DE2419987C2

DE2419987C2 - Regelanordnung für einen batteriegespeisten fremderregten Gleichstrom-Antriebsmotor eines Straßenfahrzeuges

Info

Publication number: DE2419987C2
Application number: DE2419987A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. 7030 Böblingen Bader
Original assignee: Deutsche Automobil GmbH
Current assignee: Deutsche Automobil GmbH
Priority date: 1974-04-25
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1982-07-22
Also published as: US3984742A; DE2419987A1; FR2268662A1; FR2268662B1; GB1487804A; IT1035278B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für einen batteriegespeisten fremderregten Gleichstrom-Antriebsmotor eines Straßenfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 19 30 379 bekannt.

Bei einem Antrieb für ein Fahrzeug ist es stets wünschenswert, daß unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges an der Antriebsachse immer die volle Leistung des Antriebsmotors genutzt werden kann. Bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die nur in einem beschränkten Drehzahlbereich etwa ihre volle Leistung abgeben kann, wird dies durch ein nachgeschaltetes Wechselgetriebe erreicht. Beim Umschalten der Getriebegänge wird durch eine mechanische Trcnnkupplung der Kraftfluß unterbrochen, über mechanische Synchronisalionseinrichtungen die Drehzahlglcichheit an den betreffenden Räderpaaren herbeigeführt und danach wird durch Einrücken der Kupplung der Kraftfluß zwischen Motor und Antriebsachse wieder hergestellt. Beim Wiedereinkuppeln muß sich die Motordrehzahl entsprechend ändern, was jedoch nur eine entsprechende Beschleunigung oder Verzögerung der Motorschwungmassen bedeutet, da die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine während des Umschaltern durch Schließen der Drosselklappe gering gehalten werden kann.

Ein Fahrzeugantrieb mit einem Elektromotor ist zwar insofern günstiger, als dieser etwa in einem Drehzahlbereich von 1 :3 beim Betrieb ir^ Feldschwächgebiet ungefähr eine konstante Leistung abgeben kann. Jedoch ist auch dieser Geschwindigkeitsbereich für die praktische Anwendung noch zu klein und überdies ist damit kein Betrieb im Anfahrbereich bei kleineren Geschwindigkeiten (0< V< V_m3x/3) möglich. Dieser Betriebsbereich wird bei vielen bekannten Elektrofahrzeugen dadurch ermöglicht, daß hierbei die Spannung an den Klemmen des Motors durch eine entsprechende Leistungsclektronik verringert wird. Damit kann in diesem Bereich vom Motor wenigstens ein konstantes Antriebsmoment abgegeben werden.

Diese Lösung ist jedoch durch mehrere Nachteile gekennzeichnet. Einerseits wird im untersten Geschwindigkeitsbereich (V < V_mar/3) nur ein konstantes Moment und nicht etwa eine konstante Leistung abgegeben. Andererseits ist der Wirkungsgrad der Leistungselektronik im Ankers'romkreis wesentlich geringer als der des mechanischen Schaltgetriebes und schließlich sind auch die Kosten dieses Getriebes wesentlich günstiger als die der Leistungselektronik. Kuppelt man nun einen etwa fremderregien Gleichstrommotor, dessen Ankerklemmen direkt mit der Energiequelle verbunden sind und dessen Drehzahleinstellung dann nur durch Änderung der Erregung, d. h. durch Feldschwächung, erfolgen kann, über eine Trennkupplung mit einem mechanischen Wechselgetriebe, so läßt sich zwar erreichen, daß über einen weiten Geschwindigkeitsbc-

reich, der nur von der Zahl der Gangstufen abhängt, eine konstante Leistung an den Antriebsrädern wirksam wird. Jedoch bedarf es beim Umschalten der Gangstufen besonderer Synchronisationsmaßnahmen, da mit einer Änderung der mechanischen Übersetzung auch die Erregung des Elektromotors entsprechend geändert werden muß. Denn im Gegensatz zur Brennkraftmaschine, deren Leistungsabgabe durch Schließen der Drosselklappe nahezu unterbunden werden kann, kann beim Elektromotor, der nur im Feldschwächgebiet betrieben wird, die Drehzahl nur über die Erregung beeinflußt werden, und der Elektromotor würde sich einer von der mechanischen Kupplung beim Gangwechsel aufgezwungenen Drehzahländerung bei gleicher Erregung während der Umschaltung mit einem Moment widersetzen, dessen Höhe nur vom Drehzahlunterschied sowie von den Leitungs- und Innenwiderständen des Ankerkreises abhängt. Schließlich bestünde bei dieser Anordnung noch die Gefahr, daß beim Abbremsen des Fahrzeugs der Motor antreibend wirkt, wenn es versäumt wurde, rechtzeitig den Kraftfluß zwischen Motor und Rädern durch Ausrücken der Kupplung zu unterbrechen, da sich die Motordrehzah! nicht unter einen Mindestwert absenken läßt, der durch die maximale Erregung und die Spannung der Energiequel-Ie bestimmt ist.

Die aus der DE-OS 19 30 379 bekannte Regelanordnung beinhaltet eine Ankerstromregelung mil unterlagerter Erregerstromregelung mit einem über das Drosselpedal (Fahrpedal) steuerbaren Ankerstrom- jo Sollwertgeber. Das Drosselpedal ist dort vorzugsweise so angeordnet, daß bei einer federbelasteten Zwischenstellung dieses Pedals der Ankerstrom Nuil ist und bei einer niedrigen Stellung die Fahrzeugbatterie aufgeladen wird. Will der Fahrer das Fahrzeug zum Stehen bringen, so muß er bei der bekannten Anlage rechtzeitig die Kupplung niederdrücken, damit die mechanische Bremse nicht gegen den mit Grunddrehzahl laufenden und antreibenden Motor arbeiten muß. Dies ist eine von der Bedienungsweise bei Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen abweichende Bedienungsweise. Außerdem kann, z. B. bei frühem Hochschalten, wodurch die Motordrehzahl ebenfalls unter die Mindestdrehzahl bei maximaler Erregung gezwungen würde, eine gefährliche Überlastung des Antriebsaggregats entstehen. Nur bei behutsamer Fahrweise wird ein Wiedereinkuppeln ohne Ruck möglich sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Fahrzeugbedienung in noch besserer Überein-Stimmung mit der von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen gewohnten Bedienung erfolgen kann, ohne daß die von dort übertragenen Bedienungsgewohnheiien zur Gefährdung oder Zerstörung des Elektroantriebes führen können. y,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebene Kombination von Merkmalen gelöst, die nur in ihrer Gesamtheit unter Schutz gestellt werdensoll.

Ein Vorteil dieser Regelanordnung ist u. a., daß durch eo von Verbrennungskraftmaschinen her gewohnte, dem Elektromotor aber schädliche Bedienung oder durch Bedienungsfehler der Elektroantrieb nicht mehr beschädigt oder gar zerstört werden kann, indem seine Drehzahl unter den Mindestwert bei maximaler Erregung gezwungen wird.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schema des Antriebes und

F i g. 2 das Schaltschema der Regelung.

Nach Fig. 1 speist die Batterie 1 über die Kontakte 22a eines Hauptschalters die Ankerklemme eines Gleichstrommotors 2. Parallel zu den Kontakten 22a liegen einerseits die Reihenschaltung eines Widerstandes 3 mit den Kontakten 23a eines Hilfschalters und andererseits die Bremsdiode 4. Die Erregerwicklung 5 des Elektromotors wird an den Klemmen 6 von der Regelung versorgt. Der Istwert des Erregerstroms wird an der Klemme 7, der des Ankerstroms an der Klemme 8 gemessen. Der Elektromotor treibt mit seiner Welle 9 über eine mechanische Trennkupplung 11 ein Schaltgetriebe 13, dessen Abtriebswelle 14 über das Achsgetriebe 15 mit den Fahrzeugrädern 16 verbunden ist. Die Drehzahl des Elektromotors und die Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes bzw. die Drehzahl hinter der Kupplung werden in zwei Tachomaschinen 10 und 12 in geeignete elektrische Signale umgeformt, die an den Punkten 17 und 18 abgenommen werden.

Nach Fig 2 wird vom Fahrpedal 24 über das Potentiometer 25 das an der Klemme 19 von einer festen Spannung gespeist wird, e:·" Sollwert für den Fahrstrom vorgegeben. Ebenso wird vom Bremspedal 26 über das Potentiometer 28 ein Bremsstrom- Sollwert vorgegeben, wobei diese Vorgabe in gleiche: Weise durch die Fußbrems·; wie durch die Handbremse bzw. Feststellbremse erfolgt. Beim Betätigen der Bremse wird gleichzeitig der Schalter 27 geöffnet, wodurch das Relais 20 abfällt Am Punkt 32 werden die Sollwerte vorzeichenrichtig addiert, wobei durch den Kontakt 20;; des Relais 20 eine Bevorrechtigung der Breinsstrornvorgabe vor dem Fahrstrom sichergestellt ist. Mit dem Kupplungspedal 29 wird einmal durch eine nichtgezeichnete übliche Verbindung die mechanische Kupplung ausgerückt, zum anderen wird beim Betätigen der Kupplung der Kontakt 30 geschlossen, so daß das Relais 21 und gleichzeitig über die Diode 31 auch das Relais 20 anziehen.

Die an den Klemmen 17 und 18 zugeführien Istwerte der beiden Drehzahlen vor und hinter der mechanischen Kupplung werden voneinander subtrahiert und einem S/nchronisierregler 34 zugeführt. Dieser Regler weist vorteilhafterweise ein integrierendes Verhaken auf. wobei durch einen nichtgezeichneten wei:eren Kontakt des Relais 21 sichergestellt werden kann, daß der Anfangswert der Ausgangsspannung des Reglers 34 beim Betätigen der Kupplung stets Null ist. was der Tatsache entspricht, daß zu diesem Zeitpunkt die beiden Drehzahlen vor und hinter der Kupplung übereinstimmen.

Der Ausgang des Reglers 34 sowie die im Punkt 32 vereinigten Stromsollwerte werden einem Umschalter 21a zugeführt, der die am Fahr- und Bremspedal vorgegebenen Stromsollwerte so lange weitergib', als nicht die Kupplung betätigt wurde. Wird diese betätigt. so zieht das Relais 21 an und schaltet den Kontakt 21;/ um, so daß der Sollwert für den Ankerstrom nur vom Regler 34 vorgegeben wird. Dieser Sollwert wird zusammen mit dem an der Klemme 8 zugeführt^n Istwert des Ank.rstroms dem Stromregler 35 zugeführt. der daraus einen Sollwert für den Erregerstrom ableite! Zusammen mit dem Istwert des Erregerstroms an der Klemme 7 beeinflußt damit der Erregcrstrornreglcr ib die an den Klemmen 6 angeschlossene Erregerwicklu;ν in passender Weise.

An der Klemmt.- 17, nn der ein der Drehzahl des Elektromotors entsprechendes elektrisches Signal /ικ

Verfügung steht, ist ferner noch eine Triggerstufe 37 angeschlossen, die dann ein Signal abgibt, wenn die Motordrehzahl etwa den Wert k ■ n, überschreitet. Dabei bedeutet n_n die Leerlaufdrehzahl des Motors bei voller Erregung, während A: einen Wert < 1 aufweist etwa K — 0,6 bis 0,8. Von der Triggerstufe wird über den Kontakt 20/> des Relais 20 die Wicklung 22 des Hauptschalters erregt, dessen Kontakt 22.7 die Ankerklemmen des Motors mit der Batterie verbinden. Über den Kontakt 20c des Relais 20 wird die Wicklung des llilfsschalters 23 mit der an Klemme 19 anliegenden Speisespannung verbunden. Der Kontakt 23.) diesem Hilfsschalters verbindet die Ankerklemme des Motor¹, liberden Vorwiderstand 3 mit der Batterie.

Die Wirkungsweise ist folgende. Beim Einschalten des Zündschlüssels wird die Speisespannung an die Klemme 19 gelogt. So lange noch eine Bremse betätigt ist, sind die Spulen 22 und 2.3 stromlos, so daß der Elektromotor vnn flrr Rattrrir nicht υρΓςοΓΡΐ worden kann. Wird die Bremse gelöst, so zieht Relais 20 an und die Kontakte 20;i. b und c schließen. Dadurch wird der Motor zunächst über den Vorwiderstand 3 mit der Batterie verbunden. Der Vorwiderstand 3 ist zweckmäßigerweise so groß gewählt, daß im Stillstand des Motors der Ankerstrom etwa auf den I- bis 2fachen Wert des Nennstromes begrenzt wird. Sobald der Motor etwa seine Grunddrehzahl erreicht hat. was ungefähr 1 s erfordert, wird infolge der Triggerstufe 37 der Vorwiderstand durch die Kontakte 22a des Hauptschalters kurzgeschlossen. Bei getretener Kupplung kann nunmehr der erste Gang eingelegt werden und über die Kupplung das Fahrzeug auf die Mindestgeschwindigkeit, die durch die Leerlaufdrehzahl des Motors bei voller Erregung und der Übersetzung des ersten Gangs bestimmt ist. gebracht werden. Zur weiteren Beschleunigung wird mit dem Fahrpedal 24 ein bestimmter Sollwert des Ankerstroms vorgegeben, der über den Stromregler 35 und den Erregerstromregler 36 eine entsprechende Schwächung des Erregerstroms bewirkt.

Wird nunmehr zum Umschalten in die nächsthöhere Gangstufe abermals die Kupplung getreten, so tritt der .Synchronisierregler 34 in Aktion, der bei getretener Kupplung über den Kontakt 21a des Umschaltrelais 21 einen solchen Ankerstrom-Sollwert vorgibt, daß sich die Motordreh/ahl der jeweils hinter der Kupplung auftretenden Drehzahl angleicht. Beim Umschalten in eine höhere Gangstufe wird also vom Synchronisierregler für den Ankerstrom ein Bremsstrom-Sollwert und entsprechend beim Zurückschalten in eine niedrigere Gangstufe ein Fahrstrom-Sollwert vorgegeben. Die Diode 31 bewirkt dabei, daß beim Betätigen des Bremspedals, bei dem normalerweise wegen des Abfalls des Relais 20 und des damit verbundenen Öffncns der Kontakte 22a und 23a kein Fahrstrom fließen kann, beim gleichzeitigen Betätigen der Kupplung diese Kontakte 22a und 23a wieder geschlossen werden, um beim Zurückschalten den Motor auf die der nächst niedrigeren Gangstufe entsprechende Drehzahl beschleunigen zu können.

Schließlich ist durch das öffnen der Kontakte 22a und 23a beim Berühren des Bremspedals sichergestellt, daß der Ankerstrom nur als Bremsstrom fließen kann, beim I Interschreiten der Mindestdrehzahl des Elektromotors ohne getretene Kupplung also der Motor nicht noch zusätzlich antreibend wirken kann.

Unzulässig hohe Motorströme, die bei einem etwa schlaga^r'igen Einkuppeln beim Anfahren auftreten könnten, werden durch die Triggerstufe 37 unterbunden, die bei einem Absinken der Motordrehzahl unter den Wert Ar · nn die Kontakte 22a öffnet, wodurch dann der Motorstrom durch den VorwiderMand 3 auf ungefährliche Werte begrenzt wird.

Es ist auch möglich, daß die Betätigung der Kupplung, ohne daß die beschriebenen Funktionen eine Änderung erfahren, unter Wegfall des Kupplungspedals auch über einen entsprechenden Kontakt, der mit dem Schalthebel für das Getriebe kombiniert ist, erfolgen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Regelanordnung für einen batteriegespeisten fremderregten Gleichstrom-Antriebsmotor eines Straßenfahrzeugs mit folgenden Merkmalen:

a) die Steuerung der Drehzahl erfolgt durch Beeinflussung der Erregung über eine einen Ankerstromregler aufweisende Ankerstromregelung mit unterlagerter Erregerstromrege-

lung, wobei ein Ankerstrom-Sollwert von einem e)

Fahrpedal vorgegeben wird, und die Bremsung erfolgt über ein Bremspedal bzw. eine Feststellbremse;

b) dem Motor ist über eine vom Fahrer zu betätigende Trennkupplung ein Wechselgetriebe mit mindestens zwei Gängen in Vorwärtsrichtung nachgeschaltet;

gekennzeichnet durch die Kombination Q

folgender Merkmale:

c) dem Bremspedal (26) und der Feststellbremse ist eiri aei dessen Betätigen öffnender gemeinsamer Schalter (27) zugeordnet, der irn Gieichstromerregerkreis eines ersten Relais (20) liegt, dessen erster Arbeitskontakt (20ajbeim Betätigen des Bremspedals und/oder der Feststellbremse, die bei Betätigung einen Bremsstrom-Sollwert vorgeben, den Stromkreis des Fahrstrom-Sollwertes unterbricht; g)

d) dem Kupplungspedal (29) ist ein bei dessen Betätigen schließender Schalter (30) zugeordnet, der im Gleichstromerregerkreis eines Umsch: '.trelais (21) liegt, dessen Umschaltkontakt (21a,) bei nicht betä'igtem Kupplungspedal (29) den vom Fahrpedal (24) einerseits oder vom Bremspedal (26) oder Her Feststellbremse andererseits bestimmten Ankerstrom-Sollwert, bei betätigtem Kupplungspedal (29) den von einem Synchronisierregler (34) ermittelten Ankerstrom-Sollwert (Fahr- oder Bremsstrom-Sollwert), welcher von der Drehzahldifferenz der Wellen vor und nach der Kupplung (11) abhängt, dem Ankerstromregler (33) zuführt;
es ist eine Sperrdiode (31) zwischen den dem Bremspedal und der Feststellbremse einerseits und dem Kupplungspedal andererseits zugeordneten Schaltern (27, 30) vorgesehen, die eine Erregung des ersten Relais (20) beim Betätigen des Kupplungspedals (30) ermöglicht und eine Erregung des Umschaltrelais (21) durch dar. Betätigen des Bremspedals(26) verhindert;
es ist eine Triggerstufe (37) vorgesehen, die ein Signal abgibt, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten, unterhalb der Grunddrehzahl liegenden Wert überschreitet, an deren Ausgang ;n Reihenschaltung cm zweiter Arbeitskontakt

Relais (20) und die Erregerwicklung (22) eines im Ankerstromkreis angeordneten Hauptschalters (22a), der von einer das Fließen eines Nutzbremsstromes ermöglichenden Diode (4) überbrückt ist, liegt;
an der Speisespannungsquelle (19) liegt in Reihenschaltung ein dritter Arbeitskontakt (20c^des ersten Relais (20) und die Erregerwicklung (23) eines Hilfsschalters {23a), welcher einen Widerstand (3) — parallel zum Hauptschalter (22a) — zwischen Batterie (1) und Motor (2) einschaltet.