DE2812491C2

DE2812491C2 - Vorrichtung zum Steuern einer Gleichstrommaschine im Nutzbremsbetrieb

Info

Publication number: DE2812491C2
Application number: DE2812491A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 6940 Weinheim Kahlen
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE2812491A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer ein Fahrzeug antreibenden Gleichstrommaschine auf konstantes Moment im Nutzbremsbetrieb gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der älteren deutschen Patentanmeldung gemäß DE-OS 27 32 399 ist eine Nutzbremse mit einem Gleichstromreihenschluß-Fahrmotor bekannt, bei der mit Hilfe eines Gleichstromstellers die aus Anker, Reihenschlußfeldwicklung und Drossel gebildete Reihenschaltung taktweise kurzgeschlossen wird. Der Gleichstromsteller wird derart gesteuert, daß der Strom um einen Mittelwert schwankt Bei höchster Geschwindigkeit wird der Magnetfluß des Fahrmotors so eingestellt, daß die Rückspeisespannung gleich oder kleiner ist als die Spannung des Netzes. Mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit wird der Magnetfluß so vergrößert, daß die Rückspeisespannung möglichst lange konstant gehalten wird. Solange die Rückspeisespannung konstant bleibt, wird für den Ankerstromsteller ein Sollwert des Ankerstroms vorgegeben, der proportional zur Motordrehzahl verläuft, so daß sich ein konstantes Bremsmoment einstellt

In der genannten Offenlegungsschrift ist ferner eine Ausführung des Fahrmotors angegeben, bei dem zusätzlich zu der Reihenschlußfeldwicklung eine zusätzliche fremderregte Nebenschlußwicklung vorgesehen ist Während der in der Reihenschlußwicklung gebildete Magnetfluß nicht geregelt wird und sich selbsttätig entsprechend dem momentan fließenden Ankerstrom einstellt, wird der in der Nebenschlußwicklung gebildete Magnetfluß so geregelt, daß sich der gewünschte Gesamtfluß, der für eine möglichst konstante Rückspeisespannung benötigt wird, einstellt Die genannte Offenlegungsschrift enthält keine Angaben, wie der Sollwert für den Ankerstromregler gewonnen werden kann, damit sich der gewünschte Verlauf des Moments einstellt

In der Zeitschrift »BBC-Nachrichten« 1976, Heft 10/11 ist in dem Aufsatz »Antriebe für Elektrospeicherfahrzeuge im Stadtverkehr« der auf diesem technischen Fachgebiet erreichte Stand ausführlich beschrieben. Danach sind die wichtigsten Kriterien für einen geeigneten Antrieb die Kosten des Antriebs, die Reichweite des Fahrzeuges mit einer Batterieladung, die Handhabung und die Zuverlässigkeit Bei der in dieser Zeitschrift beschriebenen Lösung treibt eine fremderregte Gleichstrommaschine über ein umschaltbares Wechselgetriebe das Fahrzeug an. Dadurch kann bei geeigneter Wahl der Getriebeübersetzungen das Verhältnis von Ankerstellbereich zu Gesamtstellbereich geringer und damit der Motor kleiner werden. Im Anfahrbereich setzt eine höhere Getriebeübersetzung das größte Motormoment und damit den höchsten Motorstrom heraD. Dadurch fällt der Ankerstromsteller kleiner aus. Generatorisch gebremst wird nur im Feldstellbereich. Der Strom fließt dabei über einen Kontakt, der den Ankersteller überbrückt, zur Batterie.

Dadurch erfordert der Bremsbetrieb keine zusätzlichen Einrichtungen. Im verbleibenden Ankerstellbereich wirkt eine hydraulische Fahrzeugbremse. Da sich nach diesem bekannten Konzept der Ankerstellbereich und der Ankerstrom klein halten lassen, ergeben sich im Anfahrbireich geringe Batterieverluste.

In derselben Zeitschrift ist auch eine Schaltung beschrieben, die einen Nutzbremsbetrieb auch im Ankerstellbereich ermöglicht. Bei dieser Lösung wird der Ankersteller nicht überbrückt. Man schließt vielmehr die Ankerklemmen des Motors periodisch kurz, so daß die Spannung an den Ankerklemmen über die Batteriespannung hinaus ansteigt und einen periodischen Strom in die Batterie zurückschickt. Mit dieser Einrichtung kann das Fahrzeug praktisch bis zum Stillstand elektrisch gebremst werden.

Im weiten Feldstellbereich kann mit oder ohne Getriebeumschaltung eine konstante maximale Motorleistung gefahren werden. Im Bremsbetrieb wird dagegen ein möglichst konstantes Bremsmoment über den gesamten Geschwindigkeitsbereich gefordert. Aus der Beziehung für das Motordrehmoment M= k ■ Φ · I (M= Drehmoment, &= konstanter Faktor, Φ = Luftspaltfluß, /= Ankerstrom) ist der für eine Bremsregelung vorzugebende Stromsollwert abzuleiten zu

·"" k-Φ ■

Der Sollwert des Momentes Af_JO;; wird von der Stellung des Bremspedals vorgegeben. Die Division Msoiilk ■ Φ kann jedoch nur durchgeführt werden, wenn das Produkt k-Φ als elektrisches Signal vorliegt. Faktoren, die durch das schaltbare Wechselgetriebe oder durch den Drehmomentwandler zu berücksichtigen wären, können nicht mit einfachen Mitteln nachgebildet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung anzugeben, mit der sich bei Fahrzeugen auch mit Wechselgetriebe ein konstantes Bremsmoment einstellen läßt, ohne daß die als Fahrmotor verwendete fremderregte Gleichstrommaschine überlastet wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Der erfindungsgemaßen Losung liegt folgende theoretische Überlegung zugrunde:

Der von der Stellung des Bremspedals abhängige Poteniiometerabgriff liefert den Soi'wert für den Ankerstromregler. Mit einem der Potentiometerstellung entsprechenden Faktor C und einem der Winkelgeschwindigkeit Ω proport.onalen Wen wird I₅₀₁₁=C Ω.

Im Feldstellbereich der Drehstrommaschine gilt beim Bremsen n>

U„ = Α· Φ Ω - I - R bzw.

Das Moment wird zu

M = A" ■ Φ ■ 1 = ~~- ■ I-

Bei einer Ankerstromregelung wird /= /„,„ = C ■ Ω. Damit wird

M = (U₈+ I- R) ■ C.

Das Drehmoment des Motors ist damit im gesamten j-, Feldstellbereich unabhängig von der Drehzahl oder einer wechselnden Getriebeübersetzung und nur von der Stellung des Bremspedals bzw. des Potentiometers abhängig.

Im Ankerstellbereich wird bei konstanter Erregung jo und fester Getriebeübersetzung das Potentiometer von einer festen Spannung gespeist, die gleich der Tachospannung im Nennbetriebspunkt der Gleichstrommaschine, d. h. am Übergangspunkt zwischen Ankerstellbereich und Feldstellbereich ist. Dadurch r, wird auch im Ankerstellbereich ein konstantes Bremsmoment erzielt. Es hat sich gezeigt, daß eine Anpassung der festen Spannung im praktischen Betrieb nur bei der ersten Getriebestufe nötig ist, denn beim Fahren in höheren Getriebestufen wird der Ankerstellbereich praktisch bedeutungslos, da er nur einen sehr kleinen Geschwindigkeitsbereicn überstreicht Auch könnte in den höheren Getriebestufen der Ankerstrom beim Bremsen mit maximalem, konstantem Bremsmoment unzulässig hohe Werte annehmen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Zu den Hauptkomponenten des elektrischen Antriebs gehören ein Antriebsmotor 9 mit Feldwicklung 10, ein Gleichstromsteller für den Ankerstrom, bestehend aus Ankersteller 4 und Stellerregelung 5, und eine Fahrzeugbatterie 1. Zu diesen Komponenten sind ein Feldsteller 6, Regelelektronik 7, Fahrzeugsteuerung 8, Bedienungs- und Anzeigeelemente 19 und ein Hauptschütz 3 funktionell zugeordnet.

Zur Steuerung des Fahrzeugs sind Potentiometer jeweils mit dem Fahr- und Bremspedal verbunden. Die Zeichnung zeigt das mit dem Bremspedal verbundene Potentiometer 14. Das Potentiometer 14 wird von einer Spannungsgrößtwertauswahlschaltung 16 gespeist. Diese erhält E'ngangsspannungen sowohl von einer Konstantspannungsquelle 15 als auch von einem Tachometergenerator 12, welcher am abtriebsseitigen Ende des Getriebes 11 angeordnet ist und somit eine Spannung abgibt, die der Umdrehungsgeschwindigkeit der Fahrzeugräder 13 und damit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbst proportional ist. Die Konstantspannungsquelle 15 .st aus den weiter oben schon genannten Gründen nur an die Spannungs- und Drehzahlverhältnisse im l.Gang des Getriebes 11 angepaßt und deshalb nicht veränderbar.

Der Feldregelkreis ist dem Ankerregelkreis unterlagert. Beim Bremsen regelt daher der Feldsteller 6 im Feldstellbereich den Erregerstrom so, daß der Ankerstrom den vorgegebenen Wert erreicht.

Bezüglich weiterer Einzelheiten, insbesondere des Aufbaus und der Funktion der einzelnen Funktionsblökke der in der Zeichnung dargestellten Steuerschaltung, wird auf die eingangs erwähnte Zeitschrift »BBC-Nachrichten« verwiesen.

Hierzu 1 BIaH Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Steuern einer ein Fahrzeug antreibenden Gleichstrommaschine (9) auf konstantes Moment im Nutzbremsbetrieb durch Vorgabe eines geeigneten Sollwertes für den Ankerstromregler (5) eines als Ankersteller (4) wirkenden Gleichstromstellers, derart daß der Ankerstrom im Ankerstellbereich der Maschine (9) konstant, im Feldstellbereich proportional zur Maschinendrehzahl geregelt wird, und durch Regelung des Luftspaltflusses einer fremderregten Feldwicklung mittels Feldsteller (6) und Regelelektronik (7), dadurch gekennzeichnet, daß ein Tachometergenerator (12), der eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Spannung abgibt, eine Konstantspannungsquelle (15) und eine Spannungsgrößtwertauswahlschaltung (16), die mit der jeweils größeren der beiden Spannungen ein mit dem Bremspedal verbundenes Sollwertpotentiometer (14) für den Ankerstromregler (5) speist, vorgesehen sind, daß der Feldregelkreis dem Ankerregelkreis unterlagert ist und daß die Spannung der Konstantspannungsquelle (15) auf die Drehzahl- und Spannungsverhältnisse im Nennpunkt der Maschine (9) bei der — falls das Fahrzeug ein Wechselgetriebe (11) besitzt — kleinsten Getriebestufe abgestimmt ist

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