DE2914614A1 - Einrichtung fuer den antrieb eines fahrzeuges - Google Patents

Einrichtung fuer den antrieb eines fahrzeuges

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DE2914614A1
DE2914614A1 DE19792914614 DE2914614A DE2914614A1 DE 2914614 A1 DE2914614 A1 DE 2914614A1 DE 19792914614 DE19792914614 DE 19792914614 DE 2914614 A DE2914614 A DE 2914614A DE 2914614 A1 DE2914614 A1 DE 2914614A1
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DE
Germany
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torque
torque control
drive
hydrodynamic
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DE19792914614
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Jean-Jacques Bezencon
Georges Menzi
Lucien Mermoud
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
BBC Brown Boveri France SA
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

  • Einrichtung für den Antrieb eines Fahrzeugs
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Strassen- oder Schienenfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Antriebseinrichtung ist bekannt aus der DE-OS 26 18 073. Hiernach ist ein elektrischer Antriebsmotor über ein hydrodynamisches Getriebe, welches einen Drehmomentwandler und eine Kupplung enthält, mit den Antriebsrädern verbunden, wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit Wandler und Kupplung wechselweise in die Kraftübertragung eingeschaltet werden.
  • Antriebseinrichtungen der vorgenannten Art bieten eine Alternative zu den bekannten elektromotorischen Antrieben mit Drehzahl- oder Drehmoment steuerung durch Beeinflussung der Speisespannung oder des Ankerstromes mit Hilfe einer Leistungselektronik-Schalteinrichtung, etwa eines hinsichtlich seines Einschaltverhältnisses steuerbaren Zerhackers bei Gleichstrommotoren oder eines nach Ausgangsamplitude und Frequenz|steuerbaren Wechselrichters oder Umrichters im Falle von Drehstrommotoren. Die vorliegende Alternative erübrigt eine solche Leistungselektronik mit ihrem auch beim heutigen Entwicklungsstand noch beträchtlichen Aufwand und bei verschiedenen Stromrichtertypen auch Störanfälligkeit. Der elektro-hydraulische Antrieb hat daher nach wie vor Existenzberechtigung und Entwicklungsaussichten. Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Weiterentwicklung eines solchen Antriebssystems in Richtung auf verbesserte Bedienbarkeit und Anpassungsfähigkeit im Hinblick auf wechselnde Verkehrssituationen, unter denen der Fahrzeugantrieb arbeiten muss, wobei insbesondere überhöhte mechanische und elektrische Beanspruchungen beim Anfahren und beim Befahren von Steigungen selbsttätig vermieden werden sollen.
  • Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
  • Die hiernach vorgesehene Drehmomentregelung mit ihrem vom Fahrzeugführer entsprechend den Verkehrsverhältnissen steuerbaren Führungsgrössengeber ermöglicht eine feinfühlige und sichere Dosierung der Antriebskraft und damit auch der Fahrzeugbeschleunigung aus dem Stillstand oder aus niedrigen Geschwindigkeiten heraus, wobei mit steigender Geschwindigkeit die geschwindigkeitsabhängig ansteigenden Fahrwiderstandskomponenten für eine allmähliche Abnahme der für die Beschleunigung verfügbaren Kraft und damit für einen weichen Uebergang in den stationären Fahrzustand mit höheren Geschwindigkeiten sorgen. Vor allem aber sorgt die Drehmomentregelung für eine sichere Begrenzung der im Antrieb auftretenden Beanspruchungen einerseits und vollständige Ausnutzung der vorgegebenen Belastungsgrenzen bei voll ausgesteuertem Führungsgrössengeber andererseits.
  • Weiterbildungen der Erfindung kennzeichnen sich gemäss den Patentansprüchen 2 bzw. 3 durch die Verwendung einer Füllungssteuerung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder einer entsprechenden Kupplung bzw. einer Drehzahlsteuerung oder Drehmoment steuerung des Antriebsmotors als Stellglied für die Drehmomentregelung. Die Verwendung des Drehmomentwandlers oder der Kupplung mit Füllungssteuerung als Stellglied ist besonders vorteilhaft für den Zustandsbereich zwischen Stillstand und niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, während die Beeinflussung des Antriebsmotors hinsicht Drehzahl oder Drehmoment für die höheren Fahrgeschwindigkeitsbereiche mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeitsänderung zwechmässig ist. Als besonders vorteilbaft erweist sich eine Kombination beider Stellgliedarten mit wechselweiser Aktivierung, vorzugsweise in bhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen Wandler- bzw. Kupplungs-Füllungsgrades, gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 7 bzw. 8.
  • Dies ermöglicht eine selbsttätige Beschränkung des mit Schlupf und daher Leistungsverlusten behafteten Wandler oder Kupplungsbetriebes auf vergleichsweise kurzzeitige Fahrzustandsbereiche bei entsprechend schonender Beanspruchung des Antriebsmotors einerseits sowie einen zeitlich im Mittel überwiegenden Betrieb mit Antiebsmotorsteuerung und entsprechend besseren Wirkungsgrad bei höheren Fahrgeschwindigkeiten andererseits. Diese Gesichtspunkte gelten vor allem, jedoch nicht ausschliesslich, für die Verwendung eines elektrischen Antriebsmotors, vorzugsweise eines Kollektormotors, dessen steuerbare Erregung sich besonders vorteilhaft als Stellglied für die Drehmomentregelung verwenden lässt. Eine solche Erregungssteuerung braucht nur eine vergleichsweise geringe Leistung und einen geringen Lei- stungshub zu bewältigen, ist also vergleichsweise mit geringem Aufwand ausführbar, und ermöglicht eine ungesteuerte Ankerstromspeisung mit entsprechend geringem Schaltungsaufwand.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfünrungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt: Fig. 1 das Funktions-Elookschalttild eines elektrischhydraulischen Fahrzeugsantriebs und Fig. 2 das Funktions-Blocschaltbild einer Drehmoment-Regelinrichtung für den Fahrzeugertrieb nach Fig. 1.
  • Beim dergestelten Beispiel handelt es sich um einen Tolleybusantrieb mit zweidrähtiger Fahrleitung F und entsprechenden Stromabnehmern AS uns nachgeordnetem Gleichrichter GL für den angenommenen Fall der Wechselstrom-Fahrdrahtspeisung mit nachgeordneten Kollektor-Antriebsmotor AX. Im Ankerstromkreis sind übliche und nicht naher aufgeführte Hilfs-Schalteinrichtungen vorgesehen3 beisprelswelse eine schematisch angedeutete Sicherungs-und Schutzschaltung SI, ein Haupt schalter s und ein zur Grobumsohaltung des Ankerstromes kurzschliessbarer Vorwiderstand R. Im übrigen handelt es sich um eine ungesteuerte Ankerstromspeisung mit entsprechend einfachem Aufbau des ungesteuerten Gleichrichters GL, der im Falle einer Gleichstrom-Fahrdrahtspeisung überdies entfallen kann.
  • Mit dem Motor AM verbunden sind ein Drehmoment-Messglied SH1 und ein Motordrehzahl-Messglied Snm sowie ein Ankerstrom-Messglied SiA, deren Messsignale, nämlich ein Drehmoment-Istwertsignal Mi, ein Motordrehzahl-Istwertsignal nm sowie ein Ankerstrom-Istwertsignal iAß zusammen mit einer Fahrzustand-Führungsgrösse 5z einer zentralen Steuer- und Regelschaltung SRS zugeführt sind. Letztere übernimmt in noch zu erläuternder Weise die Funktion der Drehmomentregelung sowie andere Steuer- und Regelfunktionen für den Antrieb. Die Fahrzustands-Führungsgrösse 5z wird von einem Führungsgrössengeber Gf geliefert, der seinerseits ein vom Fahrzeugführer gemäss einem willkürlich einstellbaren Fahrzustandsbefehl f, z einstellbares Steuerglied, etwa ein Fahrpedal oder dergleichen enthält, welches in der schematisch dargestellten Weise auf einem elektrischen Signalgeber, etwa in Form eines Potentionmeters oder Drehwinkel-Transmitters, einwirkt. Derartige Einsichtungen sind allgemein bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung.
  • Dem Motor AM ist im Antriebsweg ein hydrodynamischer Drehmomentwandler WM mit einem mechanischen Ueberbrückungsgetriebe nachgeordnet. Letzteres weist ein festes Uebersetzungsverhältnis auf und ist im Beispiel als Schaltkupplung SK ausgebildet, kann also mittels eines entsprechenden Schaltsignals sK zwischen dem starren Uebersetzungsverhältnis, welches den Drehmomentwandler WM mit seinem Schlupf unwirksam macht, und Freilauf mit Wirksamkeit des Drehmomentwandlers umgeschaltet werden. Im Antriebsweg folgt weiter ein mechanisches Schaltgetriebe GTS, welches mit entsprechenden Schaltsignalen gl, g2, g3 im Beispielsfall zwischen drei festen Schaltstufen mit unterschiedlichem Ueber- setzungsverhältnis umschaltbar ist. Diesen Schaltstufen entsprechende Steuersignale sgl, sog2, 5g3 sind ferner zusammen mit einem Ausgangsdrehzahl-Istwertsignal na von einen entsprechenden, dem Schaltgetriebe GTS nachgeordneten Messglied Sn a der Steuer- und Regelschaltung SRS zugeführt. Das Kupplungs-Schaltsignal sK wird im Beispielsfall durch eine ODER-Verknüpfung GO von den Schalt signalen g2 und g3 abgeleitet, so dass der Wandler WM also immer bei Einschaltung der zweiten und dritten Schaltstufe des Getriebes GTS überbrückt ist. Die Schaltsignale gl, g2 und g3 sowie die entsprechenden Steuersignale dgl, 5g2 und Sg3 werden von einer Schaltsteuereinrichtung GS geliefert, beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit oder anderen Fahrzustandsgrössen. Derartige Schaltgetriebesteuerungen für Fahrzeuge sind ebenfalls an sich allgemein bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung.
  • Als Stellglieder für die Drehmomentregelung sind zwei alternativagegebenenfalls auch mit gegenseitiger zeitlicher Ueberlappung der entsprechenden Einschaltzustände, aktivierbare Einrichtungen vorgesehen, nämlich einerseits eine Füllungssteuerung des Drehmomentwandlers WM und andererseits eine Erregungssteuerung des Kollektormotors AM. Für die Füllungssteuerung ist eine Füllungsquelle FQ mit einem Steuerventil VS vorgesehen, welch letzteres mittels eines Füllsteuersignals sfU von der Steuer- und Regelschaltung SRS betätigt wird. Für die Feldsteuerung des Motors ist eine Fremderregung-Feldwicklung WF vorgesehen, die über einen Feldstromrichter FSR von einer eigenen Stromquelle, beispielsweise einer Sammlerbatterie, in Abhängigkeit von einem Feldsteuersignal sF im Sinne der Drehmoment regelung und anderer Regel- und Steuerfunktionen gespeist wird. Ausserdem ist der Kollektormotor als Verbundmotor ausgebildet und hat demgemäss in üblicher Weise eine zusätzliche Ankerstrom-Feldwicklung WA.
  • An Hand von Fig. 2 werden nunmehr Aufbau und Wirkungsweise der im wesentlichen in der Schaltungseinheit SRS enthaltenen Drehmoment-Regeleinrichtung erläutert.
  • Eingangsglied der Regeleinrichtung ist ein Drehmoment-Sollwert-Istwert-Vergleicher SIVM, der eine Drehmoment-Sollwert-Istwert-Differenz DM als Regelabweichungssignal aus den bereits erwähnten Signalen 5z und M. bildet. Hierbei wirkt die Fahrzustands-Führungsgrösse sz als Drehmoment-Sollwert-Signal Ms Das Signal DM kann grungsätzlich in der vorliegenden Form in eine Stellgrösse für die Drehmoment regelung umgesetzt werden, und zwar beispielsweise über ein nachgeordnetes Integralglied IG1, womit die Drehmomentregelung zu einer solchen mit Integralkomponente des Uebergangsverhaltens wird. Dies hat für die praktische Fahrzeugführung den Vorteil, dass auch bei raschem Aussteuern des Fahrzustandsbefehls eine allmähliche Zunahme des wirksamen Drehmomentes erfolgt und somit starke, ruckartige Beanspruchungen des Antrieb es wie auch entsprechende Belastungen der Fahrgäste vermieden werden. Ausserdem ist dieses Integralglied - wie in der schematischen Kennlinie innerhalb des Schaltungsblockes von IG1 schematisch angedeutet - mit einer Ausgangsbegrenzung an sich üblicher Art versehen, wodurch Ueberlastungen durch Beschleunigungskräfte wie auch Ueberlastungen im elektrischen Bereich des Antriebes ausgeschlossen sind.
  • Im Beispiels fall ist die Drehmomentregelung nicht als einfache Integralregelung, sondern mittels eines dem Sollwert-Istwert-Vergleichers SIVM nachgeordneten Grenzwertschalters 5 nach Art einer unstätigen Regelung, hier nach Art einer gl Zweipunktregelung, ausgestaltet. Es ergibt sich somit ein binäres oder begrenztes Regelabweichungssignal DMb3 welches dem nachgeordneten Integralglied IG1 zugeführt wird und somit eine Freigabe der Integration in zunehmendem oder abnehmendem Sinne des Ausgangssignals - je nach dem Vorzeichen von DMb - mit fester Aenderungsgeschwindigkeit bewirkt.
  • Im Beispielsfall sind der Drehmomentregelung gewisse, von der Motor- bzw.Ausgangsdrehzahl des Antriebes abhängige Steuer- und Regelfunktionen unterlagert, und zwar mit Hilfe zusätzlicher, dem Integralglied IG1vorgeordneter Funktionselemente. Diese zusätzlichen Funtionen werden zunächst übergangen und weiter unten näher erläutert, um zuerst die Drehmomentregelung einschliesslich ihrer Stellglieder zu behandeln.
  • Wie-bereits allgemein erwähnt, ist im Beispielsfall ein Uebergang zwischen der Füllungssteuerung des hydrodynamischen Wandlers WM einerseits und der Erregungssteuerung des Kollektormotors AM andererseits im Stellgliedbereich der Regelung vorgesehen. Demgemäss wird das am Ausgang von IG1 erhaltene Drehmoment-Stellsignal 5M zwei Steuerkanälen I und II parallel zugeführt.
  • Der erstgenannte Kanal umfasst einen Begrenzer B1, der ausgangsseitig das bereits zu Fig. 1 erwähnte Füllsteuersignal Sfu für das Steuerventil VS liefert. Dieses Füllsteuersignal ist gemäss der im Schaltungsblock von B1 schematisch angedeuteten Kennlinie auf einen Grenzwert Sfuo, beispielsweise entsprechend einem Füllungsgrad von 100 % bei einem zugeordneten Grenzwert 5MO des Drehmoment-Stellsignals begrenzt.
  • Im Steuerkanal II wird das Drehmoment-Stellsignal sM - abgesehen von einem für eine zusätzliche Ankerstromregelung dienenden Sollwert-Istwert-Vergleicher SIVA - einem Grenzwertschalter Sg2 zugeführt. Dieser Grenzwertschalter erzeugt gemäss der im Schaltungsblock schematisch angedeuteten Kennlinie nur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes, der im Beispielsfall gleich dem Grenzwert 5MO im Begrenzer B1 eingestellt ist, ein Ausgangssignal für das Schliessen eines nachgeordneten Schalters Su, welch letzterer hier im Sinne eines Umschalters für das Aktivieren der Erregungssteuerung als alternatives Stellglied für die Drehmomentregelung wirkt. Bei übereinstimmender Einstellung der Grenzwerte in B1 und 5g2 und Einrichten der Kennlinie von B1 auf einen Grenzwert Sfuo - 100 % erfolgt ein lückenloses Ablösen der beiden Stellglieder im Uebergangsbereich. Im Interesse eines allmählichen Ueberganges zwischen beiden Betriebszuständen kann gegebenenfalls auch eine Ueberlappung durch niedrigere Einstellung des Grenzwertes in Sg2 erreicht werden.
  • Im Steuerkanal II folgt nun ein weiteres Integralglied IG2 mit Rückstelleingang R und zugehörigem Rückstell-Impulsgeber GP, der im Beispielsfall jeweils bei Einschalten der ersten Schalt stufe des Getriebes GTS aktiviert wird und dass durch diese Integration erzeugte Feldsteuersignal sF auf einen mittels eines Summiergliedes eingegebenen Ruhewert 5FO bringt. Das resultierende Feldsteuersignal beeinflusst in an sich üblicher Weise den Feldstromrichter FSR im Sinne einer Erhöhung des Drehmomentes und der gegenelektromotorischen Kraft, d.h. im Sinne einer Verminderung des Ankerstromes im Kollektormotor AM.
  • Beim Anfahren aus dem Stillstand oder niedrigen Geschwindigkeitsbereichen des Fahrzeugs ist zunächst die erste Schaltstufe des Getriebes GTS durch Aktivierung des Schaltsignals gl von der Steuereinrichtung GS aus eingestellt.
  • Beim Hochfahren mit zunehmendem Drehmoment-Stellsignal sM entsprechend der Wirkung des Integralgliedes IG1 wird nun zunächst der ansteigende Kennlinienbereich des Begrenzers B1 mit entsprechend zunehmender Füllung des Drehmomentwandlers WM durchlaufen. Bei Erreichen des vorgegebenen Füllungsgrades bzw. des Grenzwertes 5MO schliesst der Schalter 5u und aktiviert somit über das weitere Integralglied IG2 zunehmend die Feldsteuerung des Kollektormotors als Stellglied. Der Rückstell-Impulsgeber GP ist hierbei ausgangsseitig trotz anstehendem Steuersignal 5g1 wirkungslos und lässt den Rückstelleingang R dieses Integralgliedes unbeeinflusst. Beispielsweise bei Erreichen einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit bzw. Ausgangsdrehzahl na wird nun von GS über g2 die zweite Schaltstufe von GTS eingeschaltet und damit gleichzeitig der Wandler durch Aktivierung von SK und Einrücken der Schaltkupplung im Ueberbrückungsgetriebe SK wirkungslos gemacht. Damit werden auch die schlupfbedingten Leistungsverluste im Wandler oder in einer ent- sprechenden hydrodynamischen Kupplung für den entsprechenden Fahrgeschwindigkeitsbereich aufgehoben und der Wirkungsgrad entsprechend. Gleiches gilt wegen der ODER-Verknüpfung G0 für die dritte Schaltstufe des Getriebes GTS. Erst beim Zurückschalten in die erste Schalt stufe erfolgt über GP und R die Rückstellung des Integralgliedes IG2, im Beispielsfall also in Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl na. Gegebenenfalls kann für diese Rückstellung aber auch eine Abhängigkeit von der Motordrehzahl nm durch an sich naheliegende Steuermittel erreicht werden.
  • Mit dem Vorteil einer wirksamen Ueberlastungssicherung des elektrischen Antriebsmotors sowie allgemein einer erhöhten Ausfallsicherheit des gesamten Regelkreis es ist der Drehmomentregelung im Beispiels fall eine Ankerstromregelung mit dem bereits erwähnten Sollwert-Istwert-Vergleicher SIV unterlagert. Dazu wird diesem Vergleicher das bereits erwähnte Ankerstrom-Istwertsignal zA vom zugehörigen Messglied SiA zugeführt Weiterhin ist in Verbindung mit der Drehmomentregelung und der unterlagerten Ankerstromregelung eine unterlagerte Fahrzeug-Beschleunigungsregelung vorgesehen, die vor allem für vom Motordrehmoment mehr oder wenlger unabhängige, positive oder negative Beschleunigungskomponenten wirksam ist, wie sie beim Befahren von Steigungen vor allem bei Strassenfahrzeugen unter Umständen stark in Erscheinung treten. Diese unterlagefte Beschleunigungsregelung trägt wesentlich zur Bedienungserleichterung und zum Fanrkomfort bei.
  • Die unterlagerte Beschleunigungsregelung ist im Beispielsfall mittels eines eigenen Sollwert-Instwert-Vergleichers SIVn eingeführt, in dem das bereits erwähnte Differenzsignal DE sowie gegebenenfalls zusätzlich eine nicht dargestellte, einstellbare Sollwert- oder Führungsgrössenkomponente und im übrigen als Hilfsregelgrössen-Istwertsignal der zeitliche Differentialquotient dna der Ausgangsdrehzahl na mit gegensinnigen Vorzeigen überlagert sind. Diese zeitliche Ableitung der Ausgangs drehzahl wird mittels eines Differenziergliedes DG gebildet. Das ausgangsseitig entstehende, nicht näher bezeichnete3 resultierende Differenzesignal ist unmittelbar dem Integralglied IG1 zugeführt, wird also mit seinen je nach Fahrzustand unterschiedlichen Werten zeitlich aufintegriert (bis zu der bereits erwähnten Ausgangsbegrenzung des Integralgliedes) und bewirkt also eine veränderliche zeitliche Steigung der Hochfahrkennlinie des Reglers, und zwar im Sinne einer Gegenkopplung zu auftretenden Abweichungen von dem durch den Grenzwertschalt er Sgl vorgegebenen Normal-Hochfahrvorgang mit festem zeitlichen Anstieg des Drehmoment-Stellsignals sM.
  • Ferner ist noch zusätzlich, und zwar ebenfalls unter Benutzung des Sollwert-Istwert-Vergleichers SI7n , eine Antriebsmotor-Drehzahlbegrenzung unterlagert. Diese umfasst einen Grenzwertgeber GG, der verschiedene durch die Schaltstufen-Steuersignale sgl, sog25 Sg3 aktivierbare Stufen mit unterschiedlichen, hier nicht näher veranschaulichten Werten eines Motordrehzahl-Grenzwertsignals nmg aufweist.
  • Letzteres wird in einem Grenzwert-Istwert-Vergleicher GIV mit der Motordrehzahl nm verglichen. Dass so erhaltene Differenzsignal wird über einen Verstärker V mit vergleichsweise hohen Verstärkungsgrad und einen für negative Differenzwerte sperrenden Begrenzer B2 in Form eines Drehzahl-Begrenzungssignals sbn dem Vergleicher SIVn zugeführt. Infolge der hohen Verstärkung wird das letztgenannte Signal im Vergleich zu den übrigen Signalkomponenten am Vergleicher SIV so stark überwiegen, dass bei Ueberschreiten der entn sprechenden Drehzahlgrenze eine wirksame Begrenzung der Motordrehzahl über das jeweils aktive Stellglied eintritt.
  • Der Antriebsmotor wird somit in jeder der verschiedenen Getriebe-Schalt stufen wirksam innerhalb des aus Sicherheitsgründen zuträglichen Drehzahlbereiches gehalten.
  • Abschliessend ist zu erwähnen, dass anstelle einer steuerbaren Fremderregung des elektrischen Antriebsmotors gegebenenfalls auch eine steuerbare Nebenschlusserregung verwendet werden kann, was unter Umständen eine Verminderung des Bauaufwandes ermöglicht. An dies Stelle des in Fig. 1 angedeuteten Feldstromrichters tritt dann beispielsweise ein steuerbarer Nebenschlusszerhacker für die zugehörige Nebenstrom-Feldwicklung. In jedem Fall ergibt sich der wesentliche Vorteil gegenüber einer Ankerstromsteuerung mittels Leistungselektronik, dass nur die vergleichsweise geringe Erregungsleistung gesteuert werden muss.
  • Bezeichnungsliste F Fahrleitung AS Stromabnehmer GL Gleichrichter SI Sicherungs- und Schutzschaltung S Haupt schalter R Vorwiderstand AM Kollektormotor SiA Ankerstrom-Messglied WA Ankerstrom-Feldwicklung WF Fremderregungs-Feldwicklung FSR Feldstromrichter SMi Drehmoment-Messglied Snm Motordrehzahl-Messglied WM Drehmomentwandler SK Ueberbrückungs-Schaltgetriebe zu WM FQ Füllungsquelle zu WM VS Steuerventil zu FQ GTS Schaltgetriebe GS Schaltsteuereinrichtung zu GTS Sna Ausgangsdrehzahl-Messglied G Fahrzustands-Führungsgrössengeber SIVM Drehmoment-Sollwert-Istwertvergleicher Sgl,Sg2 Grenzertschalter GG Grenzwert geber GIV Grenzwert-Istwertvergleicher V Verstärker B15 B2 Begrenzer SIVn Beschleunigungs-Sollwert-Istwertvergleicher IG1,IG2 Integralglied SIVA Ankerstrom-Sollwert-Istwertvergleicher Su Umschalter SRS Steuer- und Regelschaltung R Rückstelleingang zu IG2 GP Rückstell-Impulsgeber DG Differenzierglied SK Kupplungs-Schaltsignal SF Feldsteuersignal SFO Ruhewert zu SFO 1A Ankerstrom (Istwertsignal) Mi Drehmoment (Istwertsignal) M5 Drehmoment-Sollwertsignal nm Motordrehzahl (Istwertsignal) nmg Motordrehzahl-Grenzwert
    SglJ
    Steuersignal zu GG
    sg3
    "G1, G2, Schaltsignal zu GTS
    G3
    f Fahrzustandsbefehl z 5z Fahrzustands-Führungsgrösse DM Drehmoment-Sollwert-Istwertdifferenz DM6 begrenztes Drehmoment-Sollwert-Istwertdifferenz sbn Drehzahl-Begrenzungssignal na Ausgangsdrehzahl-Istwertsignal dna Ausgangsdrehzahl-Beschleunigungssignal 5M Drehmoment-Stelsignal 5 MO Grenzwert von sM w@@ Füllsteuersignal zu VS 5fuO Grenzwert von sfu L e e r s e i t e

Claims (23)

  1. Patent ansp ruche 9 Einrichtung für den Antrieb eines Fahrzeugs. insbesondere eines Strassen- oder Schienenfanrzeugs, mit mindestens einem Antriebsmotor und nachgeordnetem Getriebes das eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist, gekennzeichnet durch eine Drehnoment-Regeleinrichtung mit einem in Abhängigkeit von einem Fahrzustandsbefehl (fz), steuerbaren Führungsgrössengeber (Gf), der an den Sollwerteingang (M5) eines nachgeordneten Drehmoment-Sollwert-Istwert-Vergleichers (SIVM} angeschlossen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Drehmoment-Regeleinrwohtung als Stellglied nachgeordneter hydrodynamischer Drehmomentwandler (WM) oder eine hydrodynamische Kupplung mit Füllungssteuerung (FQ, VS) vorgesehen ist
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Drehmoment-Regeleinrichtung als Stellglied nachgeordnete Antriebsmotor-Drehzahlsteuerung oder -Drehmomentsteuerung vorgesehen ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmotor (AM) ein elektrischer Kollektormotor mit steuerbarer Erregung (FSR) als Stellglied für die Drehmomentregelung vorgesehen ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektormotor (AM) eine kombinierte Fremd-und Ankerstrom-Erregung mit steuerbarer Fremderregung als Stellglied für die Drehmomentregelung aufweist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kollektormotor (AM) eine ungesteuerte Ankerstromspeisung (GL) vorgesehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 3 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung Umschaltmittel (B2, Su) für den Uebergang zwischen der Füllungssteuerung (FQ, VS) des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (WM) bzw. der hydrodynamischen Kupplung einerseits und der Antriebsmotor-Drehzahlsteuerung oder -Drehmomentsteuerung anderseits als wechselweise aktivierbare Stellglieder für die Drehmomentregelung aufweist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen Wertes des Wandler- bzw. Kupplungs-Füllungsgrades oder eines entsprechenden Steuersignals (sruO, SMO) steuerbare Schaltmittel (Su) ) für die Aktivierung der Antriebsmotor-Drehzahlsteuerung oder -Drehmomentsteuerung als Stellglied für die Drehmomentregelung aufweist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens annähernd 100% entsprechender Füllungsgrad als Grenzwert für die Aktivierung der Antreibs-Drehzahlsteuerung oder -Drehmomentsteuerung vorgesehen ist.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung ein rückstellbares Integralglied (IG2) für die Antriebs-Drehmotor-Drehzahlsteuerung oder -Drehmomentsteuerung aufweist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das Integralglied (IG2) der Antriebsmotor-Drehzahlsteuerung oder Drehmoment steuerung eine in Abhängigkeit vom Erreichen mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes der Motordrehzahl (nm) oder der Antriebs-Ausgangsdrehzahl (na) aktivierbare Rückstellung vorgesehen ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem hydrodynamischen Drehstromwandler (WM) bzw. mit der hydrodynamischen Kupplung in Antriebsverbindung stehendes, in Abhängigkeit von der Motor- oder Antriebs-Ausgangsdrehzahl steuerbares Schaltgetriebe (GTS) vorgesehen ist und dass die Rückstellung des Integralgliedes (IG2) der Antriebsmotor-Drehzahlsteuerung bzw. -Drehmomentsteuerung in -Abhängigkeit von der Einschaltung mindestens einer vorgegebenen Schaltstufe des Schaltgetriebes (GTS) aktivierbar ist.
  13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung eine unterlagerte Ankerstromregelung für den Kollektormotor (AM) mit einer steuerbaren Erregung als Stellglied aufweist.
  14. 14. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung als Integralregelung, vorzugsweise mit vorgegebener Ausgangsbegrenzung, ausgebildet ist.
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment-Sollwert-Istvergleicher (SIVM) mit nachgeordnetem, vorzugsweise ausgangsbegrenztem Integralglied (IG1) vorgesehen ist.
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehmoment-Sollwert-Istwertvergleicher (SIVM) ein vorzugsweise als Grenzwertschalter (dgl) ausgebildeter Begrenzer nachgeordnet ist.
  17. 17. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche insbesondere nach einem der Ansprüche 4 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit der Drehstromregelung und gegebenenfalls mit der unterlagerten Ankerstromregelung des Antriebsmotors (AM) eine unterlagerte Beschleunigungsregelung mit der zeitlichen Ableitung (dna) der Antriebs-Ausgangsdrehzahl (na) als Hilfsregelgrösse vorgesehen ist.
  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die unterlagerte Beschleunigungsregelung ein Sollwert-Istwertvergleicher (SIVn) mit einem nachgeordnetem, vorzugsweise ausgangsbegrenztem Integralglied (IG1) vorgesehen ist.
  19. 19. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Regeleinrichtung eine unterlagerte Antriebsmotor-Drehzahlbegrenzung aufweist.
  20. 20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmotor-Drehzahlbegrenzung einen Grenzwert-Istwertvergleicher (GIV) mit zugeordnetem Grenzwertgeber (GG) aufweist.
  21. 21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Antriebsmotor (AM) nachgeordnet es Schaltgetriebe (GTS) mit zugehöriger Schaltsteuerung (GS) vorgesehen ist und dass der Drehzahlbegrenzungs-Grenzwertgeber (GG) mit dieser Schalt steuerung in Steuerverbindung steht und in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Schaltstufe des Getriebes steuerbar oder zwischen mindestens 2 verschiedenen Grenzwerten umschaltbar ist.
  22. 22. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den hydrodynamischen Drehmomentwandler (WM) oder die hydrodynamische Kupplung ein zwischen starrer Uebersetzung und Freilauf umschaltbares Ueberbrückungsgetriebe (SK) vorgesehen ist.
  23. 23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem hydrohynamischen Drehmomentwandler (WM) bzw. der hydrodynamischen Kupplung in Antriebsverbindung stehendes Schaltgetriebe (GTS) vorgesehen ist und dass die Umschaltung des Ueberbrückungsgetriebes (SK) auf starres Uebersetzungsverhältnis mit der Einschaltung mindestens einer vorgegebenen Schaltstufe des Schaltgetriebes (GTS)gekoppelt ist.
DE19792914614 1979-02-22 1979-04-11 Einrichtung fuer den antrieb eines fahrzeuges Ceased DE2914614A1 (de)

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