DE3246981A1

DE3246981A1 - Elektrischer fahrzeugstrom-regler

Info

Publication number: DE3246981A1
Application number: DE19823246981
Authority: DE
Inventors: Max Charlottesville Va. Berman; William Gustive Earlysville Va. Klimmek; Charles Edward Roanoke Va. Konrad
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-18
Publication date: 1983-06-30
Also published as: GB2159011A; GB2112233B; GB2112233A; GB8516250D0; GB2159011B

Description

O ·β

ο ο · e ο · ο
ο β C
ο · r

ο ο β οο

Elektrischer Fahrzeugstrom-Regler

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungsregelsysteme für durch einen elektrischen Traktionsmotor angetriebene Fahrzeuge und insbesondere auf ein auf die Beschleunigungspedalstellung ansprechendes Regelsystem, das auf jedes Inkrement einer Beschleunigung spedalbewegung über dem vollen Bewegungsbereich reagieren kann. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf elektrische Gleichstrom-Motorstromregler und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des elektrischen Bremsstroms in einem elektrischen Gleichstrom-Traktionsmotor.

Das Ansprechen eines internen Verbrennungstriebwerks in einem Fahrzeug auf eine Beschleunigungspedal-Bewegung ist im wesentlichen linear, d. h. die Triebwerksdrehzahl ändert sich unter konstanter Last für jeden Bewegungsschritt des Beschleunigungspedals, wobei ein maximales Drehmoment bei einer maximalen Verschiebung des Beschleunigungspedals entwickelt wird. Eine Bedienungsperson, die von einem durch ein internes Verbrennungstriebwerk angetriebenes Fahrzeug auf ein von einem Gleichstrom-Traktionsmotor angetriebenen Fahrzeug umsteigt, könnte sich einfacher an das elektrische Fahrzeug anpassen, wenn das Ansprechen des Beschleunigungspedals ähnlich wäre. Dies ist jedoch normalerweise nicht der Fall.

Bei gegenwärtig verwendeten elektrischen Fahrzeugen werden elektronische Leistungsrichter verwendet, um das Drehmoment oder die Drehzahl zu steuern, die durch die elektrischen Traktionsmotoren entwickelt werden, üblicherweise weist der Regler eine Tastverhältnis-oder Zerhackerschaltung auf, die die durch die Motoren entwickelte Leistung verändern, indem die prozentuale Zeit, in der die Motoren direkt mit einer Leistungsquelle verbunden sind, gesteuert wird. Für eine maximale Mobilität ist die Leistungsquelle eine Batterie, die die verfügbare Leistung

für die Motoren begrenzt. Der Regler weist ferner eine auf die Beschleunigungspedalstellung ansprechende Einrichtung auf, um das Tastverhältnis der Zerhackerschaltung zu verändern.

Bei einigen Systemen wird die BeschleunigungspadaiL-steilung direkt in das Tastverhältnis umgesetzt, do h. die Mittelstellung entspricht 50 % Leitfähigkeit der Zerhackerschaltung und eine volle Verschiebung entspricht 100 % Leitfähigkeit. Bei sehr kleinen Drehzahlen bzw«. Geschwindigkeiten erzeugt jedoch ein derartiges System sehr hohe Drehmomente bei kleiner Beschleunigungspedalverschiebung , da die Gegenelektromotorische Kraft des Motors drehzahlabhängig ist« In der Praxis haben derartige Systeme zur Folgeρ daß die verfügbare Drehmomentsteuerung bei kleiner Drehzahl auf die ersten 30 % der Beschleunigungsdrehzahlbewegung begrenzt ist, wodurch das Beschelunigungspedal sehr empfindlich gemacht

Bei einigen anderen elektrischen Fahrzeugsystemen wird der Motorstrom direkt proportional zur Beschleunigungspedalstellung gemacht= Ein derartiges System hat eine gute Leistungsfähigkeit bei.kleinen Drehzahlen! bei höheren Drehzahlen jedoch, wo die Anlegung der vollen Spannung an den Motor einen kleinen Strom zur Folge hat aufgrund der großen Gegen-EMK, kann der maximale ( Stromwert mit nur 1/β der gesamten Pedalverschiebung erhalten werden»

Um die Geschwindigkeit der Abnutzung von mechanischen Bremsen in elektrischen Fahrzeugen, wie beispielsweise Gabelstaplern oder anderen Industriekarren, zu verkleinern, ist es üblich, eine Form der elektrischen Bremsung einzusetzen» Eine übliche Form der elektrischen Bremsung ist das dynamische Bremsen oder die Gegenstrombremsung, bei der der Motoranker durch eine Diode kurzgeschlossen wird und der Motorfeldstrom und somit das Drehmoment durch die Zerhackerschaltung geregelt wird. Im allgemeinen erzeugt ein kleiner Feldstrom einen relativ hohen Anker-Strom« Eine Regelung auf ein gewünschtes Bremsmoment unter diesen Umständen hat zur Folge,daß sie nicht effizient ist, da der

Ankerstrom so groß ist in bezug auf den Feldstrom, daß die Ankerrückwirkung die normale Feldflußsteuerung des Ankerstroms stört. Da eine derartig kleine Feldstromerregung bei höheren Ankergeschwindigkeiten sehr große Werte des Ankerstroms erzeugt, wird die Steuerung der Inbetriebsetzung der Gegenstrombremsung relativ kritisch.

Wenn eine Zerhackerschaltung verwendet wird, um den Motorstrom zu regeln, erfordert der übergang von einem Motorbetrieb zu einem Bremsbetrieb üblicherweise, daß die Zerhackerschaltung von einer relativ hohen prozentualen Einschaltzeit auf eine relativ kleine prozentuale Einschaltzeit umschaltet. Ein typischer übergang könnte von 95 % Einschaltzeit pro Periode auf 1 % Einschaltzeit pro Periode betragen. Ein kleines Tastverhältnis beim Bremsbetrieb bewirkte gegelegentlich ein Blockieren oder Rucken aufgrund einer Doppelpulsierung, ein aus einem Stromimpuls resultierender Zustand, der den Bremsstrom nahezu auf einen gewünschten Wert bringt, der von einem zweiten Impuls gefolgt wird, der ein großes überschwingen des Stromes zwangsläufig zur Folge hat. Ein Teil des Grundes für die Doppelpulsierung beruht auf der Tatsache, daß die Regelschleifen leicht instabil sind aufgrund einer großen zeitlichen Verzögerung zwischen dem Ankerstrom und dem Maschinenfluß. Der Zerhacker legt eine Spannung an die Feldwicklung an, während der -Ankerstrom überwacht wird. Zu der Zeit, zu der der Ankerstrom den gewünschten Wert erreicht, ist der Feldstrom und deshalb der Maschinenfluß über den Wert hinaus angestiegen, der zum Erzeugen des gewünschten Ankerstromes notwendig ist, wodurch ein überschwingen des Drehmomentes bewirkt wird. Bis zu einem gewissen Grad stammt das Bremsstrom-Regelproblem von der Notwendigkeit/ den gleichen Stromfühler sowohl im Motorbetrieb als auch im Bremsbetrieb verwenden zu können. Die übliche Stromfühlerfilterung zur Lieferung einer Anzeige des mittleren Stromes in elektrischen Fahrzeugen könnte auf einen Punkt bei etwa 80 % auf der Welligkeitskurve ansprechen, d. h. die übliche Lösung besteht darin zu versuchen, die Stromspitzen zu regeln. Bei diesen Anwendungsfällen haben transiente Spannungsspitzen, die

aus der Zerhackerwirkung in dem induktiven Stromkreis resultieren „ hohe Werte, die die Genauigkeit des Regelsystems beeinflussen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Stromregelsystem für elektrische Bremsen eines elektrischen Gleichstroamotors zu schaffen«

Weiterhin soll @in Bremsstrom-Regelsystem für einen Gleichstrommotor-Umschaltregler geschaffen werden, der das Ruckmoment auf äen Motor vermindert«, Dabei soll die Doppel- oder Vielfach-Pulsierung des Motors vermieden werden« Außerdem soll das Regel- ^ system auf absolute Werte des Änkerstroms ohne Filterung an- ^ sprechenο Ferner soll ein verbesserter Drehmoment/Drehzahl-Regler für einen Elektromotor und insbesondere für ein durch einen Elektromotor angetriebenes Fahrzeug geschaffen werden, wobei der Regler auf eine inkrementale Beschleunigungspedal-Bewegung über den vollen Bereich der Beschleunigungspedal-Verschiebung ansprechen soll»

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Stromregelanordnung mit einer Mikrocomputer-Steuerung für einen Schaltregler zur Leistungszufuhr mit einem elektrischen Gleichstrom-Traktionsmotor verbunden wird» Bei einem elektrischen Fahrzeug liefert das an dem Fahrzeug angebrachte Beschleunigungspedal (\. einen Befehl für das gewünschte Motordrehxnoment in der Form eines Sollstromsignalsο Die Mikrocomputer-Steueranordnung überwacht den Ist-Motorstrom und spricht auf das Soll-Motorstromsignal an, um den Ist-Motorstrom auf den Sollwert zu regeln, so lange der Iststrom nicht erfordert, daß die prozentuale Leitfähigkeit des Umsehaltreglers die prozentuale Verschiebung des Beschleunigungspedals überschreitet» Wenn die erforderliche Leitfähigkeitszeit die Verschiebung des Beschleunigungspedals überschreitet, vjird die prozentuale Leitfähigkeitszeit auf die prozentuale Beschleunigungspedalverschiebung begrenzt. Die Regelanordnung liefert anschließend Steuersignale an den Umschaltregler zum Ausführen der leitenden und nicht-leitenden Zeitintervalle. Gemäß einem Äusführungsbeispiel liefert der Mikrocomputer eine Einleitungsfolge bzw. -sequenz bei Betätigung,

^ΟΓ|Ο ·· οοη α«·* on sie«

-10 w

die die Erregung des Umschaltreglers für ein vorbestimmtes Zeitintervall verhindert, um ein Schließen der Leistungsschaltkontakte sicherzustellen, die eine Leistungsquelle mit der Regelanordnung und dem Motor verbinden. Vorzugsweise wird das tatsächliche oder Ist-Motorstromsignal durch Ablesen des Motorstromes bei festen Zeitintervallen in jeder Betriebsperiode er- halten, wobei das Zeitintervall eine vorbestimmte Zeit vor dem Ende von jedem leitenden Zeitintervall auftritt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß ^. ein Stromregler in eine Mikrocomputer-Regelanordnung eingefügt ist, in der ein Umschaltregler, der im Tastverhältnis arbeitet, den Strom zu einem elektrischen Gleichstrom-Traktionsmotor regelt. Wenn eine elektrische Bremsung erwünscht ist, beendet die Regeleinrichtung die Steuersignale zu dem Umschaltregler und geht automatisch in den Brembetrieb über, in dem ein Umschaltregler, der mit Zeitverhältnis-Steuerungen arbeitet, den Strom zu einem elektrischen Gleichstrom-Traktionsmotor regelt. Wenn ein elektrisches Bremsen erwünscht ist, beendet die Regeleinrichtung die Steuersignale zu dem Umschaltregler und geht automatisch in den Brembetrieb über, indem das Zeitverhältnis der leitenden zur nicht-leitenden Zeit unmittelbar auf einen sehr kleinen Prozentsatz eingestellt wird. Eine Stromregelung wird ( anschließend dadurch erhalten, daß nur auf Ablesungen des Ankerstromes bei einem vorbestimmten Zeitintervall nach der Beendigung der Leitfähigkeitzeit des Reglers angesprochen wird. Vorzugsweise enthält die Regeleinrichtung einen Vergleicher zum Vergleichen des Soll-Bremsstroms mit dem Ist-Bremsstrom, wobei der Vergleicher nach der vorbestimmten Zeit dazu verwendet wird, das nächste leitende Zeitintervall des Reglers einzuleiten, wenn der Ist-Stromunter den Soll-Strom abfällt. In dieser Anordnung regelt die Einrichtung die Täler der Bremstromwelle und eliminiert somit die Phasenverzögerungsprobleme, die durch induktive transiente Vorgänge hervorgerufen werden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Aus-

⁰⁰ & 3 3 0 3 SO

U OQO Ί ο rig j

OO D ß OfJ -

?i ρ ti ϊ> ΐϊ Ο Λ

ί t ί^τ Οίϊ

führungsbeispielen näher erläutert..

Figur 1 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild von einer ¥ersorgungsschaltung für einen elektrischen Gleichstrommotor O

Figur 2 ist ©ine graphische Darstellung der Drehmoment/Drehzahl-Kurven von einem Gleichstrommotor mit einer Konstantspanaungserregung„

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Drehmoment/Drehzahl-Kurven von einem Gleichstrom-Motor mit Konstantstromerregung „

Figur 4 ist ein funktionales Blockdiagrsnn von einer Gleichstrom-Motor-Regeleinrichtung gemäß den Konzepten der vorliegenden Erfindung«

Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Drehmoment/Drehzahl-Kurven von einem Gleichstrom-Motor, der gemäß der vorliegenden Erfindung geregelt wird»

Figur 6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm von einer Regeleinrichtung mit einem Mikrocomputer gemäß der vorliegenden

Figur 7 ist ein auseinandergezogenes Blockdiagramm von dem Mikrocomputersystem gemäß Figur 6„

Figuren 8 bis 15 stellen Fließbilder für die Software des Regelsystems gemäß Figur 7 dar_o

Figur 1 zeigt die Hauptkomponenten einer Versorgungsschaltung
für eine Regeleinrichtung für einen.Batterie-getriebenen Gleichstrom-Reihenschlußmotor,. Eine Batterie 10 ist mit einer positiven Netzleitung 11 über Schutzkontakte 12 verbunden. Eine die
Leistung im Tastverhältnis modulierende Schaltung (Zerhacker) 14

-Η-

verbindet die Netzleitung 11 mit einer Feldwicklung 16 und einem Anker 18 eines Reihenstrommotors;; Eine Freilauf diode 17, die der Reihenschaltung des Feldes 16 und des Ankers 18 parallel geschaltet ist, bildet einen Motorstrompfad, wenn der Zerhacker 14 nicht leitet. Im Betrieb werden die Schutzkontakte 12 der Netzleitung geschlossen und die dem Reihenschlußmotor zugeführte Leistung wird durch das Zeitverhältnis bzw. Tastverhältnis des elektronischen Zerhackers 14 geregelt. Bei einem elektrischen Fahrzeug muß der Fahrer die Zeitverhältnis -Ausgangsgröße des Zerhakers 14 durch die Stellung eines Beschleunigungssignals (nicht gezeigt) steuern und auf die Relation zwischen der Beschleunigungspedalstellung und dem Tastverhältnis vertrauen, um das Drehmoment und die Drehzahl des Fahrzeugs zu steuern.

Die charakteristischen Kurven für einen typischen Traktionsmotor sind in Figur 2 dargestellt, wo die Ordinate das Drehmoment und die Abszisse die Drehzahl darstellt. Die Kurven 20, 22, 24 und 26 stellen die Drehmoment/Drehzahl-Relation von einem Reihenschluß-Traktionsmotor bei verschiedenen angelegten Spannungen dar. Die Kurve 26 stellt die Charakteristik für einen hohen Wert der angelegten Spannung und die Kurve 20 stellt die Charakteristik für einen kleinen Wert der angelegten Spannung dar. Bei einem typischen Traktionsmotor, wie beispielsweise einem Batterie-getriebenen Gabelstapler, der bei so kleinen Drehzahlen arbeitet, daß Wind ein vernachlässigbarer Faktor ist, ist das Drehmoment, das zum Bewegen des Fahrzeugs bei irgendeiner Geschwindigkeit erforderlich ist, unabhängig von der Geschwindigkeit und basiert nur auf dem Rollreibungskoeffizienten, den

'S.

Reifen, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und der Getriebeübersetzung. Die Kurve 28 ist typisch für die Lastcharakteristik, die zum Antrieb eines derartigen Fahrzeugs bei verschiedenen Drehzahlen erforderlich ist. Da für einen gegebenen Wert des Batteriepotentials die an den Motor angelegte Spannung einfach ein Produkt der prozentualen Leitfähigkeitszeit des Zerhackers 14 und des Batteriepotentials ist, könnten die charakteristischen Kurven 20, 22, 24 und 26 auch als direkte Funktionen des

OOP O POO e·, O OS c

OCOi O O ft 33 O

ΟΡΟ Ο ?> ο "^Λ 9

βΟΠ f'O OOOOOOn '5¹J Λ η Ί ■

Tastverhältnisses des Zerhackers zur Verfügung stehen. Bei dem üblichen elektrischen Fahrzeug wird die Stellung des Beschleunigungspedals direkt in das Tastverhältnis umgesetzt, d. h. 100 % Pedal würde 100 % Leitfähigkeitszeit entsprechen, 50 % Pedal würde 50 % Leitfähigkeitsseit entsprechen und 10 % Niederdrücken des Beschleunigungspdals würde 10 % Leitfähigkeitszeit entsprechen., Somit bestimmt die Gleichgewichtsdrehzahl, die durch den Schnitt der Lastkurve 28 und der Drehzahl/Drehmoment-Charakteristiken 2Oj, 22, 24 und 26 dargestellt ist, die jeweils einer bestimmten Pedalniederdrückung entsprechen, die Drehzahl des Motors ο Wenn das Pedal voll durchgedrückt wird, beschleunigt der Motor bis su der maximalen Drehzahl, die durch den Schnitt der Kurven 26 und 28 bestimmt ist» Wenn das Pedal weniger niedergedrückt wird, entsprechend der charakteristischen Kurven 24, 22 oder 20^iSt die Drehzahl bzw» Geschwindigkeit entsprechend kleiner» Es ist deshalb möglich, die Drehzahl des Fahrzeugs zu regeln bzw ο su steuern« Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß man bei sehr, sehr kleinen Drehzahlen ein sehr hohes Drehmoment für ein sehr kleines Durchdrücken des Pedals erhält. Beispielsweise erhält man bei der charakteristischen Kurve 24, die möglicherweise einem Durchtreten des Pedals von nur 30 oder 40 % entspricht, ein Drehmoment, das weit größer als das jenige ist, das zum Bewegen des Fahrzeugs erforderlich ist. Zusätzlich ist in der Praxis der elektronische Zerhacker 14 in seinem maximalen Strom durch eine Stromschutzschaltung begrenzt, und in einem üblichen System ist 30 % der Batteriespannung, angelegt an den Motor, ausreichend, um das maximale Stromführungsvermögen des elektronischen Zer- - hackers su erreichen» Somit würde bei Drehzahlen nahe null die gesamte Drehmomentsteuerung auf die ersten 30 % der Beschleunigungspedalniederdrückung beschränkt sein, wodurch das Pedal über diesem Bereich sehr empfindlich gemacht wird und auf 70 % seines Bereiches nicht anspricht»

Andere Systeme zum Steuern bzw. Regeln des Drehmomentes in einem elektrischen Fahrzeug machen den Motorstrom anstelle der Spannung direkt proportional zu der Stellung des Beschleunigungspedals. Die Charakteristiken, die man aus einer derartigen Regelung er-

Op 9 OO OD 00

0 0 · 9 9 * ti

halten würde, sind in Fig. 3 dargestellt, wo auf der Ordinate das Drehmoment und auf der Abszisse wieder die Drehzahl aufgetragen ist. Die äußere Umhüllung 26 ist die Motordrehmoment/ Drehzahl-Kurve mit maximaler angelegter Spannung. Die charakteristischen Kurven 30, 32, 34, 36 und 38 sind die Drehmoment/ Drehzahl-Kurven bei fünf verschiedenen Werten des konstanten Motorstromes. Wenn man beispielsweise den Betrieb auf der charakteristischen Kurve 30 betrachtet, die einem Niederdrücken des Beschleunigungspedals von 20 % entsprechen könnte, würde das System 20 % der maximalen Größe des Zerhackers 14 bei einer sehr kleinen Spannung liefern. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, würde es weiterhin auf der gleichen Kurve arbeiten V und sich von der Drehmomentachse vertikal weg bewegen, wobei die Motorklemmenspannung zunimmt, da die Drehzahl zunimmt, um der Wirkung der durch den Motor erzeugten EMK entgegenzuwirken und die Spannungsdifferenz beibehalten, die erforderlich ist, um den durch den Anker und die Feldwiderstände fließenden Strom zu halten. Wenn die Drehzahl weiterhin zunimmt, würde es möglicherweise einen Punkt erreichen, wo die volle Batteriespannung an den Motor angelegt werden muß, um den gewünschten Stromwert aufrechtzuerhalten. Dieser Punkt entspricht dem Schnitt der charakteristischen Kurve auf der äußeren umhüllung 26. Die mit 48 bezeichnete Kurve stellt die charakteristische Lastkurve für ein schweres Traktions- ,·■ fahrzeug dar, wo Wind kein Faktor ist. Es sei darauf hingewiesen, daß ein stromgeregeltes Steuersystem eine sehr gute Leistungsfähigkeit bei kleiner Drehzahl hat, da jede Zunahme der Pedalniederdrückung von 0 bis JOO % entlang der Drehmomentachse durch die charakteristischen Kurven 30, 32, 34, 36 und 38 wandert, wobei 38 dem maximalen Stromvermögen des elektronischen Zerhackers 3 4 entspricht. Somit entspricht das volle Strom-, d.h. Drehmoment-, vermögen des Zerhackers ]4 der vollen Niederdrückung des Beschleunigungspedals. Da jedoch die charakteristische Lastkurve 48 parallel zu den charakteristischen Pedal^kurven 30, 32, 34, 36 und 38 für ein gegebenes Fahrzeuggewicht ist, gibt es keine gegebene Pedalstellung, die eine feste Drehzahl aufrechterhält, sondern es gibt eine Pedalstellung, die die Zugkraft am Rad-

a 0 ο λ

umfang genau ausgleicht, die erforderlich ist, um eine konstante Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten.

Wenn beispielsweise das Gleichgewichtsdrehmoment bei 75 % Peäalniederdrückung auftritt", wenn- das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 8 km/h fährt, hält die Pedalniederdrückung von 75 % die Fahrzeuggeschwindigkeit auch auf 16 Ian/h„ Somit ist im oberen Drehzahlbereich die Empfindlichkeit des Beschleunigungspedals ähnlich derjenigen in der Spannungsregeleinrichtung bei kleineren Drehzahlen, was ein schlechtes "Gefühl^!g des Fahrers liefert«

In Fig_o 4 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt» Ein Beschleuniger 50 liefert ein Strombezugssignal auf der Leitung 52 und ein Spannungsbezugsignal auf der Leitung 68. Das Signal auf der Leitung 52 ist ein Strombezugswert, der dem Niederdrücken des Fahrpedals direkt proportional ist, d.h„ 300 % Pedalniederdrüekung liefert eine 100 %ige Ausgangsgröße in der Strombezugsgröße, die dem maximalen Vermögen der Leistungsquelle entsprichtο Das Signal auf der Leitung 52 wird einer Eingangsklemme einer Strombegrenzungsschaltung 54 zugeführt, die das Strombezugssignal vermindern kann, falls eine Übertemperatur oder ein anderer überwachter Zustand auftritt» Das Ausgangssignal der Strombegrenzungsschaltung wird über eine Leitung 56 einer Beschleunigungssteuerschaltung 58 zugeführt, die die Anstiegsgeschwindigkeit des Strombezugssignals von einem vorhandenen Wert auf einen neuen Wert begrenzt» Das Ausgangssignal von der Beschleunigungssteuerschaltung 58 wird über eine Leitung 60 einem Eingangsanschluß von einer.Summierstelle 64 zugeführt. Das Signal auf der Leitung SO wird mit dem gemessenen Motorstrom in der Summierstelle 64 verglichen.

Eine Filterschaltung 66 x-jeist einen Eingangsanschluß auf, der mit einem Ausgang der Summierstelle 64 verbunden ist. Die Filterschaltung 66 begrenzt die Anstiegsgeschwindigkeit des Signals aus der Verbindungsstelle 64. Mit der Filter-

G '"> O O OO ΐϊ Ο

BOO O 19 4 O 9 Z

··· ·■» «·· inta as

inta as HD»

-Ab-

schaltung 66 ist eine Begrenzungsschaltung 70 verbunden, die so ausgelegt ist, daß sie das Ausgangssignal der Filterschaltung 66 auf einer prozentualen Basis begrenzt, damit sie gleich oder kleiner als die prozentuale Pedalniederdrückung ist, die dem Spannungsbezugssignal auf der Leitung 68 entspricht. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal von der Filterschaltung 66 kann nicht den Prozentsatz seines Bereiches überschreiten, der durch den Prozentsatz der Niederdrückung des Beschleunigungspedals dargestellt ist, d.h., wenn das Beschleunigungspedals 50 % niedergedrückt ist, dann kann das Signal von der Filterschaltung 66 nicht 50 % seines maximalen Wertes überschreiten. Die Begrenzungsschaltung 70 wird durch das Spannungsbezugssignal auf der Leitung 68 von dem Beschleuniger 50 gesteuert.

Das Signal von der Schaltung 66 wird über eine Leitung 71 einem Oszillator 72 zugeführt, dessen Tastverhältnis der prozentualen Einschaltzeit entspricht, die durch das Signal auf der Leitung 73 dargestellt ist, d.h., wenn das Signal auf der Leitung 73 50 % seines Maximalwertes annimmt, liefert der Oszillator 72 ein 50 %iges Tastverhältnis-Ausgangssignal. Das Signal von dem Oszillator 72 wird einem Leistungsverstärker 74 zugeführt, der den Strom im Motor 76 regelt. Der Motorstrom wird abgetastet und ein den Motorstrom darstellendes Signal wird über eine Leitung 62 der Summierstelle 64 zugeführt.

Die in Fig. 4 dargestellte Regeleinrichtung umfaßt somit einen ein Bezugssignal erzeugenden Abschnitt mit dem Beschleuniger 50, einerStrombegrenzungsschaltung 54 und einer Beschleunigungssteuerschaltung 58, die ein Strombezugssignal auf der Leitung 60 erzeugt, das der Pedalniederdrückung proportional ist, wobei maximale Stromgrenzen den Leistungsund Temperaturgrenzen der Leistungseinheit unterliegen. Die Geschwindigkeit, mit der das Strombezugssignal ansteigen kann, wird durch die Beschleunigungssteuerschaltung 58 auf eine konstante Geschwindigkeit begrenzt, und da das Drehmoment des Gleichstrom-Traktionsmotors proportional zum Strom

rr>; co

ist, ist die Geschwindigkeit des Drehraomentanstiegs konstant» Dies sorgt für ein besseres Ansprechen unabhängig von der Drehzahl» Die Pedalniederdrückung erzeugt auch ein Motorspannungs-Begrenzungsbezugssignal, das der Pedalniederdrückung proportional ist, um die maximale Motorspannung auf einen Wert zu begrenzen, der der Pedalniederdrückung proportional ist» Eine Strome·egelschleife aus der Filterschaltung 66„ die auf die Differenz zwischen dem Strombezugssignal auf der Leitung 60 und dem gemessenen Motorstromsignal auf der Leitung 62 anspricht zum Einstellen des Oszillators 72, und dem Leistungsverstärker 74 regelt den Strom im Motor 76» Die Wirkung der Strombegren— Eungsschaltung 70 besteht darin,, die Regelungsart von StrOmauf Spannungsregelung zu verschieben, um die Drehzahlregelung bei höheren Drehzahlen zu verbessern»

Die Arbeitsweise des Reglers gemäß Fig. 4 wird aus Fig. 5 besser verständlich,, wo das Drehmoment wiederum auf der Ordinate und die Drehzahl auf der Abszisse aufgetragen ist. Die Übergangslinie 98 grenzt die Aufteilung der Drehmoment/ Drehzahl—Ebene zwischen Spannungs- und Stromregelung ab. Die vertikalen Linien 82,- 84, 86 und 88 stellen die konstanten Äusgangsströme bei 10O₇ 75, 50 bzw. 25 % Pedalniederdrückung dar« Die charakteristischen Linien 80,* 90, 92 und 94 stellen die Konstantspannungs—Drehmoment/Drehzahl-Kurven bei 300, v·- 75, 50 bzw» 25 % Batteriespannung dar« Die vertikale gestrichelte Linie 96 ist das erforderlich Lastmoment,, das die Zugkraft am Radumfang darstellt, die erforderlich ist, um die Rollreibung für ein gegebenes Fahrzeuggewicht zu überwinden. Wenn zunächst angenommen wird, daß das Fahrzeug in Ruhe ist, und die Geschwindigkeit mit 0 angenommen wird und das Pedal 25 - S durchgedrückt ist, entsprechend der Stromlinie 88, würde sich das Fahrzeug nicht bewegen, da das entwickelte Drehmoment kleiner als das Lastmoment sein würde. Sollte das Pedal auf 50 % durchgetreten werden, entsprechend der Stromlinie 86, dann würde das entwickelte Drehmoment das Lastmoment überschreiten und das Fahrzeug würde sich zu bewegen bejLnnen. Wenn die Drehzahl zunimmt, steigt auch die Motorkleramenspannung

f> "J

I <! •J 3

auf den Wert an, der zur Aufrechterhaltung von 50 % Strom erforderlich ist. Wenn eine Drehzahl erreicht ist, die dem Schnitt der charakteristischen Linie 86 mit der charakteristischen Linie 98 entspricht, erreicht die Motorklemmenspannung 50 % Batteriespannung, entsprechend einem Tastverhältnis von 50 %. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 70 begrenzt dann das Tastverhältnis auf 50 %, was eine fortgesetzte Beschleunigung erfordert, um der konstanten Motorspannungslinie 92 zum Schnittpunkt mit der Lastmomentlinie 96 zu folgen. Der Schnittpunkt wird als der Drehzahlgleichgewichtspunkt bezeichnet, da das entwickelte Drehmoment das Lastmoment genau ausgleicht. Wenn das Beschleunigungspedal dann vollständig

f durchgetreten wird, nimmt das Drehmoment entlang der Linie 100 zu, wobei die Geschwindigkeit der Momenterhöhung durch die Beschleunigungssteuerschaltung 58 bestimmt wird, bis das Tastverhältnis 100 % erreicht oder die volle Batteriespannung an die Motorkleramen angelegt ist. Das Fahrzeug beschleunigt proportional zu der Differenz zwischen den Leitungen 80 und bis nahezu die Gleichgewichtsdrehzahl, die durch den Schnitt zwischen den Linien 80 und 96 dargestellt ist, erreicht ist. Wenn dann das Beschleunigungspedal losgelassen und wieder vollständig durchgetreten wird, wird das Motormoment zunächst auf Null gesenkt und anschließend auf den Wert entsprechend dem Schnitt der Linien 80 und 96 mit der Erhöhungsgeschwindigkeit erhöht, die durch die Beschleunigungssteuerschaltung

V. 58 bestimmt ist.

daß
Obwohl angenommen wird,/das funktionale Blockdiagramm gemäß Fig. 4 ausreichend ist, damit ein Fachmann die Erfindung benutzen kann, wird nun Fig. 6 erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung einer auf einem Mikroprozessor basierenden Anordnung dargestellt ist. Die Leistungsgrundschaltung für den den Anker J8 und die Feldwicklung 16 umfassenden Gleichstrommotor enthält eine Zerhackerschaltung 14 mit variablem Tastverhältnis und einen Schlüsselschalter 12, der zum Verbinden des Motors mit der Batterie 10 dient. Vorzugsweise enthält die Zerhackerschaltung 14 einen steuerbaren Siliziumgleichrichter bzw.

0ΟΟ &

ο ο a ο?* ο ο ο ο

Thyristor und eine steuerbare Kommutierungsschaltung mit einem zugehörigen Kommutierungskondensator„ Eine übliche Zerhackerschaltung ist in der US=PS 3 826 959 beschrieben. Die Freilaufdioäe 17 bildet einen Pfad für den induktiven Strom,, wenn die Zerhacker schaltung 14 in einen nicht-leitenden Zustand umschaltete Eine Bremsdiode 102, die dem Anker. 18 entgegengesetzt parallel geschaltet ist, bildet einen Rückstrompfad, um eine Selbsterregung während des elektrischen Bremsens zu verhindern.

Die Feldwicklung 16 ist so angeordnet _t daß sie entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung durch Schütze F1, F2 und R1, R2 mit dem Anker 18 in Reihe geschaltet ist, wobei sich

Vorwärts und Rückwärts auf die Drehrichtung des Motorankers 38 besieht. Die Schütze FI₁, F2, RI und R2 sind in ihrem normalen, nicht-erregten Zustand gezeigt* Die Steuerung der Schütze F3 und F2 erfolgt durch eine das Schütz betätigende Spule 104r während die Schütze R] und R2 durch eine Spule 106 betätigt werden» Die Spulen 104 und 106 sind durch entsprechende Schütztreiberschaltungen 108 und 110 der Batterie 10 parallel geschaltet»

Die Steuerfunktionen werden in einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPD) 112 ausgeführt, die die notwendige Hardware enthält, wie beispielsweise Zähler, Register, Speichereinheiten und Mikroprozessoren zur Durchführung der in Fig. 4 beschriebenen Funktionen. Die CPU 13 2 ist so geschaltet, daß sie gewählte Sicherheitsprüfungen ausführt durch überwachung des Zustandes eines Sitzschalters 3 3 4, eines Bremsschalters 115 und Vorwärts- und Rückwärtsschaltern 318 und 120« Der Beschleuniger 50 liefert auch ein Eingangssignal, das die prozentuale Beschleunigungspedalniederdrückung für die CPU 3 3 2 angibt. Die Abtastung des MotorankerStroms wird von einem Fühler oder Sensor 122 besorgt, der mit dem Anker 18 in Reihe geschaltet ist«

In Fig. 7 ist die CPU 112 genauer dargestellt. Ein Mikrocomputer 124 ist über einen Ädressenbus 126 und einen Daten-

9 · f) 9 3 9!?

bus 128 mit mehreren Eingangs-Musgangs-Schnittstellen verbunden. Der Mikrocomputer 124 weist vorzugsweise einen Mikroprozessor Type 6502^ der von der Firma Rockwell International Corporation erhältlich ist, einen Adressendecoder Type 74LSI38, der von Texas Instruments Inc. erhältlich ist, und einen adressierbaren Speicher mit Direktzugriff (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM) auf, der zur Programmspeicherung und zum Speichern unmittelbarer und errechneter oder überwachter Variablen ausreichend ist. Die Typen 2114 und 2716 von Intel Corp. sind für RAM bzw. ROM geeignet.

Eine erste Signalformungsschaltung 130 ist so geschaltet, r daß sie das Ankerstromsignal von einem Fühler 122 empfängt. Die Signalformungsschaltung 130 stellt die Amplitude der Eingangssignale auf einen Wert ein, der mit der Einrichtung kompatibel ist, die mit ihren Ausgangsklemmen verbunden ist, was in diesem Fall ein Analog/Digital-Wandler (A/D) 132 ist. Der A/D-Wandler 132 kann beispielsweise eine Type ADCO816 sein, der von der Firma National Semiconductors Inc., erhältlich ist. Die digitalisierten Ausgangssignale vom A/D-Wandler 132 werden den Adressen- und Datenleitungen 126 und 128 unter Steuerung des Mikrocomputers 124 zugeführt. Zusätzlich zum AnkerStromsignal werden dem Mikrocomputer auch das Beschleunigungspedalstellungssignal und verschiedene Strombegrenzungssignale über die Signalformungsschaltung ν und den A/D-Wandler 132 zugeführt.

Eine zweite Signalformungsschaltung 134 bildet eine Schnittstelle zwischen dem Mikrocomputer 124 und denjenigen Systemsignalen, die eine binäre Form haben, d.h. denjenigen Signalen, die darstellen, ob Schalter geöffnet oder geschlossen sind oder ob das System in einem Antriebs— oder einem Bremsbetrieb ist. Eine Eingangs-/Ausgangs(E/A)-Schnittstellenschaltung verbindet die Signale von der Signalformungsschaltung 134 mit den Adressen- und Datenleitungen 126 und 128. Die E/ASchaltung kann beispielsweise eine Type 6522 sein, die von der Rockwell International Corp. erhältlich ist. Wie in Fig.7

*5 "* ■ CO ""J /S ΟΟΟΟ^ΐ: 3 1 O O π O

gezeigt ist, überwacht die Signalformungsschaltung 134 den Status des Sitsschalters 114, des Bremsschalters 116, des Vori-xärtsschalters 118 und des Rückwärtsschalten 120. Das durch einen Vergleicher 138 entwickelte Bremssignal wird ebenfalls durch die Schaltung 134 überwacht» Das Bremssignal wird x-rährend des elektrischen Bremsens geliefert und schaltet zwischen einem ersten Zustand, wenn der Motorankerstrom größer als die gewünschte Größe des Brems stromes ist, und einem zweiten Zustand um, x^enn der Motorankerstrom kleiner als die gewünschte Größe des Bremsstroms ist»

Befehlssignale _s die von dem Mikrocomputer 124 entwickelt werden, werden durch eine E/&—Schnittstelle 140 und einen Signalformer 142 den Steuervorrichtungen zugeführt, beispielsweise den Vorwärts·=/Rückwärts—Schütztreiberschaltungen 108 land 110 und den Schaltvorrichtungen innerhalb der Zerhackerschaltung 14» Die E/Ä-Schnittstelle 140 kann ebenfalls eine Type 6522 der Rockwell International Corp. sein. Die Signalformungsschaltung 142 ist eine Treiberverstärkerund Pegelverschiebungsschaltung mit einem bekannten Aufbau.

Weiterhin ist mit den Adressen- und Datenleitungen 126 und 128 ein Digital/Analog(D/A)-Wandler 144 verbunden, dessen Funktion darin besteht, ein analoges Ausgangssignal zu liefern, das die gewünschte Größe des Bremsstromes während ( des elektrischen Bremsens oder der "Gegenstrombremsung" darstellt» Der D/A—Wandler 144 kann eine Type AD558 sein, der von Analog Devices Ine erhältlich ist„ Das Signal von dem D/AHBTandler 144 wird einer Eingangsklemme eines Vergleichers 138 zugeführt zum Vergleich mit dem tatsächlichen HotorStromsignal» Es sei darauf hingewiesen, daß das Motorstromsignal geformt oder skaliert ist in der Signalformungsschaltung 130, Bevor es über die Leitung 146 einer Singangsklemme des Vergleichers 138 zugeführt wird.

Funktional arbeitet die einen Mikrocomputer aufweisende Reglerschaltung gemäß den Fig» β und 7 im wesentlichen so, wie es in dem funktionalen Blockdiagramm gemäß Fig. 4 gezeigt ist. In den Fig₀ 8 ff ist ein genaueres Fließbild

der Stromreglerfunktion gezeigt. Im Überwachungsbetrieb wird in die Regler-Routine bei REGLN 150 eingetreten. Immer wenn ein Schütz, wie beispielsweise die Vorwärts- oder Rückwärts-Schütze erregt werden, ist es wünschenswert, die Reglerfunktion zu sperren, um Oszillationen zu vermeiden, die durch Kontaktspitzenprellen hervorgerufen werden könnten. Die Regler-Routine enthält eine Maßnahme zum Setzen eines Spitzenprellen-Zeitgebers während des ersten Durchlaufes durch die Routine, Während des SperrIntervalls, üblicherweise etwa 20 Millisekunden, werden nur Stromaktualisierungsfunktionen gestattet, d.h. es werden keine Steuerimpulse zum Zerhacker 3 4 erzeugt. Während jedes Durchlaufes überprüft die Routine den Status einer Spitzenprellenanzeige, um zu bestimmen, ob der Zeitgeber ausgesteuert hat bzw. abgelaufen ist. Wenn die Spitzenprellenanzeige gesetzt ist, wodurch angezeigt ist, daß der Zeitgeber nicht ausgesteuert hat bwz. abgelaufen ist, geht die Routine in eine zweite Schleife bei REGL 13, die nachfolgend beschrieben wird. Wenn das Spitzenprellenzeichen nicht gesetzt ist, prüft die Routine, ob der Antriebsmotor laufend gespeist ist, d.h. ob die Zerhackerschaltung 14 arbeitet, indem der Status eines Kennzeichens (Ersteinschaltungszeichen) geprüft wird, das gesetzt ist, wenn der Zerhackerschaltung 14 Steuersignale zugeführt werden. Wenn der Motor nicht gespeist ist, verzweigt die Routine in einen Nullsetzmodus und setzt die Strorabezugsgröße bzw. die Stromreferenz auf Null oder auf einen Anfangszustand und kehrt dann zur Hauptroutine zurück.

Da sich die normale Strombegrenzungsfunktion von der Bremsstrombegrenzungsfunktion unterscheidet, prüft die Routine, ob das System in einem elektrischen Bremsmodus, d.h. Gegenstrombremsung, oder in einem Antriebsmodus ist. Wenn die Bremsanzeige gesetzt ist, verzweigt die Routine in einen Bremsregelmodus (PREG), der im folgenden zu beschreiben ist. Im Antriebsmodus wird der Motorstrom zur gleichen Zeit während jeder Zerhackungsperiode der Zerhackerschaltung 14 gelesen. Ein Kennzeichen (Motorstromlesen) wird

ϊ' . . OO 0OIJ OtJJ : 5 - 0 O - j

während dieser Zeit gesetzt, um einen Reglerbetrieb für eine Zeitperiode, etwa 100 MikrοSekunden,zu sperren, welche Zeit ausreichend ist, damit die Ablesung vorgenommen werden kann und abgeschlossen vjird, bevor sie abgetastet wird. Das Kennzeichen wird am Ende von jedem Äblesezyklus gelöscht. Wenn die Routine feststellt, daß das Kennzeichen gelöscht worden ist, wodurch angezeigt wird, daß eine neue Ablesung verfügbar ist, setzt die Routine das Lese-Zeichen für den nächsten Zyklus„ Wenn das Lese-Zeichen gesetzt ist, läuft die Routine für den gegenwärtigen Zyklus aus (REGXIT).

Die Frage^AMotorstrom <CQ ^ίι soll Verstärkerabweichungen ■'■ (drifte bei oder aahe einem MotornulIstrom eliminieren. Da der Motorstrom immer einen positiven Wert haben sollte, prüft dieser Schritt diesen Wert und, wenn er positiv ist, wird der Wert für eine zukünftige Verwendung zwischengespeichert. Wenn er negativ ist, ^rird der Strom auf Hull gesetzt und zwischengespeichert a

Zu Beginn in Pig» 9 wird ein Motorstrom-Referenzwert (Gesamtrefο) gleich der Summe der Beschleunigungspedalablesung plus einer Kriechreferenz mit einem maximalen Stromgrenzwert verglichen. Die Pedalablesung kann begrenzt sein, wie es vorstehend beschrieben wurde, durch die gesteuerten Beschleunigungsoder Strcaabegrenzungsfunktionen« Die Kriechreferenz ist ein kleiner Äusgleichs=Referenzwert, der eine gewisse Belastung auf das Getriebe in dem Fahrzeug ohne Niederdrücken des Pedals aufrechterhalten soll, um so den Getriebeschlupf beim Start möglichst klein su machen. Wenn der Motorstrom-Referenzwert größer als der maximal zulässige Wert ist, beispieisitfeise 800 E₀ wird die Referenz auf 800 gesetzt und die Routine läuft weiter„ Wenn äer Referenzwert kleiner als 800 A ist, schreitet die Routine unter Verwendung des tatsächlichen Wertes fort.

Als nächstes werden mehrere Vergleiche durchgeführt, um zu bestimmen, ob der gewünschte Motorstrom, d.h. der Referenzwert, verschiedene Strombegrenzungsfunktionen überschreitet.

ο— ο Ί"9 (Γ· · ο · » .ι · »ι / U Π H π

Der eine Schritt vergleicht den Referenzwert mit einer Kommutierungsbegrenzungsreference (CLREF), die sich als eine Funktion der prozentualen Einschaltzeit der Zerhackerschaltung 14 verändert. Ein anderer Schritt vergleicht den Referenzwert mit einem vorbestimmten maximalen Stromgrenzwert (CL). Der kleinere Wert von CLREF oder CL bestimmt die Größe des Fehlersignals für den Fall, daß der Referenzwert einen oder beide überschreitet. Wenn der Referenzwert kleiner als CLREF oder CL ist, wird das Fehlersignal als die Differenz zwischen dem gesteuerten Beschleunigungswert (CAREF) und der MotorStromablesung berechnet.

eine ζ Der nächste Schritt ist im wesentlichen/Totbandprüfung, d.h.

wenn der Fehlerwert kleiner ist als ein vorbestimmtes Minimum, beispielsweise + oder -10 A, wird ein Sprung zu einem späteren Punkt in der Routine gemacht. Der Sprung vermeidet eine Filterschaltung und verhindert Oszillationen für kleine Fehler. Wenn der Fehler außerhalb des Totbandes ist, wird eine Bestimmung der Fehlerpolarität notwendig. Die Polaritätsprüfung (Fehleranzeige negativ) gibt eine Ergänzung zu den negativen Fehlern (der tatsächliche Wert ist in einer Zweier-Komplementform)^ um einen neuen Motorstrom—Referenzwert zu errechnen, der gleich dem alten Wert minus dem Fehler ist. Positive Fehler werden direkt zum alten Wert hinzuaddiert, um den neuen Wert zu erhalten. Ein digitales Filter glättet ^ den errechneten neuen Motorstrom-Referenzwert, um stufenförmige Funktionsänderungen zu verhindern.

Die Frage''Fehleranzeige negativ"wird wiederum zu dem Zweck verwendet, um die Polarität des Fehlerwertes zu bestimmen, um festzustellen, ob der alte Referenzwert größer oder kleiner gemacht werden muß. Für einen positiven Fehler, wenn der neue Referenzwert kleiner als oder gleich dem alten Referenzwert ist, wird der alte Wert inkrementiert und als der neue Wert zwischengespeichert. Wenn der neue Referenzwert größer als der alte Wert ist, wird der neue Wert für den alten Wert er-

Oft

cc

setztο Für einen negativen Fehler wird der alte Wert dekreinentiert, wenn der neue Referenzwert gleich oder größer als der alte Wert ist» Anderenfalls wird der neue Referenzwert ersetzt und wird der alte Wert»

Bevor der neue Motorstrom-Referenzwert zur Steuerung der Zerhackerschaltung 14 zugeführt wird, wird dieser mit dem Stroabegrenzungswert verglichen, der durch die Beschleunigungspedalstellung festgelegt ist» Wenn gemäß Fig. 11 der neue Stromreferenzwert den Wert der Beschleunigungspedalstellung überschreitet, wird der neue Wert auf den Wert der Beschleunigungspedalstellung gesetzt» Anderenfalls wird der neue Wert direkt zugeführt, um die Aus—Zeit und die Ein-Zeit der Zerhackerschaltung 14 zu berechnen. Die berechneten Aus-Zeiten und Einleiten werden dann dazu verwendet, Steuersignale für die Umschaltvorrxchtungen in der Zerhackerschaltung 14 zu erzeugen.

die Aus-Zeit und Ein=-Zeit berechnet worden sind, wird ihr Verhältnis sur Berechnung von CLREF benutzt, d.h. den vorstehend beschriebenen Kommutierungsbegrenzungs-Referenzi-jerto Es sei darauf hingewiesen, daß in die Regler—Routine an diesem Punkt auch eingetreten wird, wenn der bereits früher berechnete Fehlerwert kleiner war als der vorbestimmte Wert, doh._o, der Ausgang bei EEGLIO tritt in die Routine nach Berechnung der Ein—Zeit und Aus—Zeit ein= Es wird deutlich, daß für kleine Fehler, beispielsweise weniger als 2 A, die zuvor verwendeten Ein= und Aus=-Zeiten wiederum geeignet sind zum Steuern der Zerhackerschaltung 14.

lach der Berechnung der Zeiten für die Speisung der Schaltung 14 prüft die Routine, ob dies das erste Mal ist, daß die Schaltung 14 erregt bzw. gespeist worden ist» Wenn ein Ersteinschaltungszeichen gesetzt ist, läuft die Routine zum Ausgang (REGXIT) zu einem Organisationsprogramm, um andere Funktionen auszuführen. Anderenfalls läuft die Routine weiter, indem das Spitzenprellenzeichen gesetzt wird.

Wenn gemäß Fig. 12 der Spitzenprellen-Zeitgeber abgelaufen ist, werden die Kontaktspitzen als geschlossen abgetastet und es wird das Spitzenprellen-Zeitgeber-Gesetzt-Zeichen gesetzt^und dann läuft die Routine weiter, um die Spitzenprellen- und Spitzenprellen-Zeitgeber-Gesetzt-Zeichen zu löschen und die Inbetriebsetzungs-Zeichen des Zerhackers 14 zu setzen. Der Zerhacker 14 wird dann in Betrieb gesetzt gemäß Fig. 13, indem die Schalter angesteuert werden, um eine erste Kommutierungsladung auf dem Kommutierungskondensator zu liefern. Das Aufladen des Kondensators wird durchgeführt, bevor Signale geliefert werden, um den Thyristor-Hauptschalter in dem Zerhacker für die vorstehend berechnete /"·- Ein-Zeit durchzuschalten, um dadurch den Motor zu speisen.

Wenn in irgendeiner der vorstehend beschriebenen Prüfungen in Fig. 12 ein Zeichen gesetzt wird, um anzuzeigen, daß der überwachte Zustand negativ ist, läuft die Routine momentan zurück zu dem Organisationsprograram, anstatt daß sie wartet, daß der überwachte Zustand -gelöscht wird. Die Routine löscht das Spitzenprellen-Zeitgeber-Gesetzt—Zeichen, bevor sie zum Ausgang läuft, wenn die Spitzen geschlossen sind und das Zeitgeber-Zeichen gesetzt ist. Wenn die Spitzen nicht geschlossen sind, werden das Spitzenprellen-Zeitgeber-Gesetzt-Zeichen und das Spitzenprellen—Zeitgeber-Zeichen gesetzt, bevor die Routine zum Ausgang läuft.

Es ist eine Noch-Ein-Versuch-Funktion vorgesehen, falls der Kommutierungskondensator keine Ladung anzeigt nach der ersten Inbetriebsetzung.

Unter kurzer Bezugnahme auf Fig. 8 sei daran erinnert, daß die Regler-Routine frühzeitig ermittelt, ob das System in einem Antriebs- oder in einem elektrischen Brembetrieb, d.h. Gegenstrombremsung, ist. Der Regler-Routinen-Ausgang bei PREG bewirkt einen Sprung zu einer Bremsregler-Subroutine, deren Fließbild in Fig. 3 4 dargestellt ist. Die elektrische

Bremsfunktion vrird durch Abtastung erreicht, daß die Richtungsschalter 118 und 120 betätigt worden sind. Die Verknüpfungsfunktion wird in der CPU 112 ausgebildet, so daß, wenn die prozentuale Einschaltzeit für den Zerhacker 14 einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 12 %, überschritten hat, die CPU 112 erinnert, in welcher Richtung das Fahrzeug angetrieben wird, doh„ welches Schütz 104 oder 106 erregt worden ist» Wenn der Richtungsschalter dann betätigt wird, um das andere Schütz su erregen, wird ein Zeichen für elektrisches Bremsen gesetzt» Eine Sinricht—Zeit zum elektrischen Bremsen wird durch Abschalten des Taktosziliators der CPU geliefert, wenn der Richtungsschalter durch seine neutrale Stellung läuft»

Die Reglerfunktion wird bis zu einem gewissen Grade unterbrechend betrieben» Die Routine wird auf einer Zeitbasis von dem Organisationsprogramm betrieben, aber sie hat gewählte Kennzeichenzustände, wie sie vorstehend beschrieben wurden, die den Reglerbetrieb hemmen„ Im Brembetrieb ist eine derartige Unterbrechung das Äusgangssignal von dem Vergleicher 3 38 (siehe Fig» 7)» Wenn die Relation zwischen dem Relativwert des Stroms ^- der von dem Beschleuniger 50 gefordert wird, •and dem tatsächlichen abgetasteten Änkerstrom nicht geändert ist seit der letzten Reglerperiode, wird die gegenwärtige Periode bzw„ der Zyklus gehemmt = Zusätzlich wird, wenn der Schalter 3 38 umschaltet, bevor eine vorbestimmte minimale Zeit vergangen ist seit dem letzten Steuerimpuls zum Zerhacker J 4, i»jird die Unterbrechung von dem Vergleicher 138 ignoriert. Das letztgenannte Merkmal verhindert eine Doppe1-Pulsierung, doh„ eine Situation, in der der erste Stromimpuls durch den Zerhacker 14 den Motorstrom gerade unter den gewünschten Wert zwingt und der weite Impuls einen großen über schwingenden Strom erzwingt, wodurch ein Blockier- oder Ruckeffekt im elektrischen Bremsen hervorgerufen wird«

Obwohl der Bremstrom in der gleichen Weise geregelt werden kann wie der Motorstrom, d.h. durch Verändern sowohl der

leitenden Zeit als auch der nicht-leitenden Zeit des Zerhackers 14, gestatten die relativ kleinen prozentualen Einschalt-Zeiten, die zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Bremwirkung erforderlich sind, eine Vereinfachung der Steuerung des Zerhackers 14. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einschaltzeit des Zerhackers 14 als ein fester Wert von 500 Mikrosekunden gewählt. Der Motorbremsstrom wird dann durch Verändern der Auschalt-Zeit geregelt. Wie bereits ausgeführt wurde, wird jedoch eine minimale Ausschalt-Zeit, beispielsweise 3 Millisekunden, vorgesehen, bevor eine weitere Einschalt-Zeit gestattet wird.

Diese relativen Werte bilden eine minimale prozentuale Ein- f wird

ν schalt-Zeit von etwa 14 %. Vorzugsweise/das elektrische

Bremsen beendet, bevor die minimale prozentuale Einschalt-Zeit erreicht ist. Bei tatsächlichen Messungen könnte der Beginn des elektrischen Bremsens bei einer relativ hohen Drehzahl eine prozentuale Einschalt—Zeit von nur 1/2 % erzielen. Zu der Zeit, zu der sich das Fahrzeug auf etwa 15 % Drehzahl verlangsamt hat, ist die prozentuale Einschalt-Zeit auf nur etwa 3 bis 4 % angestiegen. Zwischen 15 % Drehzahl und Null muß der Bremsstrom jedoch in dramatischer Weise ansteigen, um das Bremsmoment beizubehalten. Es wird deshalb wünschenswert, das elektrische Bremsen zu beenden, wenn die prozentuale Einschalt—Zeit etwa 12 % er- r reicht, und anschließend mechanische Bremsen zum Stoppen zu betätigen.

Die Fließbilder gemäß Fig. 14 und 15 stellen das vorstehend beschriebene Verfahren dar. Wenn das Inbetriebsetzungs— Zeichen gesetzt ist, wenn in die Routine eingetreten wird, wird ein Sprung gemacht zu den Berechnungsschritten (PREG1) zum Festlegen und Berechnen von Stromwerten. Anderenfalls werden die Inbetriebsetzungs-Werte in die entsprechenden Zeitgeber und die zugehörigen Verriegelungen geladen. Die 500 Mikrosekunden Einschalt-Zeit wird geladen, worauf sich das Laden eines 65 Millisekunden-Zeitgebers anschließt. Dieser letztgenannte Zeitgeber liefert eine Brems-Lösch-

Funktion, die in der gesamten Ausschalt-Zeit beibehalten wird. Für das vorliegende System sei angenommen, daß das elektrische Bremsen beendet werden sollte, wenn die minimale Bremstromgrenze innerhalb dieser Zeitperiode nicht erreicht wird. Der D/Ä-Wandler 144 wird ebenfalls bei null Απρ. in Betrieb gesetzt.

Mach Inbetriebsetzung i-jird die Bremsstromgrenze berechnet als eine Funktion von PLPR (Bremsgrenze-Poti-Referenz) und der Beschleunigungspedalstellung. Die berechnete Grenze wird dann mit dem letzten berechneten Grenzwert verglichen, um su ermitteln, ob eine Änderung aufgetreten »ist, d.h., ob das Bremspedal bewegt worden ist für mehr oder weniger Bremsleistung. Wenn die Werte gleich sind, läuft das Bremsen zum Ausgang REGL20 in der Regler-Routine (Fig. 11). Wenn die Grenzwerte unterschiedlich sind, wird die Referenz entweder um einen festen Betrag erhöht oder um einen festen Betrag vermindert« Der D/A—Wandler 144 wird dann mit dem neuen Wert geladen, und die Subroutine läuft aus zur normalen Regler-Routine zur Erzeugung von Steuersignalen und Berechnung von Ausschalt-Zeiten.

Das Vergrößern oder Verkleinern der Stromgrenzwerte um feste Beträge hat die Neigung, die Bremsleistung zu glätten, um das Blockieren auf ein Minimum zu senken. Als Beispiel sind Werte von 5 A für eine Vergrößerung und ü5 A für eine Verkleinerung gewählt. Nach der Verkleinerung prüft die Routine um sicherzustellen„ daß negative Wert nicht berechnet sind, und sie setzt den Wandler 144 auf Null, wenn negative Werte abgetastet sind.

-so-

Leerserte

Claims

Patent.ansprüche

Regeleinrichtung für ein durch einen elektrischen Traktionsmotor angetriebenes Fahrzeug mit einem Tastverhälnis-Umschaltregler zum wiederholten Verbinden und Trennen des Elektromotors mit einer Gleichstromquelle zum Regeln des durch den Motor entwickelten Drehmoments durch Verändern der prozentualen Leitfähigkeitszeit des Umschaltreglers„ wobei die Regeleinrichtung einen Stromregler mit Rückführung aufweist, der auf die prozentuale Verschiebtang eines Beschleunigungspedals zwischen einer Maximal— und Minimalstellung anspricht.zum Einstellen des Stromes.im Motor durch Verändern eines Befehlssignals, das die prozentuale Leitfähigkeitszeit des Umschaltreglers steuert, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abtasten der prozentualen Verschiebung des Bebeschleunigungspedals (50) und zum Begrenzen des Befehlssignals derart, daß die prozentuale Leitfähigkeitszeit

die prozentuale Verschiebung des Beschleunigungspedals nicht überschreitet.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal durch Vergleichen eines Motorstrom-Sollwertes und eines Motorstrom-Istwertes erhalten wird und eine prozentuale Leitfähigkeitszeit für die Zeitverhältnissteuerung errechnet wird zum Minimieren der Differenz zwischen dem Soll—Stromwert und dem Ist-Stromwert.

3. Verfahren zum Regeln des Drehmoments, das durch einen

\ Gleichstrom-Traktionsmotor in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug entwickelt wird, wobei die Motorleistung durch einen Zeitverhältnis-Umschaltregler gesteuert wird, der alternativ leitend und nicht-leitend ist, zum Verbinden und Trennen des Motors mit einer Gleichstromquelle, wobei der Regler durch Steuersignale gesteuert ist, die durch Signalverarbeitungstnittel in veränderlichen Zeitintervallen derart zugeführt werden, daß das Verhältnis der leitenden zur nicht-leitenden Zeit in Abhängigkeit von einem Beschleunigungspedal—Positionssignal eingestellt wird, das durch einen Beschleuniger auf dem Fahrzeug erzeugt wird,

_f- dadurch gekennzeichnet, daß den Sxgnalverarbeitungsmitteln ein Signal mit einem Wert zugeführt wird, der den Motorstrom darstellt, ein Stromreferenzsignal mit einem Wert entwickelt wird, der die Beschleunigungspedalposition darstellt, ein Spannungsbegrenzungssignal mit einem Wert entwickelt wird, das die Beschleunigungspedalposition darstellt, ein Fehlerstromwert errechnet wird, der eine Differenz zwischen dem Stromreferenzsignal und dem abgetasteten Motorstromsignal darstellt,

der Fehlerstromwert in ein Befehlssignal mit einem Wert umgewandelt wird, der das Verhältnis der leitenden zur nicht-leitenden Zeit des Umschaltreglers darstellt,

OO φ 00 OQ

Q ODO φ Φ OO

C Q φ OO C " ^ ί ί ί O OO O ο ; -

wodurch der Fehlerstromwert auf ein Minimum gesenkt wird, das Befehlssignal auf einen Wert begrenzt wird, der den Wert des Spannungsbegrenzungssignals nicht überschreitet/ und

das im Wert begrenzte Signal zur Steuerung der Leitfähigkeitszeit des Umschaltreglers angelegt wird.

4ο Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen Mikroprozessor mit einer zentralen Verarbeitungseinheit und zugehörigen Speicherschaltungen aufweist, wobei ein Programm in die Speicherschaltungen geladen ist, damit die zentrale Verarbeitungseinheit zyklisch den Fehlerstromwert in den Befehlssignalwert umwändeIt^ und wobei das Anlegen des Befehlssignals an den Umschaltregler folgende Schritte umfaßt;

Berechnen eines Leitfähigkeits-Zeitintervalls für den Umschaltregler, um den Strom im Motor auf einen vorbestimmten Wert zu zwingen,

Berechnen eines Hicht-Leitfähigkeits-Zeitintervalls derart, daß das Verhältnis der leitenden zur nichtleitenden Zeit den mittleren Motorstrom auf einen Wert zwingt, der der Beschleunigungspedalposition entspricht, Erzeugen eines Steuersignals, damit der Uiuschaltregler leitend wird, und

Erzeugen eines Steuersignals, damit der Umschaltregler am Ende des berechneten Leitfähigkeits—Zeitintervalls nicht-leitend wird-

5. Verfahren zum Regeln eines durch einen elektrischen Gleichstrom-Traktionsmotor angetriebenen Fahrzeugs in einem elektrischen Bremsbetrieb, wobei das Fahrzeug einen Zeitverhältnis-Leistungsregler zum wiederholten Verbinden und Trennen des Motors mit einer Gleichstromquelle, ein Beschleunigungspedal zur Ausbildung eines Sollwertes für den Bremsstrom, Abtastmittel zur Lieferung eines Signals mit einem Wert, der den tatsächlichen bzw.

Ist-Motorstrora darstellt,und Steuermittel umfaßt, die auf einen Vergleich des Soll-Bremsstroms und des ist-Motorstromsansprechen zur Lieferung von Steuersignalen, die das Zeit- bzw. Tastverhältnis des Reglers in einer Weise ändern, daß jede dazwischen bestehende Differenz auf ein Minimum gesenkt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß:

a) ein minimales Leitfähigkeits-Zeitintervall für den Regler festgelegt wird,

b) ein minimales Sperrzeitintervall für den Regler festgelegt wird,

c) der Regler betätigt wird zum Verbinden des Motors mit der Leistungsquelle für die minimale Leitfähigkeitszeit und

d) die Erzeugung von Steuersignalen von den Steuermitteln für wenigstens das minimale festgelegte Sperrzeitintexvall gehemmt bzw. gesperrt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß:

a) ein minimales Sperrzeitintervall für den Regler festgelegt wird und

b) die elektrische Bremsfunktion gesperrt wird, wenn die tatsächliche Nicht-Leitungs- bzw. Sperrzeit kleiner als die festgelegte minimale Zeit ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß:

a) ein Bremsstromgrenzwert als eine Funktion der Beschleunigungspedalstellung und ein vorbestimmter maximaler Motorstromwert berechnet werden,

b) auf einer zyklischen Zeitbasis der vorhandene berechnete Grenzwert mit dem letzten, zuvor berechneten Grenzwert verglichen wird,

c) der letzte, zuvor berechnete Grenzwert durch Vergrößern oder Verkleinern (Inkrementieren oder Dekrementieren)

um einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, wenn der vorhandene berechnete Grenzwert größer oder kleiner als der letzte, zuvor berechnete Grenzwert ist und d) der eingestellte Motorgrenzwert mit dem tatsächlichen Motorstromwert verglichen wird zum Steuern des Zeitbzw. Tastverhältnisses des Reglers«

@o Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Verkleinerungs- bzw. Dekrementierungswert größer ist als der vorbestimmte Vergrößerungs- bzw. Inkrementierungswert.

9« Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die prozentuale Leitfähigkeitszeit des Reglers berechnet xtfird und

b) der elektrische Bremsbetrieb beendet wird, wenn die prozentuale Einschalt-Zeit einen vorbestimmten, maximalen Wert erreicht.

ΙΟ» Verfahren nach Anspruch 9„

dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestiiomte, maximale, prozentuale Einschalt Zeitwert 12 % beträgt.