da der Kurzschlußläufer mit einer robusten Wicklung ausgestattet werden kann, die aus einem Satz von Gußaluminiumbarren mit angeformten Endringen besteht. Derartige Läufer können mit hohen Geschwindigkeiten rotieren, ohne daß es zu einer Beschädigung kommt; sie erfordern auch

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keinen Kommutator und keine Bürstenanordnung. Der Kurzschlußläufermotor weist zusätzlich einen Systemvorteil auf, da_eseine Überholung -ohne Änderung der Leistungsanschlüsse möglich ist. Ein Kurzschlußläufermotor benötigt jedoch von Natur aus einen mehrphasigen Wechselstromanschluß und das bedeutet, daß ein Wechselrichter notwendig ist, um eine Wechselstromversorgung aus einer Gleichstromquelle, wie beispielsweise einer Batterie, zu erzeugen.

Im Betrieb erzeugen die Ständerwicklungen eines mehrphasigen Kurzschlußläufermotors ein rotierendes Feld. Die Rotationsgeschwindigkeit (us) hängt ab von der Zahl der Polpaare (2p), die von den Wicklungen gebildet werden, und der Frequenz (f) der angelegten Spannung. Die Drehgeschwindigkeit eines Kurzschlußläufermotors liegt relativ dicht bei der Synchrongeschwindigkeit, die durch die Gleichung us = 60 f : ρ (Upm) bestimmt ist.

In Fig. 3a ist das abgegebene Drehmoment gegen die Läufergeschwindigkeitskennlinie eines typischen Kurzschlußläufermotores dargestellt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß das Drehmoment positiv ist, wenn die Läufergeschwindigkeit unterhalb der Synchrongeschwindigkeit liegt, und negativ für alle darüberliegenden Geschwindigkeiten. Im Bereich des positiven Drehmomentes wird die dem Motor zugeführte elektrische Energie in Form von mechanischer Energie abgegeben. Im Bereich des negativen Drehmomentes wird Energie von dem mechanischen System aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt, die beispielsweise für eine Nutzbremsung verwendet wird. Die Fähigkeit, einen Kurzschlußläufermotor nutzzubremsen, ist für ein batteriebetriebenes Fahrzeug wichtig, da ein wesentlicher Begrenzungsfaktor für den Einsatzbereich derartiger Fahrzeuge die Batterieladung ist, die bis zu einem gewissen Grade dadurch erhalten werden

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kann, daß man die Nutzbremsung dazu verwendet, einen Teil der Energie zur' Batterie zurückzuführen. Dies ermöglicht es, den

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Einsatzbereich der Fahrzeuge zu erweitern, ohne daß schwerere, größere und teurere Batterien erforderlich sind.

Unglücklicherweise ist es aber schwierig, einen Kurzschlußläufermotor so auszubilden, daß er sein maximales Drehmoment bei Stillstand hat, ohne daß der Wirkungsgrad bei hohen Tourenzahlen verschlechtert wird.

Der Wirkungsgrad eines Kurzschlußläufermotors ist bei positivem Drehmoment tor : s, wobei tor die Läufergeschwindigkeit ist. In anderen Worten, ein Kurzschlußläufermotor muß bei wirtschaftlichem Betrieb mit einer Läufergeschwindigkeit betrieben werden, die nahe bei der Synchrongeschwindigkeit liegt. Obgleich man bei Änderung der Synchrongeschwindigkeit einen relativ hohen Wirkungsgrad des Kurzschlußläufermotors erhalten könnte, bleibt das Problem, daß seine Drehmomentabgabe, wenn er auf diese Weise geregelt wird, näherungsweise konstant mit der Geschwindigkeit ist, während die Drehmomentforderung an ein Fahrzeug mit dem Terrain und der gewünschten Beschleunigung wechselt.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein relativ unempfindliches und einfaches elektrisches Antriebssystem zu entwickeln, daß insbesondere, aber nicht ausschließlich, für ein Fahrzeug geeignet ist. Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Antriebsaggregat einen Asynchronmotor enthält, der von einer Batterie über einen Halbleiterwechselrichter gespeist wird, dessen Ausgangsstrom und Frequenz durch die Stellung des Beschleunigungsgebers regelbar sind. Die Batterie ist vorzugsweise über den Wechselrichter wiederaufladbar durch diejenige

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Energie, die aus dem Motor gewonnen wird, wenn er beispielsweise nutzbremst, um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges abzubremsen.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Wechselrichterfrequenz durch ein Summationsglied bestimmt wird, das elektrische Analogsignale von einem Beschleunigungswertwandler einem Bremswertwandler und einem vom Asynchronmotor angetriebenen Tachogenerator erhält und addiert. Die Wechselrichterfrequenz wird also teilweise durch die Schlupfgeschwindigkeit geregelt, die erforderlich ist, um das gewünschte Abgabedrehmoment des Asynchronmotors zu erzeugen, und teilweise von der Geschwindigkeit des Motors. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird so geregelt, daß der Asynchronmotor ein vorbestimmtes Drehmoment mit einem relativ hohen Wirkungsgrad liefert.

Die Schlupfgeschwindigkeit ist definiert als die Geschwindigkeit?- differenz zwischen dem Feld und dem Läufer. Mit relativ hohem Wirkungsgrad ist ein Wirkungsgrad gemeint, der in allen Bereichen, außer einem niedrigsten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges von weniger als drei bis fünf Km/h, nicht unter ca. 80% fällt.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Beschleunigungswertwandler durch ein Beschleunigungspedal gesteuert wird, das aus einer Ruhelage heraus, die dem Leerlauf des Antriebsaggregates entspricht, durch zwei aufeinander folgende Bereiche (ct_ffl) bewegbar ist, wobei vom Beschleunigungswertwandler im ersten Bereich (<* ) , der von der Ruhelage aus durchlaufen wird, ein elektrisches Signal erzeugt wird,, das zum Wechselrichter geleitet wird, um den Asynchronmotor durch Rückführung der Energie über den Wechselrichter zur

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Batterie so lange, wie die Kupplung im Eingriff ist, zu nutzbremsen, und im zweiten Bereich (/3 ) ein elektrisches Signal erzeugt wird, das zum Wechselrichter geleitet-wird, um den Asynchronmotor zu beschleunigen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Bremswertwandler Bestandteil eines Zweistufen-Bremssystems ist und auf das Niederdrücken eines Bremspedals durch Änderung des Vorspannungssignales am Wechselrichter derart reagiert, daß eine Nutzbremsung des Asynchronmotors verbunden mit Rückführung der Energie über den Wechselrichter zur Batterie stattfindet, während in einer zweiten Bremsstufe eine mechanische Bremsung stattfindet, die die Motornutzbremsung nur nach Niederdrücken des Bremspedales um mehr als einen vorbestimmten Betrag unterstützt.

Der Vorteil eines derartigen Antriebssystems liegt darin, daß in ihm gut erprobte Komponenten verwendet werden und daß es die oben erwähnten Nachteile überwindet, die den konventionellen Antriebssystemen innewohnen. Es befähigt darüberhinaus den Asynchronmotor, bei beliebigen, unprogrammierten Bedingungen zu arbeiten, wenn beispielsweise ein hohes Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit verlangt wird, wie das der Fall ist, wenn das Fahrzeug einen steilen Berg hinauf fahren soll. Ein normaler Gleichstrommotor oder ein Asynchronmotor ohne Getriebe würde unter solchen Bedingungen schnell durchbrennen, wenn er nicht mit einem separaten Kühlgebläse versehen wäre, und darüberhinaus würde der Schlupf des Asynchronmotors unter derartigen Bedingungen so groß sein, daß der Wirkungsgrad sehr gering wäre. Durch die Verwendung des Getriebes kann die Motorgeschwindigkeit auf einem Wert gehalten werden, bei dem der Asynchronmotor sich selbst kühlen kann.

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Das geforderte Drehmoment . kann positiv oder negativ sein, abhängig davon, ob das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird. Das Getriebe ermöglicht, die Drehmomentabgabe des Asynchronmotors so zu steuern, daß akzeptable Beschleunigungswerte und Steigungswerte erzielt werden, und die Frequenzsteuerung stellt sicher, daß bei allen Geschwindigkeiten ein relativ hoher Wirkungsgrad zusammen mit einem ausreichend hohen Drehmoment erhalten wird.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung und zweckmäßige Weiterbildüngen werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen uäher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges;

Fig. 2 das Schaltbild des iri Fig. 1 verwendeten Halbleiter-Wechselrichters ;

Fig. 3a

bis 3c Diagramme, in denen das Drehmoment gegen die Geschwindigkeit aufgetragen ist, um den Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems zu erklären;

Fig. 4 ein Beschleunigungspedal in schematisierter Darstellung;

Fig. 5 ein Diagramm über die Wirkung der Bewegung des Beschleunigungspedals gemäß Fig. 4 auf die Verhaltensweise des Fahrzeuges;

Fig. 6a das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, in welchem die potentiometrischen Meßwertwandlerdurch elektromagnetische Wandler ersetzt sind;

Fig. 6b

und 6c Diagramme über die Kennlinie der elektromagnetischen Wandler gemäß Fig. 6a und

Fig. 7 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, in welchem eine Lademöglichkeit der Batterie durch den Wechselrichter vorgesehen ist.

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Ein Fahrzeug 1 ist durch eine gestrichelte Umrandung angedeutet. Es weist Räder 2 und 3 auf, von denen die ersteren über ein Getriebe 4 angetrieben werden, das seinen Antrieb über eine pedalbetätigte Kupplung 5 von einem Asynchronmotor 6 erhält. Ein Tachogenerator 7 ist mit der Welle des Asynchronmotors 6 verbunden und erzeugt eine analoge Spannung, die proportional zur Motorgeschwindigkeit ist und an ein Summierglied 8 gegeben wird, das eine zweite Analogspannung von einem Schleifer eines Potentiometer erhält, dessen Stellung durch ein Beschleunigungspedal 10 gesteuert wird. Die beiden analogen Spannungssignale werden in dem Summierglied 8 zusammengeführt, um eine Regelvorspannung zu bilden, die einen Halbleiter-Wechselrichter 11 beaufschlagt, um dessen Ausgangsfrequenz zu regeln, die dem Asynchronmotor 6 zugeführt wird. Der Wechselrichter empfängt Energie von einer Batterie mit Blei-Säure-Zellen12, über der das Potentiometer 9 teilweise liegt. Die negative Klemme der Batterie 12 ist mit dem Chassis des Fahrzeuges verbunden.

Der Wechselrichter 11, der im Detail in Fig. 2 dargestellt ist, kann beliebig aufgebaut sein. Sein wesentlichstes Erfordernis..ist, das er so aufgebaut ist, daß der Energiefluss in jeder Richtung möglich ist. D. h., daß er über jedem einer Anzahl von Schaltelementen, die entweder Thyristoren oder Transistoren enthalten können, Rückführungsgleichrichter aufweisen muß. Fig. 2 zeigt eine Phase eines zweiphasigen Wechselrichters, und es versteht sich von selbst, daß die zweite Phase genauso aufgebaut ist wie die erste, aber daß die Schaltsignale für die Schalter Sl bis S4 der zweiten Phase so gesteuert sind, daß die Ausgangsspannüng, die sie erzeugen, um 90 phasenverschoben ist gegenüber derjenigen der in Fig. 2 dargestellten Phase. Der

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Wechselrichter 11 wird mittels Impulsbreitensteuerung betrieben, um die Ausgangsspannung variieren zu können. Um dies zu erreichen, werden die Schalter Sl und S2 bei der geforderten Ausgangsgrundfrequenz wechselweise geöffnet und geschlossen, während die Schalter S3 und S4 wechselweise bei einer höheren Frequenz geöffnet und geschlossen werden, beispielsweise bei einer Frequenz, die achtmal so hoch ist wie die Grundfrequenz. Auf diese Weise moduliert und regelt dadurch eine Steuerung des Signal-zu-Pause-Verhältnisses der Schalter Sl und S4 die Größe der Ausgangsspannung.

Der Teil der analogen Spannung, die von dem Potentiometer 9 erhalten wird, um das gewünschte Abgabedrehmoment zu erzeugen, ist ein zur Schlupfgeschwindigkeit des Asynchronmotors proportionales Signal und wird durch die Stellung des Beschleunigungspedale s 10 gegeben. Die Kurve gemäß Fig. 3b zeigt die beabsichtigte Wirkung an einem Beispiel. Die strichpunktierte Linie in Fig. 3b bezeichnet die Läufergeschwindigkeit von 1000 Ipm, die im betrachteten Beispiel eine Tachospannung von 10 Volt erzeugt. Wenn ein positives Drehmoment entsprechend einem Schlupf von 100tpm gefordert wird, dann muß 1 Volt zu der Tachospannung addiert werden. Dieser neue Wert wird über das Summationsglied 8 an den Frequenzsteuereingang des Wechselrichters Il angelegt. Die Regelanordnung ist;so eingerichtet, daß die Feldgeschwindigkeit, die von der Wechselrichterspeisung erzeugt wird, genau das gleiche Verhältnis zu den analogen Signalen besitzt, wie die Tachogeneratorspannung zu der Läufergeschwindigkeit. Deshalb ist die Feldgeschwindigkeit, die durch den Wechselrichter 11 bei einer Steuerspannung von 11 Volt erzeugt wird, 1.100 Upm. Dies ergibt die Drehmomentcharakterisitik a und damit ein positives Drehmoment T . Umgekehrt,

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wenn ein negatives Drehmoment entsprechend einer Nutzbremsung vom Asynchronmotor gefordert wird, wenn die Läufergeschwindigkeit 1000 Upm ist, muß an lVolt-Sigiial von der Tachospannung in dem Summationsglied 8 abgezogen werden. Die dem Wechselrichter 11 zugeführte Steuerspannung entspricht dann einer Motorgeschwindigkeit von 900 Upm, was der Drehmomentkurve b entspricht, woraus folgt, daß bei der betrachteten Fahrzeuggeschwindigkeit ein negatives Drehmoment und folglich eine Nutzbremsung erzeugt wird.

An diesem Beispiel wird klar, daß eine vollständige Drehmomentregelung biszu dem vom Motor erhältlichen Maximum auf einfache Weise durch Änderung der Vorspannung zwischen positiven und negativen Grenzen erreicht werden kann und daß diese Regelung bei jeder Geschwindigkeit ausgeführt werden kann. Fig. 3c zeigt das abgegebene Drehmoment, das bei unterschiedlichen festen Vorspannungen erwartet werden kann.

In der Praxis hängt die Spannung,die dem Asynchronmotor zugeführt werden muß, von seiner Bauausführung ab; aber im großen und ganzen sollte diese Spannung näherungsweise proportional zur Frequenz sein und diese Eigenschaft wohnt auch dem Wechselrichter inne.

Fig. 4 zeigt das Beschleunigungspedal 10 in einer mittleren Stellung, seine beiden Extremstellungen sind mit 10a und 10 b bezeichnet. Das Pedal 10 kann gegen den Wi derstand einer Feder 20 heruntergedrückt werden und durchwandert dabei zuerst einen Winkelndem eine negative Vorspannung zugeordnet ist, und dann einen Winkelρ , dem eine positive Vorspannung zugeordnet ist. Diese beiden Winkel <* und ß sind auch in Fig. 1

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angedeutet. Die Art und Weise, in der das dem Fahrzeug angebotene Drehmoment variiert wird, soll unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt werden. ^e

Die Arbeitsfolge beim Starten des Fahrzeuges ist folgendermaßen: Zuerst wird die Energie am Wechselrichter 1-1 eingeschaltet; dabei ist das Getriebe in Leerlaufstellung und das Beschleunigungspedal in seiner Stellung 10a. Das Geschwindigkeitssignal vom Tachogenerator 7 ist dann Null und das Wechselrichtervorspannungssignal wird vollständig von dem negativ vorgespannten Teilstück des Potetiometers 9 abgegriffen, und ist deshalb selbst negativ. Die Anordnung ist so ausgelegt, daß alle Regelvorspannungssignale unter einem vorbestimmten Wert, der in Fig. 5 durch die Linie X-X angedeutet ist, eine minimale Wechselrichterfrequenz erzeugen. Dies kann durch Verwendung einer geeigneten Fangschaltung erreicht werden. Für Rotorgeschwindigkeiten unterhalb der Linie A-A ist die Feldgeschwindigkeit, die durch die Fangschaltung auf .ihrem Minimumwert gehalten wird, so eingerichtet, daß sie größer ist als die Motorgeschwindigkeit, wodurch ein positives Drehmoment erzeugt wird. Der Motor würde deshalb die Linie A-A herauflaufen, was der Leerlaufgeschwindigkeit des Motors entspricht.

Bei getretener Kupplung 5 kann nunmehr ein Gang eingelegt werden. Der Eingriff der Kupplung 5 bei Stellung des Beschleunigungspedals 10 in seiner oberen Anschlagstellung 10a bewirkt eine Belastung des Asynchronmotors 6, die einen leichten Abfall des Tachospannungsignales zur Folge hat, und das Fahrzeug fährt mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Linie A-A in Fig. 5. Wenn das Beschleunigungspedal 10 nunmehr gedrückt wird und dabei ein positives Vorspannungssignal ent-

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sprechend der gestrichelten Linie B-B erzeugt, wird das Fahrzeug auf den entsprechenden Drehmomentwert beschleunigt. Die Arbeitsgänge wurden einzeln beschrieben, in der Praxis erfolgt der Eingriff der Kupplung 5 und das Niederdrücken des Beschleunigungspedals 10 natürlich gleichzeitig wie in der normalen Fahrtechnik, ·

Das Einlegen des nächsten Ganges wird vom Entkuppeln und gleichzeitigen Entlasten des Beschleunigungspedals 10 begleitet. Der Motor sinkt dann mit seiner Drehzahl schnell ab, weil das Beschleunigungspedal 10 in den Winkelbereich«* _f dem eine negative Vorspannung zugeordnet ist, zurückgenommen wurde, und der Motor vollführt eine Nutzbremsung, wobei er Energie über den Wechselrichter 11 zur Batterie 12 zurückführt. Der nächste Gang kann eingelegt werden und die Beschleunigungsfolge setzt sich fort·.

Damit wird deutlich, daß man, wenn das Beschleunigungspedal zurückgenommen wird, eine dynamische Unterbrechung der Kraftübertragung erhält, solange die Kupplung 5 im Eingriff ist, wie bei einem konventionellen Kraftfahrzeug, bei dem man die Motorbremsung benutzt. Die während dieser Bremsung freigewordene -Energie wird jedoch zur Auffüllung der Ladung der Batterie zurückgeführt, anstatt als Hitze abgestrahlt zu werden.

Inder Praxis würde die Nutzbremsung jedoch nicht in vollem Maße von dem Beschleunigungspedal 10 aufgebaut werden, da in jedem Fall eine mechanisch arbeitende Bremse vorgesehen ist. Die Höhe der von der Stellung des Beschleunigungspedals 10 abgeleiteten negativen Vorspannung sollte jedoch ausreichen,

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um die Motordrehzahl während des Abwärtsschaltens

schnell sinken zu lassen. Dies wird dadurch erreicht, da^eß die Minimalfrequenz entsprechend dem Ausgang der Fangschaltung geregelt wird.

Um ein Wiederaufladen der Batterie auch während eines normalen Bremsvorganges, der durch Niederdrücken eines Bremspedales 21 erzeugt wird, zu erhalten, ist eine dritte Einspeisung in das Summationsglied8 von einem zweiten Potentiometer 20 aus vorgesehen. Über diesem Potentiometer 20 liegt eine Batterie, die einen negativen Spannungsabfall am Potentiometer erzeugt. Die abgegriffene negative Spannung steigt, wenn der Schleifer des Potentiometers 2O durch das Bremspedal 21, das gleichzeitig einen Hauptbremszylinder eines hydraulischen Bremssystems von konventioneller Art steuert, bewegt wird. Beim Abbremsen des Fahrzeuges mit Hilfe des Bremspedales 21 wird auf einem ersten Teilstück des Weges des Bremspedales nur ein zusätzliches negatives Vorspannungssignal an das Summationsglied abgegeben, durch das die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters so herabgesetzt wird, daß der Asynchronmotor eine Nutzbremsung in einem größeren Ausmaß vollführt, als dies mit dem Beschleunigungspedal 10 möglich ist. Das hydraulische Bremssystem ist während dieser Zeit nicht wirksam. Nach Beendigung des ersten Teilstückes des Weges des mechanischen Bremspedals 21 spricht das mechanische Bremssystem voll an und bringt das Fahrzeug durch Reibungsbremsung zum Stillstand und während dieses Bremsvorganges wird dem Summationsglied 8 das maximale negative Vorspannungssignal zugeführt. Ein indsr Zeichnung nicht dargestelltes Gestänge mit totem Spiel ermöglicht es, daß das Potentiometer 20 während des mechanischen Bremsvorganges und

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unabhängig von der Stdlung des Bremspedales 21 in derjenigen Stellung bleibt, in der die maximale Vorspannung ab- * gegriffen wird.

Im Ausführungsbeispiei gemäß Fig. 6a sind diejenigen Teile, die identisch mit Teilen des ersten Ausführungsbeispieles sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle der Potentiometer 9 und 20 sind elektromagnetisch arbeitende Meßwandler 30 und 31 vorgesehen. Jeder dieser Meßwandler 30, 31 erzeugt eine Ausgangsgleichspannung, die das Schlupfgeschwindigkeitssignal bzw. das Nutzbremungssignal an das Summationsglied 8 gibt/ das die Regelvorspannung für den Wechselrichter 11 wie in der vorher beschriebenen Weise liefert. Die Ausgangsgleichspannung variiert in jedem Falle linear mit der Auslenkung der zugeordneten Pedale 10 bzw. 21. Der Vorteil der Verwendung von elektromagnetischen Meßwandlern liegt darin, daß sie robuster gebaut werden können als Potentiometer. Jeder Meßwandler kann seinen eigenen Umrichterschaltkreis zur Umrichtung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt enthalten. Der Bewegung der Pedale 10 und 21 aus ihrer Ruhelage heraus wirken Federn 32 bzw. 33 entgegen.

Fig. 6b zeigt die Änderung der elektrischen Ausgangssignale bei unterschiedlichen Stellungen des Beschleunigungspedales 10. Aus dieser Darstellung geht deutlich hervor, daß die Änderung innerhalb der beiden Pedalbereiche o< und /3, in denen Nutzbremsung bzw. Beschleunigung des Asynchronmotors stattfindet, völlig linear erfolgt, wie oben beschrieben worden ist.

Vergleichsweise ist in Fig. 6c dargestellt, wie das Nutzbremsungssignal, das dem Wechselrichter 11 zugeführt wird, mit zu-

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nehmendem NMerdrücken des Brems pedale's 21 innerhalb des Bereiches <X ansteigt. Am Ende dieses Bereiches o< , der durch die strichpunktierte Linie S-S gekennzeichnet ist, beginnt die mechanische Bremsung die Nutzbremsung zu unterstützen.

Elektromagnetische Meßwandler, die für die Verwendung in einem derartigen System geeignet sind, sind in dem "Handbook of transducers for electronik measuring systems" von H. N. Norton {herausgegeben durch Prentice Hall) auf den Seiten 182 bis 186 beschrieben.

Eine weitere Meßwandlerform, die in dem Zusammenhang benutzt werden kann, ist ein elektrooptischer Meßwandler. Ein derartiger Meßwandler weist eine geschlossene Kammer mit einer Lichtquelle und eine lichtempfindliche Anordnung, wie beispielsweise eine fotoelektrische Zelle, auf. Die Lichtmenge, die auf die lichtempfindliche Einrichtung fällt, wird durch ein Lichtschwächungsglied .gesteuert, das zwischen der Lichtquelle und der lichtempfindlichen Einrichtung angebracht ist und dessen Lage durch die Stellung des Beschleunigungspedals gesteuert wird. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß keine

wie
Wechselstromquelle bei einem elektromagnetischen Meßwandler erforderlich wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 stellt eine zweite Ausführungsform des Wechselrichters 11 dar. Gleiche Teile wie bei dem Wechselrichter gemäß Fig. 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausgangsklemmen des Wechselrichters 11, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 direkt mit der Wicklung des Asynchronmotors verbunden sind, führen zu einem doppelpoligen

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Umschalter 40, dessen beide Stellungen (a) und (b) in ausgezogenen bzw. gestrichelten Linien dargestellt sind. In der Normalstellung ist der Wechselrichter 11 mit der Motorwicklung 50 verbunden. Der Umschalter 40 wird in seine zweite Stellung (b) gebracht, wenn eine Ladung der Batterie erforderlich wird. In diesem Fall sind die Wechselstromklemmen des Wechselrichter 11 mit der Sekundärseite eines Transformators 41 verbunden, dessen Primärseite mit der am Fahrzeug vorgesehenen Anschlußdose 42 verbunden ist. Zum Aufladen der Batterie können in die Anschlußdose 42 auch die Stecker einer stationären Wechselstromquelle, beispielsweise des häuslichen Wechselstromnetzes eingeführt werden. Die Dioden Dl bis D4 richten den Wechselstrom gleich und führen ihn zur Batterie 12, so daß eine separate Ladebatterie unnötig wird.

Obgleich sich die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung auf die Anwendung bei Fahrzeugen mit einem von Hand zu betätigenden Getriebe und einer fußbetätigten Kupplung beziehen, kann die Erfindung selbstverständlich in gleicher Weise bei automatischen Ge_wtriebeanordnungen verwendet werden. In diesem Fall kann die Abbremsung des Motors während der Zeiträume, in denen entkuppelt ist, um einen anderen Gang einzulegen, durch Einführung einer geeigneten Komponente in das Wechselrichtervorspannungssignal bewirkt werden, um eine Nutzbremsung durch den Motor zu erzielen.

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Claims

7337452 7. Juli 1973 Mc 2 Ansprüche

1. ^ Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat, das über einen Beschleunigung sgeber regelbar und mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges über eine Kupplung und ein Getriebe verbindbar ist/ dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat einen Asynchronmotor (6) enthält, der von einer Batterie (12) über einen Ha.lbleiterwechselrichter (11) gespeist wird, dessen Ausgangsstrom und Frequenz durch die Stellung des Beschleunigungsgebers regelbar sLnd.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterfrequenz durch ein Summationsglied (8) bestimmt wird, das elektrische Analogsignale von einem Beschleunigungswertwandler (9, 30), einem Bremswertwandler (20, 31) und einem vom Asynchronmotor (6) angetriebenen Tachogenerator (7) erhält und addiert.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsweifcwandler (9, 30) durch ein Beschleunigungspedal (10) gesteuert wird, das aus einer Ruhelage heraus,

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die dem Leerlauf des Antriebsaggregates entspricht ,_c durch zwei aufeinanderfolgende Bereiche (W₁ ρ ) bewegbar ist, wobei vom Beschleunigungswertwandler im ersten Bereich («), der von der Ruhelage aus durchlaufen wird, ein elektrisches Signal erzeugt wird, das zum Wechselrichter (11) geleitet wird, um den Asynchronmotor (6) durch Rückführung der Energie über den Wechselrichter zur Batterie (12) solange, wie die Kupplung (5) im Eingriff ist, zu nutzbremsen, und im zweiten Bereich ψ) ein elektrisches Signal erzeugt wird, das zum Wechselrichter geleitet wird, um den.. Synchronmotor zu beschleunigen.

4. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremswertwandler (20, 31) Bestandteil eines Zweistufen-Bremssystems ist und auf das Niederdrücken eines Bremspedals (21) durch Änderung des Vorspannungssignals am Wechselrichter derart reagiert, daß eine Nutzbremsung des Asynchronmotors (6) verbunden mit Rückführung der Energie über den Wechselrichter zur Batterie (12) stattfindet, während in einer zweiten Bremsstufe eine meachnische Bremsung stattfindet, die die Motornutzbremsung nur nach Niederdrücken des Bremspedals um mehr als einen vorbestimmten Betrag unterstützt.

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5- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch^gekennzeichnet, daß die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters (11) mittels Impulsbreitensteuerung regelbar ist.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen des Wechselrichters (11) ι über einen Umschalter (40) wahlweise mit einer Phasenwicklung (50) des Asynchronmotors (6) oder über einen Spannungwandler (41) mit einem Wechselstromladeanschluß verbindbar sind.

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