DE2431359A1

DE2431359A1 - Steuerschaltung fuer elektrisch angetriebenes fahrzeug

Info

Publication number: DE2431359A1
Application number: DE2431359A
Authority: DE
Inventors: Maurice James Wright
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1973-06-30
Filing date: 1974-06-29
Publication date: 1975-01-23
Also published as: AU7034974A; BE817082A; DK142941B; DK142941C; GB1480056A; JPS5048616A; IT1016232B; FR2235021A1; DK349174A; US3944897A; SE7408221L; ZA743802B; DE2431359C2; NL7408241A; SE416631B; FR2235021B1; IN143390B

Description

COHAlJSZ & FLORACK

4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirfsch.-Ing. A. GERBER

Joseph. Lucas (industries) Limited

Well Street

GB-Birmingham 27. Juni 1974

Steuerschaltung für elektrisch angetriebenes Fahrmeug

Die Erfindung "betrifft eine Steuerschaltung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.

Sine Steuerschaltung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Antriebsmotors zum Antreiben des Fahrzeugs, Schützmittel zur Verbindung den Motor in einen Stromkreis zum Torwärtslaufen oder zum elektrischen Bremsen, den Strom im Motoranker bestimmende Steuermittel und ein Steuerpedal, das sowohl die Schützmittel als auch die Steuermittel steuert.

Mit einer Anordnung der vorstehend beschriebenen Art fiird für ein Torwärtslaufen oder ein elektrisches Bremsen je nach der Position des Pedals gesorgt, und ferner hängt der Strom im Motor ebenfalls von der Pedalposition ab. Eine solche Anordnung kann zum Simulieren des Effekts, eines Motorbremsens in einem Fahrzeug «ingeri&htet werden, das von einem Brennkraftmotor angetrieben wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 bis 3 Schaltbilder einer Steuerschaltung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das drei Alternatiwerbindungen der Schaltungen zeigt,

Fig. 4 die Darstellung einer Anordnunge von Schützen zur Herstellung

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der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Verbindungen,

Fig. 5 öle Darstellung eines Blockdiagramias, das einen Teil der Steueranordnung zeigt, die zur Verwendung in der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Schaltung vorgesehen ist,

Pig. 6 eine graphische Darstellung, in der die Arbeitsweise der in Fig. 5 gezeigten Anordnung dargestellt ist,

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Abwandlung,

Fig. 8 ein Blockdiagramm, das eine Abwandlung der in Jig. 5 gezeigten Anordnung darstellt, und .

Fig. 9 ein Blockdiagramm ähnlich dem in Fig. 8 gezeigten einer weiteren Ausführung.

In Fig. 1 sind eine positive und eine negative Stromleitung 11 bzw. 12 gezeigt, die über Kontakte 10 mit der Antriebsbatterie 13 des Fahrzeugs verbunden sind. Beispielsweise hat die Batterie 13 eine Spannung von mehr als 200 Volt. Hit der Leitung 11 ist ein Ende 14 des Ankers eines reihengewickelten Antriebsmotors 15 verbunden, und das andere Ende 16 des Ankers ist mit der Leitung 12 über eine fieihensehaltung verbunden, zu der eine StrommeBeinrichtung 18, die Feldwicklung 17 des Motors 15 und der Anoden-Kathodenweg eines Thyristors 19 gehören. Die Reihenschaltung aus dem Anker, der Einrichtung 18 und der Wicklung 17 ist zu einer Freilaufdiode 21 parallelgeschaltet, und die Verbindung zwischen der Wicklung 17 und dem Thyristor 19 ist mit der Anode eines Thyristors 22 verbunden, dessen Kathode mit der Leitung 12 über einen Kondensator 23 verbunden ist. Zum Kondensator 23 ist ein Induktor 25 und der Anoden-Kathodenweg eines Thyristors in Reihe parallelgeschaltet. Die Thyristoren 19 und 24 Bind mit ihren Toren über Widerstände 28 bzw. 29 mit einem Ausgangsanschluß einer Regeleinheit 26 verbunden, und die Einheit 26 hat einen zweiten Ausgangsanschluß, der über einen Widerstand 27 mit dem Tor des Thyristors 22 verbunden ist.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsverbindungen dann, wenn das Fahrzeug in Richtung nach vorn angetrieben wird. Das Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt ein Potentiometer, das einen Ausgang erzeugt, wel-

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eher die Sollstromstärke im Motor d*rstellt. Dieses Ausgangssignal wird in zwei Signale Timgewandelt, die eine obeere Stromstärke und eine untere Stromstärke wiedergeben, und diese beiden Signale werden von der Regeleinheit 26 erfaßt, die auch ein Signalvjn der Einrichtung 18 erhält. Wenn der Stromfluß im Motor den oberen Wert erreicht, wird der Thyristor 19 ausgeschaltet, und wenn der Stromfluß auf die untere Stärke abfällt, wird der Thyristor 19 wieder eingeschaltet. Die Arbeitsweise der Schaltung zur Steuerung des Thyristors 19 läßt sich am besten dadurch erklären, daß man an einem Punkt im Arbeitsspiel anfängt, wenn die Thyristoren 19 und 24 ausgeschaltet sind und der Thyristor 22 leitet und den Kondensator 23 lädt. Wenn der Kondensator 25 geladen wird, verringert sich der Stromfluß durch den Thyristor 22 auf liull, und deshalb schaltet sich der Thyristor 22 aus. Da der Thyristor I9 nicht leitet, nimmt der Stromfluß in der Einrichtung 18 ab, und wenn der Strom die untere Stärke erreicht, erzeugt die Einheit 26 einen Ausgang, um den Thyristor 19 und den Thyristor 24 einzuschalten. Ein Leiten des Thyristors 24 bewirkt eine Umkehrung der Ladung am Kondensator 23, und danach schaltet sich der Thyristor 24 aus. Der Kondensator 25 wird nun so geladen, daß dessen untere Platte positiv und dessen obere Platte negativ sind. Ein Leiten des Thyristors 19 bewirkt eine Verstärkung des Stroms im Inker 15 und in dac Wicklung 17» und der in der Einrichtung 18 fließende Strom nimmt nun zu, bis er die obeere Stärke erreicht. Wenn diese obere Stärke erreicht ist, erzeugt die Regeleinheit 26 einen Ausgang, um den Thyristor 22 einzuschalten, was ein Entladen des Kondensators ermöglicht, was zur Folge hat, daß sich der Thyristor 19 ausschaltet. Der'Kondensator 23 lädt sich nun wieder durch den Thyristor 22 auf, und das Arbeitsspiel wiedeholt sich.

In der Anordnung, die hier beschrieben wird, ist es auch möglich, den 'I-Iotor dazu zu benutzen, das Fahrzeug elektrisch abzubremsen, und auch den Motor dazu zu verwenden, das Fahrzeug rückwärts fahren zu lassen. In Fig. 1 sind die verschiedenen Schützanordnungen nicht gezeigt, die für diesen Zweck verwendet werden, in Fig. 2 und 3 sind aber die Schaltkreisverbindungen gezeigt, wenn sich diese Schütze in der entsprechenden Position befinden. In Fig. 2 ist also

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aie Anordnung Bgezeigt, wenn das !Fahrzeug rückwärts fahren soll. Die Schaltungsveferbindungen sind die gleichen wie in !'ig. 1, außer daß das Ende 16 des Motors 15 nun mit der Leitung 11 über die Einrichtung 18 verbunden ist und das andere Ende 14 mit der \;icklung 17 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist genau die gleiche vie in Fig. 1, außer daß der Motor in entgegengesetzte Richtung läuft.

Fig. 5 zeigt die Schaltungsverbindungen dann, wenn der Hotor zum elektrischen Abbremsen des Fahrzeugs verwendet wird. Das Ende 14 des Motors ist rait der Wicklung 17 wie in I'ig. 2 verbunden, das Ende 1?6 ist hier aber mit der Leitung 12 über die Einrichtung 10 und eine zusätzliche Diode 30 in Reihe verbunden. Wenn· der Ilotor dazu verwendet wird, das Fahrzeug abzubremsen, wird der Strom iia liotoranker in der gleichen Weise geregelt, wie das im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. In diesem Falle wirkt βjedoch der Ilotor 15 als ein Generator und lädt die Batterie über die Dioden 21 und

Es gibt verschiedene Schützanordnungen, die verwendet werden können, um die in Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnungen entstehen zu lassen, jedoch ist eine mögliche Anordnung in i'ig. 4 gezeigt. Die Grundsteuerungen des Fahrzeugs sind das Beschleunigungspedal, das beim niederdrücken ein Potentiometer betätigt, wie das vorstehend erläutert worden ist, ein Bremspedal, das ein anderes Potentiometer betätigt, und das ebenfalls für ein normales hydraulisches Bremsen des Fahrzeugs sorgt, und ein Wahlschalter, der eine mittlere Ausechaltposition hat, jedoch auch in entgegengesetzte Richtungen aus der Ausschaltposition bewegbar ist, um ein Torwarts- oder Rückwärtsfahren des Fahrzeugs zu wählen. In Fig. 4 sind drei Schützbetätigungsvorrichtungen F, R, B gezeigt. Wenn sich der Wahlschalter in der Vorwärtsposition befindet und das Beschleunigungspedal niedergedrückt

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wird, wird die Vorrichtung F erregt und betätigt einen Kontakt F1, der normalerweise die in der Zeichnung dargestellte Position einnimmt, jedoch im erregten Zustand der Vorrichtung F in seine Alternativposition wandert, in der er die Schaltung in der in Fig. 1 gezeigten Veise verbindet, .enn andererseits der Wahlschalter in seine Rückwärtsposition bewegt wird und das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird, wird die Vorrichtung R erregt, und ein Kontakt R1 wird aus der dargestellten Position in seine Alternativposition bewegt, und an diesem Punkt befindet sich die Schaltung in der in 5'ig. 2 gezeigten Form.

Wenn der Wählschalter süi in seiner Vorwärtsposition befindet, jedoch das Bremspedal niedergedrückt wird, wird für ein normales hydraulisches Bremsen gesorgt, darüber hinaus ist jedoch die Vorrichtung B erregt, um den Kontakt B1 zu öffnen. Die Kontakte F1 und R1 befinden sich in den gezeigten Positionen, und damit ist ersichtlich, daß die Schaltung nun die in Fig. 3 gezeigte Form hat, so daß für ein elektrisches Bremsen gesorgt wird, wie das vorstehend erläutert worden ist.

Obgleich sich die in Fig. 1 bis 4 gezeigten Anordnungen auf einen Reihenmotor beziehen, können sie auch für Shunt- und Verbundmotoren eingesetzt werden. In diesem Falle regeln die beschriebenen Anordnungen den Äerstrom.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 weist das Fahrzeug eine Hiederspannungsquelle auf, beispielsweise eine 24-Volt-Batterie, von der eine positive und eine negative Stromleitung 41> 42 abgenommen sind, die im in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel +4 und -2 Volt haben. Zwischen die Leitungen 41» 42 ist ein Widerstand 43 geschaltet, über den ein Schieber wandert, der vom Beschleunigungspedal des Fahrezeugs gesteuert wird. Dieser Seheiber liefert einen Eingang zu einer polaritätsempfindlichen Schaltung 44» und er liefert auch einen Eingang zu einem Gleichrichter 45» der seinerseits ein Eingangssignal an die Einheit 26 liefert.

Der Wahlschalter, auf den vorstehend bezug genommen worden ist, kann

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in eine Rückwärts- oder eine Vorwärtsposition bewegt werden, und wenn die Siickwärtsposition des Wahlschalters gewählt wird, hat die Schaltung 44 keinen Effekt auf die Arbeitsweise, und nur die Vorrichtung R wird erregt. Wenn jedoch Pig. 5 betrachtet wild, eei angenommen, daß der Wahlschalter sich in der Vorwärtsposition beendet. Je nach der Position des Eeschleunigungspedals ist die Spannung am Schieber entweder positiv oder negativ, und die Polarität dieser Spannung wird durch die Schaltung 44 festgestellt. Venn die Spannung positiv ist, wird die Vorrichtung F erregt, ua für einen Vorwärtsantrieb zu sorgen. Wenn die Spannung negativ ist, wird die Vorrichtung B erregt, um für ein elektrisches Bremsen zu sorgen. Wie auch iniraer die Polarität der Spannung sein mag, der Gleichrichter 45 liefert einen Eaingang zur Einheit 26, der die Grüi3e der Spannung ε,πι Schieber darstellt. Die Einheit 26 setzt die oberen und unteren btrom^renzen fest, wie vorstehend erläutert, und es verstellt «ich folglich, daß die Einheit 26 keine Kenntnis davon nimmt, ob der Lotor das laiirzeug antreibt oder für ein elektrisches Bremsen sorgx.

Der Effekt des Gleichrichters 45 ist in Fig. 6.gezeigt. Der gleichrichter 45 hat ein schmales Totband nahe an jTull Volt, und in diesem Totband wird der Einheit 26 kein Eingang zugeleitet. Wenn die Spannung positiv ist, wird ein steigender positiver Eingang zur Einheit 26 geliefert, während das Beschleunigung-spedal weiter niedergedrückt wird, wobei der maximale Wert dieser Spannung 4 Volt beträgt, was einen bestimmten maximalen Stromfluß in dem Anker wiedergibt. Wenn das Beschleunigungspedal langsam freigelassen wird, wird der maximale Strom im Anker auf den Strom beschränkt, der aus einem Eingang von 2 Volt zur Einheit 26 herrührt.

Vorzugsweise ändert sich der maximale Anker3trom mit der I'ahrzeuggeschwindigkeit, und ferner sollen sich auch die maximalen Ankerströüie für die Vorwärtsbewegung und das Vorwärtsbremsen unabhängig voneinander ändern. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Spannungen an den Leitungen 41 und 42 mit der Geschwindigkeit in irgendeiner geeigneten Weise geändert werden, und Fig. 7 zeigt eine mögliche Gharak-

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terikstik. Die Spannung an der Linie 4I ist bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten niedrig, so daß ein erhblicher Ankerstrom zugelassen wird. Die Spannung fällt dann mit höher werdender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Die Gestalt der Linie 42 für das elektrische Bremsen ist ganz anders, und wie zu erkennen ist, ist bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kein elektrisches Bremsen möglich, während ein maximales elektrisches Bremsen bei Zwischengeschwindigkeiten verfügbar ist.

In dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schieber statt mit einem Gleichrichter 45 mit der Einheit 26 über einen normalerweise geöffneten Kontakt F2 verbunden, der geschlossen wird, wenn die Vorrichtung F erregt wird. Zum Kontakt F2 ist eine Reihenschaltung, parallelgesehaltet, zu der ein Inverter 46 und ein normalerweise geöffneter Kontakt B2 gehören, der geschlossen wird, wenn die Vorrichtung B erregt wird. Wenn die Spannung am Schieber peositiv ist, wird die Vorrichtung 3? erregt, der Kontakt F2 schließt sich, und der Einheit 26 wird ein positiver Eingang zugeführt. Wenn die Spannung am Schieber negativ ist, wird die Vorrichtung B erregt, und der Kontakt B2 schließt sich, so daß die negative Spannung invertiert und dann an die Einheit 26 angelegt wird, so daß die Einheit 26 wiederum einen positiven Eingang erhält. Verglichen mit Fig. 5 hat diese Anordnung den Vorteil, daß immer dann, wenn eine Änderung von der !Erregung einer Vorrichtung F oder B zur Erregung der anderen Vorrichtung B oder F erfolgt, eine Zeit vorhanden ist, während der der Eingang zur Einheit 26 !TuIl Strom verlangt, so daß der durch den Anker fließende Strom geringer wird, ehe sich die Schütze wieder schließen.

In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel bewirkt das Bremspedal des Fahrzeugs ein hydraulisches Bremsen, beeinflußt aber nicht das elektrische Bremsen. In der in Fig. 9 gezeigten Anrodnung wird das elektrische Bremsen jedoch durch die Position des Bremspedals modifiziert, so daß eine Schar Bremskurven anfallen, je nach der Position des Bremspedals. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist die positive Leitung 41a mit einer Hasseleitung 51 durch einen Regelwiderstand 52 und ein Potentiometer 53 in Reihe verbunden, wobei das Potentiometer vorein-

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gestellt ist und aas !Bremspedal aes Vahrseugs zum .bewegung eines ochietiers über aen widerstand 52 dient. Der ÜchieLer am Widerstand 5^ liefert einen ijingang an einen Puller- und Invertierveretlrker 24, dessen anderer lüngangsanschlug mit aer Leitung' i?1 verbunden ist, und das untere Jiide des Widerstands 45 ist mit dem Aucgangsauschluß des Vers barkers 54 verbunden. Das Ergebnis davon ist, daß die Spannung am unteren linde des Widerstands sich Hit der Position des Bremspedals ändert, und auf diesem Grande entsteht ein L-cliar j^rernslrurven. Abgesehen davon ist die in l-'ig. 9 gezeigte Anordnung, vergliclien :ii oer in Ti^. ΰ ^eaeisten Anoj'dnung üaliingehr-nd aurewcndelt, da?, riiüte?- Ie der Teile 'G, l·'", Έ,',1 ein Verstärker 35 vorgesehen i:-:t-, der in einer nichL invex'tierenden oder invertierenden Funktion arbeitet, je nachco:.i, ob er ein iJteutrsigno.l erhält, aas so gelieicrt wir·!, öac der Yei'Ptärker 31"¹ in genau der gleichen «'eise vie dir reile /U, F2, p.2 in ig. wirkt.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. ^.teucrschaltung f ar ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug,·- ^ekennz&ichnst du ,rc h einen Antriebsmotor .sum Antreiben des i'a/arzeugs,. üchüfcniittel zum Verbinden des ^otoi-s in einen utrowk ■auü. Yo i: war belaufen oder zum elektrischen Bremsen, den Ltrom im kotorsnlici besti^iende .teueraittel und ein. öteuerxjedal, C^s sov.oh.1 die Lcliülzuittel als auch die oteuerfitittel steuert.

Z. üdialfcung nacli Anspruch 1, g e Ic e η η ^γλ e i c Ii u e fc ü α χ* ο Ii einen VJiderstand,, i-itte/i zurü unabhäng-iü'en einstellen der i>ijaiiuun_t-;Oii an dfeM ore ten und dt,n -zveiten üiide des Widerstand; -_f wobei die Spannungen an desi ersten und an deji zweiten linde des l/iderstanas einander ent- ^ögengesetzt sind, wobei das Steueruedal sum Eewegen eines bchiebers au v/iderstaiids dient, der mit den Schätzmitteln und den LteuerijiT.tem verbunden Ist, wobei die Steuermittel das Fahrzeug entsprechend der Grö ße des Signals am Schieber steuern und die, Schutzmittel den bch'itz entsprechend der .Polarität des Signais aia Bchieber steuern, derart, daü dann, wenn die Polarität des Signals am Schieber die gleiche wie die am ersten ilnde des Widerstands ist, für ein Vorwärtslauxen gesorgt wird, jedoch dann, wenn die Polarität des Schiebers die gleiche wie die am zweiten Bade des Schiebers ist, für ein elektrisches Bremsen gesorgt wird»

j,. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da*. Kittel zur .än derung- der Spannungen an dein ersten und am zweiten Lnde des Widerstands nit der B'ahrzeuggeschvrindigkeit -vorgesehen sind.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Fahrzeug auch ein Bremspedal hat, das für ein nicht elektrisches Bremsen des Fahrzeugs sorgt, wobei die Spannung am zvieiten Ende des Widerstands jedoch durch die Position des Bremspedals bestimmt wird..

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