DE2555668C2 - Regelanordnung für einen batteriegespeisten, fremderregten Gleichstrom-Antreibsmotor eines Straßenfahrzeuges - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß ein Stopprelais (38) vorgesehen ist, welches bei eingeschaltetem Zündschloß an Batteriespannung liegt und dessen Ruhekontakt (3Sa) bei ausgeschaltetem Zündschloß die Ankerwicklung des Elektromotors (2) über einen Vorwiderstand (3) kurzschließt, daß parallel zum Stopprelais (38) die Parallelschaltung eines Artfahrrelais (23) mit einem mit einer auf den Elektromotor (2) abgestimmten Einschaltverzögerung ausgestatteten Fahrrelais (22) in Reihe mit der Parallel· ^haltung eines Arbeitskontaktes (2ib) des Kupplungsrelais (21) mit einem Arbeitskontakt (23£^des Anfahrrelais

ίο (23) liegt, daß weiterhin ein Schutzrelais (39) mit mindestens zwei Grenzwertstufen (40 und 41) vorgesehen ist, wobei eine Grenzwertstufe (40), welche das Produkt aus dem einen Grenzwert übersteigenden Ankerstrom des Elektromotors (2)

is und des Zeit überwacht, direkt mit dem Schutzrelais (39) verbunden ist und eine andere Grenzwertstufe (41), welche das Unterschreiten der Nenndrehzahl bei voller Erregung überwacht, über einen Ruhekontakt (2Od; des Bremsrelais (20) mit dem Schutzrelais

(39) verbunden ist und daß schließlich mindestens zwei weitere Grenzwertstufen (42 und 43) und eine optische und/oder akustische Signaleinrichtung (44 und/oder 45) vorgesehen sind, wobei eine Grenzwertstufe (42) ein Signal auslöst, wenn eine maximal zugelassene MGfordrehzahl überschritten wird, und eine andere Grenzwertstufe (43) ein Signalauslöst, wenn der Ankerstrom einen maximal zugelassenen

Wert überschreitet.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromüberlastung des Elektromotors kontrollierende Grenzwertstufe (40) einen als Integrator beschaiteten Operationsverstärker (46) aufweist, dem eine dem Ankerstrom-Grenzwert proportionale Größe und eine dem augenblickliehen Ankerstrom proportionale Größe zuführbar sind, und daß ein als Komparator geschalteter Operationsverstärker (47) vorgesehen ist, welchem das Ausgangssignal des als Integrator beschalteten Operationsverstärker (46) und sine der Stromüberlastung proportionale Größe zuführbar sind und welcher ein Signal an das nachfolgende Schutzrelais (39) abgibt, wenn die der zulässigen Stromüberlastung proportionale Größe überschritten ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für einen batteriegespeisten, fremtiGleichstrom-Antriebsmotor eines Straßenfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die kennzeichnenden Unterschiede, die ein solchermaßen aufgebauter Antrieb zu einem entsprechenden Antrieb mit einer Brennkraftmaschine aufweist, sind im Hauptpatent ausführlich dargestellt; sie resultieren im wesentlichen daraus, daß mit dem Steuerungseingriff »Feldschwächung« nur dann die vom Elektromotor abgegebene Leistung beeinflußt werden kann, wenn die Drehzahl des Motors größer ist als der Wert der

ho Nenndrehzahl, der durch die volle Erregung und die Nenn-Batteriespannung bestimmt ist. Sobald die Motordrehzahl diesen Wert der Nenndrehzahl unterschreitet, kann die Leistungsabgabe des Motors durch die Feldschwächung nicht mehr beeinflußt werden und es

i>5 können sich insbesondere kurzschlußartige Ankerströme mit dementsprechenden Motormomenten einstellen, die in jedem Fall vermieden werden müssen. Dieses Betriebsverhalten ist damit grundsätzlich verschieden

von dem eines Antriebes mit einer Brennkraftmaschine, bei der durch Schließen, der Drosselklappe bzw. durch Sperren der Treibstoffzufuhr in jedem Betriebszustand die Leistungsabgabe unterbunden werden kann.

Dazu kommt, daß bei einem elektrischen Antrieb grundsätzlich die Möglichkeit einer Nutzbremsung gegeben ist, die man vorteilhafterweise zur Energieersparnis bei einem solchen Antrieb zu nutzen versuchen wird, während diese Betriebsweise bei einem Antrieb mit Brennkraftmaschine gar nicht möglich ist.

Schließlich kommt eine Brennkraftmaschine auf Grund des von der Verdichtung herrührenden Bremsmoments nach dem Abschalten sehr schnell zum Stillstand, während ein Elektromotor bei unterbrochenem Kraftfluß zu den Antriebsrädern nur auf Grund der unvermeidlichen Lagerreibung abgebremst wird, was eine Zeit von 10 s oder langer erfordern kann.

Diese charakteristischen Unterschiede machen eine besondere Ausgestaltung von Schutz- und Regeleinrichtungen bei einem solchen Antrieb mit einem Elektromotor, bei dem die Drehzahlverstellung durch Feldschwächung erfolgt, notwendig» um die Bedienungsweise, die bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor übäch ist, beibehalten zu können und um zu verhindern, daß der Antrieb unzulässige Betriebszustände einnimmt

Hierzu wird in der Hauptanmeldung stets dann, wenn die Motordrehzahl den Wert der Nenndrehzahl bei voller Erregung unterschreitet, was mit einem von der Erregung nicht beeinflußbaren Ankerstromanstieg verbunden ist, ein Vorwiderstand zur Begrenzung des Ankerstroms zwischen Batterie und Ankerklemmen des Motors zugeschaltet Dieser Betriebszustand stellt sich immer dann ein, wenn während des Anfahrens bei einem zu niedrigen Wert der Motordrehzahl in die nächsthöhere Gangstufe umgeschaltet wird. Damit kann zwar der Motor sicher geschützt werden, jedoch tritt dadurch ein so starker Rückgang des Antriebsmoments ein, daß die Gangschaltung zurückgenommen werden muß und das Fahrzeug in der nächstniedrigen Gangstufe beschleunigt werden muß, ehe emeut die Gangschaltung voi genommen werden kann. Dies kann zu einer empfindlichen Verkehrsstörung durch das Fahrzeug führen. Andererseits vermag der Elektromotor auch stärkere Oberlastungen auszuhalten, zumal in diesem Betriebszustand die Erregung stets ihren vollen Wert aufweist und deshalb auch von der Kommutierung her keine Schwierigkeiten zu erwarten sind, wenn diese Überlastungen nur schnell genug abklingen. Es kann deshalb beim Schalten in die nächsthöhere Gangstufe eine gewisse Überlastung, die ein bestimmtes Maß jedoch nicht überschreiten darf, in Kauf genommen werden, ohne daß jedesmal, wenn die Motordrehzahl ihren Nennwert unterschreitet, das Molormoment abrupt durch Einschalten des Vorwiderstandes verkleinert wird, wie es in der Hauptanmeldung der Fall ist Ein ähnlicher Betriebszustand tritt auch auf, wenn sich kurzzeitig ein erhöhter Fahrwiderstand ergibt, etwa beim Befahren einer Ra/mpe. Auch in diesem Fall ist es wünschenswert, den Motor kurzzeitig überlasten zu. können, ohne jedesmal einen Gangwechsel vornehmen zu müssen.

Eine zusätzliche Maßnahme ist beim Anlassen des Fahrzeugs erforderlich. In der Hauptanmeldung ist es möglich, wenn beim Anlassen weder das Kupplungspedal noch das Bremspedal betätigt wird, daß sich das Fahrzeug unmittelbar nach dem Anlassen in leichte Bewegung versetzt, da der Motor hierbei über den Vorwiderstand mit üer Batterie verbunden ist Dieses ungewohnte Verhalten des Fahrzeugs kann gegebenenfalls zu Schwierigkeiten führen.

Eins weitere Schwierigkeit kann bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Antrieb beim Süllsetzen des Fahrzeugs auftreten, wenn hierbei, was üblicherweise durch öffnen der Trennkupplung geschieht, der Kraftfluß zwischen Motor und Antriebsrädern unterbrochen wird.
Mh der Betriebsbremse kann dann zwar das

in Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden, nicht jedoch der Motor, der nur durch seine geringe Lagerreibung abgebremst wird. Wenn nun der Fahrer bei vermeintlich stillstehendem Fahrzeugantrieb das vorfeer niedergedrückte Kupplungspedal lösläßt, so bewirkt die in der

is Motorschwungmasse noch gespeicherte Energie eine plätzliche sprunghafte Fortbewegung des Fahrzeugs, was zu einer gefährdeten Situation führen kann.

Die Hauptanmeldung geht von einer Regelanordnung aus, die in der DE-OS19 30 379 beschrieben ist

Diese bekannte Regelanordnung beinhaltet eiae Ankerstromregelung mit unterlejerter Erregerstromregelung mit einem über das Dresselpedal (Fahrpeda!) steuerbaren Ankerstrom-Soltwertgeber. Das Drosselpedal ist dort vorzugsweise so angeordnet, daß bei einer federbelasteten Zwischenstellung dieses Fcdals der Ankerstrom Null 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 Kopplung niedei drük-

jo ken, damit die mechanische Brems-? nicht gegen den mit Grunddrehzahl laufenden und antreibenden Motor arbeiten muß. Dies ist eine von der Bedienungsweise bei Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine 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 Wiedereinkuppsln <$hne - Ruck

*o möglich sein.

Aus der DE-PS 7 12 727 ist eine Nutzbremseinrichtung mit einem vom Fahrschalter gesteuerten Nutzbremswender bekannt, die für Straßenbahnbetrieb mit Oberleitung gedacht ist Dort sind Dioden vorgesehen, die zum Einleiten des Nutzbremsstromes dienen und anschließend unverzüglich kurzgeschlossen werden, d. h, während der eigentlichen Nutzbremsung außer der kurzen Einschaltdauer außer Funktion gesetzt sind und eigentlich nur die Fahrmotoren vor schädlichen Stromschäden beim Einleiten der Nutzbremsung schützen sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Regelanordnung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß 2 B. bei zu frühem Hochschalten eine gewisse

Überlastung zugelassen werden kann, ohne daß die Motorschutz3ciialtung anspricht daß eia Anfahren des Fahrzeuges beim Anlassen des Motors ohne Betätigung des Kupplungs- oder Bremspedals unterbunden wird, daß ein zu langes Nachlaufen des Motors bei bereits stillstehendem Fahrzeug und betätigter Kupplung vermieden wird und daß Signalmittel vorgesehen werden, durch die der Fahrer erkennen kann, ob der

Antrieb einen unzulässigen Betriebszustand erreich:. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Kennzeichen Hes Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Damit ist eine Verriegelung mit Selbsthaltung vorgesehen, die das Anlassen des Motors nur bei

unterbrochenem Kraftfluß zwischen Motor und Antriebsrädern gestattet, wobei zum Anlassen der Motor mit der Batterie über einen Vorwiderstand verbunden wird, der zeitlich verzögert nach erfolgtem Hochlaufen des Motors selbsttätig kurzgeschlossen wird Weiter sind damit Überwachungseinrichtungen vorgesehen, die die elektrische Verbindung zwischen Motor und Batterie dann öffnen, wenn der Motorstrom nach einer gewissen zeitlichen Funktion seinen zulässigen Höchstwert überschritten hat oder wenn die Motordrehzahl ihren Nennwert bei voller Erregung unterschreitet, wobei die letztere Überwachung der Drehzahl nur dann eingreift, wenn das Bremspedal getreten wird, ohne die Kupplung zu betätigen, und damit sind ferner Schaltmittel vorgesehen, die bei abgeschaltetem Fahrzeug die Ankerklemmen des Motors mittels des Vorwiederstandes kurzschließen; schließlich sind Signalmittel vorgesehen, die dann ein Signal abgeben, wenn die Drehzahl oder der Strom des Motors ihre zulässigen Grenzwerte überschreiten.

Es ist meist vorteilhafter, zum Anlassen des Fahrzeugs den Kraftfhiß durch Betätigen der Kupplung zu unterbrechen als durch Einstellen der Leerlaufstellung des Getriebes, da auch im letzteren Fall zum Einlegen einer Gangstufe die Kupplung betätigt werden muß. Die zeitliche Funktion des Überstromschutz« wird zweckmäßigerweise so ausgebildet, daB bei größeren Überströmen zum Schutz des Motors die Verbindung zwischen Batterie und Motor in kürzerer Zeit geöffnet wird als bei kleineren Überströmen. Dies wird durch die im Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale erreicht

Damit verbleibt zwischen dem Ansprechen der Signaleinrichtung wegen zu hohen Motorstroms und dent Auslösen des Oberstroiiisehutzes dein Fahrer noch Gelegenheit, durch entsprechende Maßnahmen (Kuppeln. Wechsel der Gangstufe) das selbsttätiger Eingreifen des Überstromschutzes zu verhindern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. I das Schema des Antriebs,
F i g. 2a das Schaltschema der Regelung,
F i g. 2b die erfindungsgemäße Schaltung und
F i g. 3 Einzelheiten der Überstromüberwachung.
F i g, 1 unterscheidet sich von F i g. I der Hauptanmeldung nur durch den zusätzlichen Öffnerkontakt 38a, der die Motorklemmen des Motors 2 bei stillstehendem Fahrzeug über den Vorwiderstand 3 kurzschließt- In ähnlicher Weise "ist auch die Anordnung der Regelkreise in F i g. 2a identisch mit der aus F i g. 2 der Hauptanmeldung, es ist lediglich der Teil der Regelung nach F i g. 2b. der den Antrieb vor unzulässigen Betriebszuständen schützen soll erfindungsgemäß weiter ausgestaltet, wobei identische Schaltmittel in beiden Patentanmeldungen auch gleiche Bezugzeichen tragen.

In der in Fig.2b gezeigten Überwachungsschaltung wird von einer an Klemme 19 angelegten festen Spannung einerseits das Stopp-Relais 38 gespeist und andererseits über einen Öffnerkontakt 39a -und über einen Schließerkontakt 216, der von dem beim Niedertreten des Kupplungspedals ansprechenden Kupplungsrelais 21 betätigt wird, das Anfahrrelais 23 und das hierzu paraiieigeschaitete Fahrreiais 22, das eine Ansprechverzögerung aufweist, gespeist. En weiterer Schließerkontakt des Anfahrrelais 23 ist dem Kontakt 216 parallelgeschaltet, wodurch sich beim Betätigen des Kontakts 216 eine Selbsthaltung des Anfahrrelais 23 ergibt.

Das Schutzrelais 39 wird von zwei Grenzwertstufen 40 und 4t gespeist. Dabei wird das Relais dann betätigt, wenn der an Klemme 8 zugeführte Meßwert des Motorstroms einen in der Grenzwertstufe 40 eingestellten Grenzwert überschreitet oder wenn der an Klemme 17 zugeführte Wert der Motordrehzahl einen in der Grenzwertstufe 41 eingestellten Miridestwert unterschreitet. Der mit der Grenzwertstufe 41 in Reihe geschaltete Öffnerkontakt 2Od des Bremsrelais 20 stellt

ίο dabei sicher, daß das Unterschreiten der zulässigen Motordrehzahl nur dann zu einer Betätigung des Schutzrelais 39 führt, wenn das Bremspedal getreten wird, ohne die Kupplung zu betätigen. Damit ist das Bremsrelais 20 ausgeschaltet und Kontakt 20dgeschlossen.

Die Signalmittel, die akustischer (44) oder optischer

(4S) Afi 5cm können, SpreCncFi dann on, Wenn die äfi der Klemme 17 zugeführte Motordrehzahl oder der an Klemme 8 zugeführte Motorstrom jeweils ihre zulässigen Höchstwerte überschreiten (Grenzwertstufe 42 und 43X

Fig.3 zeigt den Aufbau der Grenzwertstufe 40. Einem als Integrator beschalteten Operationsverstärker 46 wird einerseits an der Klemme 8 das Meßsignal der Motorstrommessung und andererseits an der Klemme 48 eint feste Spannung zugeführt, die dem zulässigen Maximalstrom I_n** entspricht Der Ausgang des Verstärkers 46 ist über einen Widerstand mit einem als Komparator beschalteten Operationsverstärker 47

μ verbunden, dessen Eingang über einen weiteren Widerstand noch ein fester Spannungswert U^r zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers 47 ist mit dem Ausgang der Grenzwertstufe 40 identisch. Mit dieser Schaltung ist gewährleistet daß das Produkt gebildet aas der Differenz zwischen Motorstrom und seinem zulässigen Grenzwert multipliziert mit der Zeitdauer, während der der Strom den zulässigen Grenzwert überschreiten darf, konstant ist Das bedeutet daß sehr hohe Motorströme schon nach sehr kurzer Zeit zum Ansprechen des Schutzrelais 39 führen und damit die Verbindung zwischen Batterie und Motor unterbrechen, während bei nur geringen Überströmen zeitlich wesentlich längere Überlastungen zugelassen sind

Hiermit lassen sich besser angepaßte Betriebsverhältnisse erzielen als mit einer Überstromüberwachung, die unabhängig von der Zeitdauer lediglich beim Überschreiten eines bestimmten Stromgrenzwertes die Verbindung zwischen Batterie und Motor unterbricht

Die Wirkungsweise der in Fig.2a, b gezeigten Regelung ist folgende. Beim Einschalten des Zündschlüssels wird die Speisespannung an Klemme 19 gelegt Dies führt zum öffnen des Kontakts 38a (F i g. 1), womit der Kurzschluß über den Ankerklemmen des Motors 2 beseitigt wird Im Gegensatz zur Hauptanmeldung ist nun das Anlassen des Motors über den

. Schließkontakt 23a und den Vorwiderstand 3 bzw. direkt über den Schließkontakt 22a nur dann möglich, wenn durch Betätigen der Kupplung — Schalter 30 —

eo das Kupplungsrelais 21 anzieht Kontakt 216 schließt und daran anschließend das Anfahrrelais 23 über einen Selbsthaltekontakt 236 anzieht und im angezogenen Zustand bleibt Mit einer auf die Anlaufzeit des Motors abgestimmten Zeitverzögerung zieht danach auch das Fahrrelais 22 an und überbrückt den Vorwiderstand 3. Die Kupplung kann nunmehr zum Anfahren des Fahrzeugs langsam geschlossen werden. Die weitere Einstellung der Fahrzustände erfolgt mittels der

Regelung in der schon in der Hauptanmeldung beschriebenen Weise.

Ergibt sich beim Fahren ein unzulässig hoher Motorstrom, so wird mit einer zeitlichen Bewertung, die anhand von F i g. 3 schon beschrieben wurde, durch das Ansprechen des Schutzrelais 39 und das öffnen des Kontakts 39a die Selbsthaltung der Relais 22 und 23 und dami'. die Verbindung zwischen Batterie und Motor unterbrochen. Diese Unterbrechung wird in gleicher Weise durch die Grenzwertstufe 41 ausgelöst, wenn die Drehzahl des Motors ihren Nennwert unterschreitet, jedoch nur dann, wenn die Bremse betätigt wird, ohne gleichzeitig die Kupplung zu betätigen.

Aus der Schaltung geht hervor, daß nach dem Unterbrechen der Verbindung zwischen Batterie und Motor auf Grund einer Störung die Kupplung erneut

betätigt werden muß, um den Motor in der schon beschriebenen Weise wieder anzulassen.

Beim Abschalten des Fahrzeugs und damit auch der festen Speisespannung f9 wird der Motor über den Vorwiderstand 3 und den dann geschlossenen Kontakt 38a kurzgeschlossen. Zusammen mit einer nicht gezeichneten Einrichtung, die dafür sorgt, daß auch nach Abschalten des Fahrzeugs der Erregerstrom noch etwa 2 s lang fließen kann, ergibt sich damit eine rasche Abbremsung der Motorschwungmasse. In manchen Fällen kann diese zusätzliche Einrichtung auch entfallen, wenn die Induktivität der Erregerwicklung zusammen mit der zugehörigen Freilaufdiode ein genügendlangsames Abklingen des Erregerstroms nach Abschalten des Fahrzeugs sicherstellt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Patentansprüche:

1. Regelanordnung fur 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 Erregerstromregelung, wobei ein Ankerstrom-Sollwert von einem 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 Vorwärtsrichtu.-i.-j nachgeschaltet;

c) dem Bremspedal und der Feststellbremse ist ein bei dessen Betätigen öffnender gemeinsamer Schalter zugeordnet, der im Gleichstromerregerkreis eines ersten Relais liegt, dessen erster Arbeitskontakt beim Betätigen des Bremspedals und/oder der Feststellbremse die bei Betätigung einen Bremsstrom-Sollwert vorgeben, den Stromkreis des Fahrstrom-Sollwertes unterbricht;

d) dem Kupplungspedal ist ein bei dessen Betätigen schießender Schalter zugeordnet, der im Gleichstromerregerkreis eines Umschaltrelais liegt, dessen Umschaltkontakt bei nicht betätigtem Kupplungspedal den vom Fahrpedal einerseits oder vom Bremspedal oder der Feststellbremse andererseits bestimmten Ankerstrom-Sollwert, bei betätigtem Kupplungspedal den von einem Synchronisierregler ermittelten Ankerstrom-Sollwert (Fahr- oder

Bremsstrom-Sollwert), welcher von der Dreh-. Zahldifferenz der .Wellen vor und nach der Kupplung abhängt, dem Ankerstromregler zuführt;

e) es ist eine Sperrdiode zwischen den dem Bremspedal und der Feststellbremse einerseits und dem Kupplungspedal andererseits zugeordneten Schaltern vorgesehen, die eine Erregung des ersten Relais beim Betätigen des Kupplungspedals ermöglicht und eine Erregung des Umschahrelais durch das Betätigen des Bremspedals verhindert:

f) es ist eine Triggerstufe vorgesehen, die ein Signal abgibt, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten, unterhalb der Grunddrehzahl liegenden Wert überschreitet, an deren Ausgang in Reihenschalturg ein zweiter Arbeitskontakt der ersten Relais und die Erregerwicklung eines im Ankerstrom angeordneten Hauptschalters, der von einer das Fließen eines Nutzbremsstronies ermöglichenden Diode überbrückt ist, liegt;

g) an eier Speisespannungsquelle liegt in Reihen-' schaltung ein dritter Arbeitskontakt des ersten Relais und die Erregerwicklung eines Hilfsschalters, welcher einen Widerstand — parallel zum Hauptschalter — zwischen Batterie und Motor, nach Paten: 24 19 987,