DE2456227A1 - Geschwindigkeitssteuereinheit fuer elektrische fahrzeuge - Google Patents

Description

27. November 197*1

Dr. Horst Schüler ^WK/LK

Patentanwalt '

6 Frankfurt/Main1
Kiciciastr. 52

2933-21-IYE-2225

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Geschwindigkeitssteuereinheit für elektrische Fahrzeuge

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Fahrzeugsteuerungen und insbesondere verbesserte Einrichtungen zur Steuerung des Tastverhältnisses eines Gleichstromimpuls-Steuersystems in Abhängig- . keit von der Drehung eines von Hand betätigten Einstellorgans.

Es wurden bereits viele Arten von Steuerungen für elektrische Fahrzeuge angegeben. Bis zur Entwicklung der modernen Impulssteuerungs- oder "Zerhacker"-Systeme bestand jedoch das am meisten verwendete Verfahren darin, eine Reihe von elektromechanischen Schaltern vorzusehen, welche durch die Bewegung eines von Hand betätigten Hebels nacheinander betätigt wurden. Mit dem Schließen

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jedes Schalters wurde ein entsprechender Abschnitt eines in Reihe zwischen einem Antriebsmotor und einer Quelle für die elektrische Spannung liegenden Widerstandes mit Hilfe eines Schützes kurzgeschlossen. Eine immer größer werdende Spannung wurde dem Motor zugeführt, um eine größere Leistung für das Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, wenn bei diesem Vorgang der effektive Widerstand fortschreitend geringer wurde. Solche Systeme mit geschalteten Widerständen besaßen infolge der großen Verluste in den Widerständen einen geringen Wirkungsgrad und benötigten eine große Anzahl von elektromechanischen Schaltereinrichtungen.

Mit dem Aufkommen der Leistungstränsistoren und insbesondere der an einem Gitter oder Gatter gezündeten Thyristoren, beispielsweise dem gesteuerten Silizium-Gleichrichter (SCR) wurde es möglich, einem Motor ein kontinuierlich variables Potential dadurch zuzuführen, daß der Motor über den gesteuerten Silizium-Gleichrichter (SCR) an eine Potentialquelle gekoppelt wurde und dieser schnell ein- und ausgeschaltet wurde. Das Verhältnis der stromdurchlässigen zu den gesperrten Zeitintervallen wird üblicherweise als Tastverhältnis (mark-space ratio) bezeichnet und bestimmt den Anteil des verfügbaren elektrischen Potentials, welcher über dem Motor aufgeprägt wird. Die Spannungsänderung wird gewöhnlich nach einem der beiden nachstehenden Verfahren erreicht : Entweder wird durch die Schaltung ein festes Stromdurchlaßintervall vorgegeben, und die Frequenz des Auftretens dieser Intervalle wird mit Hilfe eines Oszillators verändert; oder die Frequenz für die Zündung des Thyristors wird konstant gehalten und die Dauer des stromdurchlässigen Zustandes oder seiner Leitfähigkeit wird verändert. In jedem Falle besteht das Endergebnis darin, daß das Tastverhältnis des Systems und damit das über dem Fahrmotor vorhandene effektive Potential verändert werden.

Die Thyristor-Zündsysteme sind normalerweise so aufgebaut, daß sie in Abhängigkeit von einer Eingangs- oder Steuerspannung arbeiten. Um eine Spannung zu erhalten, die leicht durch den Bedienungsmann des Fahrzeuges verändert werden kann, wird gewöhnlich

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ein variabler Widerstand verwendet, beispielsweise ein Potentiometer. Die Draht-Potentiometer sind am leichtesten erhältlich und sind die wirtschaftlichsten Potentiometer. Diese sind abhängig von der relativen Bewegung eines Schleifers auf einer Reihe von Windungen, um eine variable Spannung zu erzeugen. Solche Einrichtungen unterliegen jedoch einem schnellen Verschleiß infolge der Reibung zwischen dem Schleifer und den Leitern. Weiterhin bilden Verunreinigungen oft einen Film, .welcher den Schleifer elektrisch von den Leitern isoliert. Verbesserungen in der Konstruktion der Potentiometer haben zu solchen Potentiometern mit einer besseren Lebensdauer geführt. Infolge des inhärenten Reibungskontaktes im Innern des Potentiometers bilden Verschleiß und Reibung immer noch ein Problem. Infolge der Besonderheiten der Anwendung bei Fahrzeugen tritt häufig der stärkste Verschleiß in der Nähe des unteren Endes des Potentiometers auf, da das Steuerorgan am häufigsten in dieser Stellung betätigt wird. Da weiterhin der Bedienungsmann des Fahrzeuges nicHfcabsolut ruhig ist, befindet sich der Schleifer des Potentiometers ständig in Bewegung und seine momentane Stellung wird durch einen mit der Hand gehaltenen Hebel oder durch ein mit Feder vorgespanntes Fußpedal bestimmt.

Im Hinblick auf die vorstehenden Nachteile solcher Steuerungen mit Potentiometer in elektrischen Fahrzeugen wurden viele Anstrengungen unternommen, um kontaktlose Ausführungsformen von Steuerorganen zu schaffen. Ein handelsmäßig erzeugter Typ eines solchen Steuerorganes benutzt einen Differential-Transformator, der ein bewegliches Kernteil besitzt, das durch einen Hobel gedreht wird. Zur Betätigung einer elektromagnetischen Einrichtung ist es jedoch erforderlich, einen Inverter oder Wechselrichter vorzusehen, um die Gleichspannung der Batterien des Fahrzeuges in Wechselspannung umzuwandeln. Weiterhin ist es notwendig, anschließend die Ausgangsleistung des Transformators gleichzurichten, um eine Steuergleichspannung zur Betätigung des Steuersystems für die Thyristor-Zündung zu erhalten.

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Ein weiterer Lösungsweg besteht in der Verwendung einer variablen Lichtquelle zusammen mit einer photoempfindlichen Einrichtung, um eine Ausgangs-Gleichspannung zu erzeugen, die repräsentativ für eine bestimmte Stellung des Hebels ist. Ein Beispiel für eine solche Einrichtung wird in der US-Patentschrift 3 383 518 gegeben. Einrichtungen dieser Art besitzen den ausgeprägten Vorteil, daß sie keinen Reibungskontakt für ihren Betrieb erfordern. Weiterhin können die Kennwerte für den Verschlußteil der Lichtmeßeinrichtung leicht an bestimmte Anwendungsfälle angepaßt werden. Leider besitzen solche Einrichtungen jedoch Nachte.ile, die sie als Ersatz für Steuerungen mit Potentiometern in elektrischen Fahrzeugen ungeeignet machen, Photo-Transistoren, die oft als photoempfindliches Element verwendet werden, sind in ihren Kennwerten nicht konsistent und erfordern Feineinstellungen oder Abänderungen an jeder einzelnen solchen Einrichtung. Weiterhin sind optische Einrichtungen empfindlich bezüglich Schmutz- und Kondensationsfilmen und die bei ihnen verwendeten mechanischen Verschlußeinrichtungen unterliegen einer Bewegung infolge von Erschütterungen und Vibrationen des Fahrzeuges. Obwohl das Ansammeln einer Verschmutzung durch die Verwendung von hermetisch verschlossenen Einrichtungen vermieden werden kann und das Gerät verstärkt werden kann, um Erschütterungen besser zu widerstehen, verbieten die Kosten für die Herstellung eines solchen Meßfühlers seine Verwendung. Man wird daher verstehen, daß es in höchstem Maße erwünscht ist, eine, kontaktlose von Hand betätigte Steuerung zur Änderung des Tastverhältnisses eines Thyristors eines Impuls-Steuersystems zu schaffen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Steuerung des Tastverhältnisses eines Impuls-Steuer-Thyristors in einem elektrischen Antriebssystem für ein Fahrzeug zu schaffen, wobei diese Steuereinrichtung kontaktlose Einrichtungen zur übersetzung der Stellung eines beweglichen Elementes in ein Steuersignal zum Betrieb eines Thyristors in einem Impuls-Steuersystem benutzt.

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Zusammengefaßt werden gemäß einem Aspekt der Erfindung die vorstehenden Aufgaben dadurch erreicht, daß ein drehbarer "HaIl"-Generator an einen von Hand betätigbaren Hebel gekoppelt wird und die Drehung des Hall-Elementes auf einen vorbestimmten Wert beschränkt wird. Es wird ein praktisch gleichförmiges Magnetfeld erzeugt, welches das Hall-Element etwa orthogonal zu dessen Drehachse durchsetzt. Es werden Leitungen vorgesehen, um dem Hall-Effekt element einen elektrischen Strom zuzuführen, und man erhält an dem Hall-Generator ein Ausgangssignal, das eine Funktion der Drehstellung der Einrichtung ist. Das Ausgangssignal des Hall-Generators wird durch Sehaltungseinrichtungen einem Thyristor-Steuersystem zur Änderung des Tastverhältnisses des Thyristors als Punktion der Drehstellung des Hebels übermittelt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Drehung des Hall-Generators auf etwa 30 Grad in jeder Richtung.begrenzt, um ein im wesentlichen lineares Ausgangssignai zu erzeugen. Die Schaltungseinrichtungen enthalten vorteilhafterweise Signalformungseinrichtungen zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, deren Änderungsgeschwindigkeit sich mit der Drehung der Welle erhöht.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Die' Figur 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt eine Kurvendarstellung der Ausgangsspannung des Systems als Funktion der Drehung eines von Hand drehbaren Elementes.

Die Figur 3 ist eine Schaltzeichnung mit Einzelheiten des erfindungsgemäßen Systems.

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Die Figur 4 ist eine Schaltzeichnung eines weiteren Teils des Systems.

Die Figur 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung und zeigt den Aufbau einer bestimmten Bauform eines Hall-Generators, der für die Durchführung der Erfindung brauchbar ist.

Es wird nachstehend auf die Figur 1 Bezug genommen. Diese zeigt in vereinfachter schematischer Form ein System zur Steuerung des Betriebs des Motors eines Traktionsfahrzeuges als Funktion der Stellung eines von Hand betätigten Elementes. Ein Thyristor 10 dient zur Kopplung eines Gleichstrom-Fahrmotors oder Traktionsmotors 12 über ein Paar von Anschlüssen. 14, 16, die zur Kopplung an eine Gleichspannungsquelle eingerichtet sind, beispielsweise eine Batterie (nicht gezeigt). Eine Thyristor-Steuerschaltung ist an den Thyristor 10 zur Steuerung des Stromdurchgangs durch denselben gekoppelt. Zur Vereinfachung der Darstellung kann der Thyristor 10 als eine mit zwei Steueranschlüssen zum Ein- und Ausschalten des Thyristors ausgestattete Einrichtung betrachtet werden, obwohl in der Praxis eine getrennte Kommutierungssehaltung zum Löschen des Thyristors benutzt werden kann. Eine Zwischenverbindungsschaltung 21 (interface circuit),die noch nachstehend im einzelnen beschrieben wird, wandelt die bipolare Ausgangsspannung eines Hall-Effektelementes 22 in ein Signal mit einer Polarität um und führt es einer nicht linearen Signalverformungsschaltung zu. Die umgeformte Steuerspannung, die man auf diese Weise erhält, wird den Eingangsanschlüssen der Steuerung 18 zur Änderung des Betriebs derselben gemäß dem empfangenen Signal zugeführt. Die .Eingangsanschlüsse der Zwischenverbindungsschaltung 21 sind ihrerseits über entgegengesetzte Flächen 24, 26 des Hall-Effekt-Elementes 22 gekoppelt, über einem Paar gegenüberstehender Flächen, welche orthogonal zu den zuerst genannten Flächen des Elementes orientiert sind, sind ein zweites Paar von Elektroden 28, 30 angebracht, die zur Kopplung an eine Gleichstromquelle (nicht gezeigt) eingerichtet sind. Ein Paar Magnetpole 32, 34, welche beispielsweise die entgegengesetzten Pole eines Dauermagneten sein können, erzeugen ein Magnetfeld im Innern des Hall-Generators 26. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pole 32, 34 räumlich so gestaltet,

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daß sie ein im wesentlichen gleichförmiges Magnetfeld erzeugen, das sich über die Kanten des Hall-Elementes 22 hinaus erstreckt. In diesem Falle wird der Hall-Generator praktisch daran gehindert, Störsignale bei Vorhandensein einer Vibration oder Erschütterung zu erzeugen, die eine Verschiebung des Hall-Elementes in einer Richtung parallel zur Drehachse 36 und/oder in einer Ebene senkrecht hierzu herbeiführen. Solange sich das Element 22 im Innern des gleichförmigen Feldes befindet, kann sich das von ihm am Ausgang abgegebene Signal nur durch eine Drehung des Elementes relativ zu den Polen 32 und 34 ändern und es ist selbstverständlich, daß im Innern erzeugte Erschütterungen kein Kräftepaar um die Achse 36 erzeugen können, das eine solche Drehung bewirkt. Um den Betrieb des Generators zu unterstützen, ist der Hall-Gene- ■ rator auf geeigneten Lagern befestigt, die eine Drehung der Pole relativ zum Hall-Element um eine Achse 36 gestatten, und ist durch Verbindungsgestänge mit einem Hebel 38 verbunden.

Zur Betätigung der Steuerung bewegt der Bedienungsmann des Fahrzeuges den Hebel 38 aus einer anfänglichen "Aus"- oder "Nullstellung in eine Stellung entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Dazwischen den Anschlüssen 28 und 30 ein Strom mit einer konstanten Amplitude zugeführt wird, besteht eine Abhängigkeit des Potentials über den Elektroden 24 und 26 des Hall-Elementes 22 von dem Winkel, unter dem das Element das Magnetfeld schneidet, welches zwischen den Polen 32 und 34 liegt, und von der Feldstärke. Wenn man eine praktisch konstante Flußverteilung annimmt, dann wird sich die Ausgangsspannung mit dem Sinus des Drehwinkels ändern. Durch Beschränkung des Drehwinkels des Hall-Generators 22 auf einen eingeschlossenen Winkel von etwa 30 Grad in jeder Richtung kann man das Ausgangssignal.des Generators als praktisch linear betrachten. An sich ist es nicht unbedingt erforderlich, einen Betrieb des Systems als lineare Funktion der Drehung herbeizuführen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß eine solche lineare Beziehung bequemer durch eine Signalverformungsschaltung zur Erzeugung einer gewünschten Form abgewandelt werden kann.

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In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird das über den Anschlüssen 2k und 26 des Hall-Effekt-Elementes entstehende Potential einer nichtlinearen Verformungsschaltung 20 zugeführt. Die Kennlinie einer solchen Verformungsschaltung 20 kann entsprechend einem bestimmten gegebenen Anwendungsfall verändert werden. Es wurde jedoch gefunden, daß es für elektrische Industriefahrzeuge erwünscht ist, eine Geschwindigkeitssteuerung zu bewirken, die angenähert eine parabolische Punktion der Hebelstellung ist. Die Verformungsschaltung kann daher vorteilhafterweise mit einer quadratischen Kennlinie für ein zugeführtes Signal ausgelegt werden, so daß sich die vom Motor erzeugte Leistung bei den ersten Bewegungsschritten des Hebels nur geringfügig ändert. Sie ändert sich jedoch um einen größeren Betrag mity^ortschreitender Verschiebung des Hebels in Richtung der Einstellung für maximale Leistung.

Die aus der Schaltung 20 erhaltene Signalspannung wird einer Thyristor-Steuerung 18 zugeführt, die einen Oszillator enthalten kann. Der Betrieb des Oszillators wird dann in Abhängigkeit vom zugeführten Signal verändert. Auf diese Weise wird bewirkt, daß sich das Tastverhältnis des Stromdurchlasses am Thyristor 10 und damit die an den Anschlüssen des Motors 12 erscheinende effektive Spannung als eine nichtlineare Punktion der Hebeldrehung ändern.

Es wird nachstehend auf die Figur 2 Bezug genommen. Diese zeigt zur Veranschaulichung eine bevorzugte Beziehung zwischen dem Betrieb des Thyristors 10 und damit indirekt dem Ausgangssignal der Verformungsschaltung 20 und der Winkeldrehung eines von Hand betätigten Hebels 38. In der vorstehend beschriebenen Betriebsweise wird angenommen, daß die Winkeldrehung des Hebels praktisch auf 30 Grad beiderseits einer Mittelstellung beschränkt ist (Gesamtdrehung von 60 Grad), um eine lineare Ausgangsspannung zu erhalten. In diesem Falle beschreibt der erste Quadrant der abgebildeten Kurve die Arbeitsweise der Schaltung über den gesamten Bereich der Hebelstellungen. Anfängliche kleine Schritte der Be-

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wegung des Hebels bewirken relativ geringe Änderungen der Ausgangsspannung und weitere Drehschritte erzeugen fortschreitend größere Veränderungen in dem Äusgangssignal.

Für solche Fahrzeuge, bei denen ein einziges Steuerorgan für die Bewegung in Vorwärtsrichtung und Rückwärtsriehtung erwünscht ist, kann die erwünschte maximale Gesamtdrehung von 6o Grad auf Drehungen von 30 Grad in beiden Richtungen von einem Nullpunkt aus aufgeteilt werden. In diesem Falle wird die im. zweiten Quadranten des abgebildeten Systems wiedergegebene Kurve ebenfalls erzeugt und ist praktisch ein Spiegelbild der Kurve im ersten Quadranten.

Die Figur 3 zeigt eine Schaltung, die so aufgebaut ist, daß sie mit einem Hall-Effekt-Element zusammenarbeitet und eine linear ansteigende positive Spannung für positive und auch negative Drehungen des Hall-Elementes erzeugt, über die Widerstände 41 und 42 wird dem Emitter-Anschluß eines Transistors Ql eine positive Vorspannung zugeführt. Die Zener-Diode 43 hält ein konstantes

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Potential über: dem Widerstand 42^Ql aufrecht, so daß Ql als eine Konstantstromquelle für das Hall-Effekt-Element 22 wirkt. Ein Widerstand 44,koppelt die Basis von Ql an eine Quelle für ein gemeinsames Potential und ein Spannungsteiler, bestehend aus der Reihenschaltung der beiden Zener-Dioden 45 und 46, liefert eine vorgegebene Spannung an das untere Ende des Hall-Elementes 22, und dient auch noch als eine Quelle für ein Bezugspotential für andere Teile der Schaltung. Die Ausgangsanschlüsse 24, 26 des Hall-Elementes 22 sind über Widerstände 48 und 49 an einen Komparator 47 gekoppelt. Der Komparator 47 kann jeden in geeigneter Weise geschalteten Operator-Verstärker oder Rechen-Verstärker enthalten. In einer mit Erfolg erprobten Ausführungsform wurde jedoch eine Handelsmäßig erhältliche integrierte Schaltung JEDEC Nr. 741 verwendet. Der Widerstand 50.und das Potentiometer 51 liefern die notwendigen Spannungen,zur richtigen Vorspannung des Komparators 47 und der Widerstand 52 bildet einen Rückkopplungsweg für den Komparator. Der Ausgangsanschluß dee Verstärkers 47 ist über eine Trenn-Diode 53 mit einem Ausgangsan-

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Schluß und über einen Widerstand 54 mit einem Eingangsanschluß eines zweiten Komparators 55 verbunden, der vorteilhafterweise aus einem Verstärker in Form einer integrierten Schaltung besteht, der identisch ist mit dem für den Komparator 47 verwendeten Verstärker. Ein Rückkopplungswiderstand 56 ist über den Verstärker gekoppelt und eine zweite Trenn-Diode 57 koppelt den Ausgang des Verstärkers 55 an den Ausgangsanschluß.

Bei Vorhandensein eines homogenen Magnetfeldes gewährleistet der durch den Transistor Ql fließende Konstantstrom, daß das über dem Hall-Effekt-Element 22 entstehende Spannungsignal eine Funktion der Orientierung des Elementes bezüglich des Magnetfeldes ist. Bei der Drehung des Elementes 22 in einer ersten "positiven" Richtung erscheint eine positive Spannung an dem nicht umkehrenden Eingangsanschluß des Komparators 47 und bewirkt einen entsprechenden Anstieg der Ausgangsspannung desselben. Das am Ausgang des Komparators 47 vorhandene, in.positiver Richtung verlaufende, Signal wird über die Diode 53 dem Ausgangsanschluß der Schaltung zugeführt. Zur gleichen Zeit wird das positiv verlaufende Signal dem Eingangsanschluß des Komparators 55 zugeführt, der als Inverter (umkehrender Verstärker) arbeitet, wie dies aus der Schaltzeichnung ersichtlich ist. Am Ausgang des Komparators 55 wird ein negativ verlaufendes Signal abgegeben, das komplementär zu dem vom Komparator 47 erzeugten Signal ist. Das negativ verlaufende Signal bewirkt jedoch eine Vorspannung der Trenn-Diode 57 in Sperr-Richtung und besitzt daher keine Auswirkung auf das am Ausgangsanschluß der Schaltung erscheinende positive Signal.

Wenn der Hall-Generator in der entgegengesetzten oder "negativen" Richtung gedreht wird, dann kehrtsich die Polarität des am Komparator 47 zugeführten Signals um und an dem umkehrenden Eingangsanschluß desselben erscheint nunmehr ein positiv verlaufendes Signal. Am Ausgang des Komparators 47 wird nunmehr ein linear ansteigendes negatives Signal abgegeben, welches die Trenn-Diode 53 in'Sperr-Richtung vorspannt und daher wird verhindert, daß dieses Signal ma Ausgangsanschluß der Schaltung erscheint. Das negativ

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verlaufende Signal geht auch noch durch den Widerstand 54 und erscheint am Eingangsanschluß des Verstärkers 55. Der Verstärker 55 arbeitet in der vorstehend beschriebenen Weise und gibt ein positiv verlaufendes Signal über die Diode 57 an den Ausgangsanschluß der Schaltung, das komplementär zu dem dem Komparator 47 zugeführten Signal ist. In der vorstehenden Weise erscheint dann eine linear ansteigende positive Spannung an dem Ausgangsanschluß der Schaltung der Figur 3 bei Drehung des Hall-Generators in Vorwärts-Richtung oder in Rückwärts-Richtung.

Figur 4 zeigt eine Verformungsschaltung, die bei Vorhandensein eines linear ansteigenden positiven Signals so wirkt, daß sie ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Steigung sich mit dem Betrag des . Eingangssignals ändert. Eine erste Schwellwert-Diode 60 und ein zugeordneter Widerstand 6l koppeln den Eingangsanschluß der Schaltung an den Emitter-Anschluß eines Transistors Q2, dessen Kollektoranschluß seinerseits an eine Quelle für ein gemeinsames oder Bezugspotential durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 63 und einer Kompensations-Diode 64 gekoppelt ist. Eine geeignete Vorspannung für Q2 wird über eine Kompensations-Diode 65 und einen Vorspannungswiderstand 66 erhalten. Ein zweiter Weg für zugeführte Eingangssignale wird erhalten durch die Reihenschaltung eines Paars von Schwellwert-Dioden 67, 68 und eines Widerstandes 69.

Die vorstehend beschriebene Schaltung arbeitet in der Weise einer Emitter-Folgestufe und führt dem Basisanschluß eines.Transistors Q3 ein Ausgangssignal zu, dessen Kollektoranschluß den Ausgangsanschluß der Schaltung bildet, Der Emitter-Anschluß ist an einem Punkt mit Massepotential oder gemeinsamem Potential mit Hilfe der Reihenschaltung eines Widerstandes 70 und des Potentiometers 71 gekoppelt. Ebenso liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 72 und eines Potentiometers 73 zwischen dem Ausgangsanschluß und Masse.

Das linear ansteigende Signal von der Schaltung nach Figur 3 wird dem Eingangsanschluß der Schaltung nach Figur 4 zugeführt. Wenn dieses Signal einen genügend großen Wert erreicht hat, bewirkt es

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eine Vorspannung derSchwellwertrDiode 60 in Durchlaß-Richtung und fließt durch den Widerstand 61 und bewirkt einen Stromfluß durch den Transistor Q2, welcher zu einem Anstieg der an der Basis des Transistors Q3 erscheinenden Spannung führt. Wenn der Transistor Q3 stärker stromdurchlässig wird, dann stellt er einen Leitungsweg mit ständig sich verringernder Impedanz dar, welcher über der normalerweise vorhandenen und aus dem Widerstand 72 und dem Potentiometer 73 bestehenden Impedanz liegt. Das Signal am Ausgangsanschluß, das entweder als eine Impedanz oder eine von dieser Impedanz getragene Spannung betrachtet werden kann, ändert sich in entsprechender Weise. Mit weiterem Anstieg des am Eingangsanschluß der Schaltung zugeführten Spannungssignals übersteigt der Spannungsabfall über der Diode 60 und dem Widerstand 61 die kombinierten Schwellwertpotentiale der Dioden 6¹J und 68. Diese letztgenannten Dioden beginnen nunmehr Strom zum Widerstand 69 durchzulassen; dieser besitzt vorteilhafterweise einen geringeren Wert als der Widerstand 61. Dieser Vorgang steigert noch schneller den Stromfluß durch den Transistor Q2 und damit das an der Basis des Transistors Q3 zugeführte Vorspannungspotential. Die Änderung des Ausgangssignals der Schaltung bei einer bestimmten Änderung der Eingangsspannung wird daher stärker ausgeprägt und vergrößert sich mit einer viel größeren Geschwindigkeit als zuvor.

Der Fachmann wird verstehen, daß der Transistor Q2 und die zugeordnete Schaltung dazu dienen, den Bezugswert der empfangenen Signale zum Zwecke eines leichteren Betriebs des Transistors Q3 umzusetzen. Unter manchen Bedingungen kann ein aus der Schaltung nach Figur 3 erhaltenes linear ansteigendes Steuersignal unmittelbar dem Basisanschluß des Transistors Q3 durch eine Parallelschaltung zugeführt werden, die einen ersten Zweig mit der Diode 60 und dem Widerstand 61 und einen zweiten Parallelzweig, bestehend aus den Dioden 67 und 68 und dem Widerstand 69, enthält. In jedem Falle wird man erkennen, daß die Gesamtwirkung der vorliegenden Schaltung darin besteht, ein Ausgangssignal zu liefern, das zunächst bis zum Einsetzen des Stromdurchgangs an einer ersten Schwellwert-Diode 60 eine geringe Steigung besitzt, danach eine größere Änderungsgeschwindigkeit oder Steigung besitzt und eine

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noch größere Steigung besitzt, nachdem andere Schwellwert-Dioden 67 und 68 mit dem Stromdurchlaß beginnen.

Die vorstehend beschriebene Kennlinie der Schaltung nach Figur 4 ist in Figur 2 deutlich wiedergegeben. Die gestrichenen Linien im ersten und vierten Quadrant des dargestellten Koordinatensystems stellen das Signal dar, das von der Schaltung nach Figur 3 am Ausgang bei Vorhandensein einer Drehung des Hall-Generators abgegeben wird. Die ausgezogene Linie zeigt die Auswirkung.der Verformungsschaltung nach Figur 4. In der Nähe des Ursprungs des Koordinatensystems ist ersichtlich, daß zunächst bei anfänglichen Sehritten, der Bewegung des Hall-Generators ein sehr geringes entsprechendes Signal entsteht. Dieser Vorgang entspricht der Anforderung, daß eine erste Ausgangsspannung dazu führt, daß eine erste Schwellwert-Diode stromdurchlässig wird. Ein anschließender Teil ■ der Kurve in beiden Quadranten besitzt angenähert eine Steigung "A" und zeigt die Änderung des Ausgangssignals während des Zeitraums, in dem nur eine Schwellwert-Diode Strom durchläßt. Schließlich zeigt die bei "B" angedeutete größere Steigung der Kurve die größere Änderung des Ausgangssignals, welche erscheint, nachdem weitere Schwellwert-Dioden stromdurchlässig geworden sind. Der auf diese Weise erzielte Steigungsverlauf stellt eine angenäherte Parabel dar. Die ausführliche mathematische Beschreibung dieser Kurve ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Der herausragende Gesichtspunkt besteht in einer bedeutenden Erhöhung der Inderungsgeschwindigkeit zwischen dem vom System abgegebenen und an ihm eingegebenen Signal.

Figur 5 zeigt in vereinfachter Form einen Aufbau eines Hall-Generators, welcher für die Verwendung in dem vorliegenden Geschwindigkeitssteuersystem geeignet ist. Eine Einrichtung dieser Bauform ist offenbart in der US-Patentschrift 3 184 620. Ein magnetisches Gehäuse 40 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen und in diesem sind gegenüberstehende Magnetpole 32, 34 gebildet. Die abgebildete räumliche Form des Magnetelementes erzeugt ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld in dem Bereich zwischen den Polen. Das Hall-Element 22 wird in diesem Bereich angeordnet

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und zur Drehung relativ zum Magneten 40 eingerichtet. Infolge der Notwendigkeit eines Anschlußes von Leitern und der Zuführung von Leistung zum Hall-Element ist das Hall-Element 22 einerjbevorzugten Ausführungsform stationär ausgeführt und der Magnet kO ist so an den drehbaren Hebel 38 gekoppelt, daß sich das Gehäuse um die Achse des Hall-Elementes dreht.

Bei diesem Lösungsweg wird es noch als erwünscht betrachtet, den Gesamtwinkel Φ der Drehung auf etwa 60 Grad zu beschränken im Hinblick auf die praktisch sinusförmige Spannungskennlinie des Hall-Generators. Wenn größere Winkel verwendet werden, ist es notwendig, eine wesentlich kompliziertere Verformungsschaltung vorzusehen. Ein solcher Lösungsweg würde daher die Einfachheit und die leichte Anpassung der durch die vorliegende Erfindung gegebene Anordnung verschlechtern.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Geschwindigkeitssteuerung für ein Fahrzeug, das durch einen elektrischen Traktipnsmotor angetrieben ist, der an eine Quelle für Gleichspannung gekoppelt ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie umfaßt:

eine Magne teinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer vorgegebenen räumlichen Lage,

einen HaIl-Ef fekt-Generator (22·), welcher in dem von der Magneteinrichtung erzeugten Feld angeordnet ist, ein erstes Paar von Elektroden (28,30), welche an den HaIl-Effekt-Generator (22) gekoppelt sind und einen Stromweg zu einer Gleichspannungsquelle bilden,

ein zweites Paar Elektroden (24,26), die an den Hall-Effekt-Generator (22.) zur Aufnahme., einer Ausgangs spannung gekoppelt sind, welche sich als Funktion der Stellung des Hall-Effekt-Generators (22) ändert,

eine von Hand betätigbare Einrichtung (38,36) zur Drehung des Hall-Effekt-Generators (22) bezüglich der Magneteinrichtung, einen Thyristor (10) zur Kopplung des Gleichstrom-Traktionsmotors (12) an die Gleichspannungsquelle, eine Thyristor-Steuereinrichtung (18) zur Änderung des Tastverhältnisses des Thyristors (10) als Funktion einer zugeführten Steuerspannung und eine Schaltungseinrichtung (20,21) zur Kopplung des zweiten Paars von Elektroden (24,26) an die Thyristor-Steuereinrichtung (18).

2. Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nach Anspruch 1,· dadurch gekennzeichnet , daß die Thyristor-Steuereinrichtung (18) einen spannungsgesteuerten Oszillator umfaßt.

3. Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung eine Verformungsschaltung (20) zur Erzeugung einer Ausgangsspannung'enthält, deren Änderungsgeschwindigkeit (Steigung) sich mit steigender Eingangsspannung erhöht.

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4. Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung im wesentlichen mit dem Quadrat der Eingangsspannung veränderbar ist.

5. Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdrehung der von Hand betätigbaren Einrichtung (38) beschränkt ist zur Erzeugung eines Signals durch den Hall-Effekt-Generator (22), das sich im wesentlichen linear mit der Drehung der von Hand betätigbaren Einrichtung (38) ändert.

6. Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nach- Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuereinrichtung (18) weiterhin Einrichtungen zur Zündung und zur Kommutierung des Thyristors enthält.

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