DE3249127A1

DE3249127A1 - Elektromotorisch angetriebenes strassenfahrzeug

Info

Publication number: DE3249127A1
Application number: DE19823249127
Authority: DE
Inventors: Erich 8650 Kulmbach Pöhlmann; Bernd Dr.-Ing. 4300 Essen Stoy
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE Energie AG
Priority date: 1982-02-24
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3249127C2

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein elektromoto-
risch angetriebenes Straßenfahrzeug, - mit zwei Antriebsrädern, je einem Reihenschlußmotor pro Antriebsrad, Akkumulatorenbatterie, und Steuereinheit, wobei die Reihenschlußmotoren elektrisch in Reihe geschaltet über eine Antriebsübertragung auf ihr Antriebsrad arbeiten und mit Hilfe der Steuereinheit schaltbar sind. - Ein Reihenschlußmotor zeigt bekanntlich einen mit zunehmender Drehzahl abnehmenden Drehmomentenverlauf. Sein an der Welle abnehmbares Drehmoment ist proportional zu dem Quadrat des Motorstromes, solange der Reihenschlußmotor nicht im Bereich seiner Eisensättigung betrieben wird.
Bei dem bekannten gattungsgemäßen Fahrzeug (AT-PS 115 854, 1928) sind die Reihenschlußmotoren, wenn sie arbeiten, permanent in Reihe geschaltet und nicht anders schaltbar. Die Steuereinheit, die als klassisches elektromechanisches Aggregat ausgeführt ist, bewirkt die Ein- und Ausschaltung sowie die Leistungssteuerung. Die durch diese Reihenschaltung vorgegebene Charakteristik ändert sich auch mit zunehmender Geschwindigkeit nicht. Maßnahmen, die eine besondere Betriebsweise einerseits für Anfahrbetrieb und Stadtfahrt, andererseits für Schnellfahrt zulassen würden, fehlen. Andererseits verlangt der moderne Straßenverkehr eine derartige Differenzierung, nämlich bei Stadtfahrtbetrieb ein zügiges Anfahr- und Beschleunigungsverhalten, auch bei überholvorgängen, bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 60 Kilometern pro Stunde, darüber hinaus aber bei Schnellfahrtbetrieb auf Schnellstraßen, insbesondere zwischen Satellitenstadt und Stadtkern, eine ausreichende Höchstgeschwindigkeit bei selbstverständlich weichem Übergang zwischen Stadtfahrtbetrieb und Schnellfahrtbetrieb. Das sind Forderungen, die mit dem bekannten Fahrzeug nicht erfüllbar sind. Tatsächlich ist das bekannte Fahrzeug wohl eher als Schienenfahrzeug konzipiert, wenn auch eine Verwendung als Straßenfahrzeug nicht ausgeschlossen ist. Die beschriebenen Forderungen sind bisher nur von Straßenfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe erfüllbar. Um das Fahrverhalten von elektromotorisch angetriebenen Straßenfahrzeugen zu verbessern, ist es bekannt (US-PS 31 82 742, 1965), bei den Elektromotoren die Ankerwicklung einerseits, die Feldwicklung andererseits insoweit funktionell voneinander zu trennen, als sie an eigene Akkumulatorenbatterien angeschlossen und bezüglich ihrer Spannungs- und Stromversorgung selbständig steuerbar sind. Man versucht auf diese Weise die Vorteile eines Reihenschlußmotors und die eines Nebenschlußmotors zu vereinigen. Im Ergebnis arbeitet man mit fremderregten Nebenschlußmaschinen. Der schaltungsmäßige Aufwand ist erheblich. Das Ergebnis ist kein einfaches Aggregat, - und auch bei dieser Ausführungsform fehlen die Voraussetzungen für einen ausgesprochenen Schnellfahrtbetrieb. Eine Differenzierung Stadtfahrtbetrieb/Schnellfahrtbetrieb wird nicht vorgenommen.
Der ErEindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes, elektromotorisch angetriebenes Straßenfahrzeug so weiter auszubilden, daß es nicht nur für einen Stadtfahrtbetrieb mit zügigem Anfahr- und Beschleunigungsverhalten, sondern bei weichem Übergang auch für einen Schnellfahrtbetrieb mit verbesserter Höchstgeschwindigkeit besonders geeignet ist, und zwar bei geringem schaltungstechnischen Aufwand und unter Verwendung einfacher und bewährter Bauteile sowie mit einer vorteilhaften Kraftübertragung, die ohne Verlust behaftete mechanische Getriebe die beschriebene Differenzierung zwischen Anfahr- und Stadtfahrtbetrieb sowie Schnellfahrtbetrieb zuläßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Reihenschlußmotoren über eine nichtstarre Antriebsübertragung auf ihr Antriebsrad arbeiten und für einen Schnellfahrtbetrieb mit Hilfe einer leistungselektronischen Steuereinheit einander parallel schaltbar sind. Es versteht sich, daß die leistungselektronische Steuereinheit eine Einrichtung zur Strombegrenzung aufweist. Nichtstarre Antriebsübertragung ist bei elektromotorisch angetriebenen Straßenfahrzeugen an sich bekannt (US-PS 31 82 742).
Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die im Anfahrbereich und im Stadtfahrtbetrieb wirksame Reihenschaltung bei Aufnahme des von der Steuereinheit begrenzten größten Stromes eine beachtliche Zugkraft aufweist, so daß bei geeigneter Auslegung der Reihenschlußmotoren die vorstehend angegebenen Forderungen für den Stadtfahrtbetrieb ohne Schwierigkeiten erfüllbar sind. Bei Umschaltung auf den Schnellfahrtbetrieb wirkt sich die wegen der Parallelschaltung an jedem Reihenschlußmotor anliegende höhere Spannung vorteilhaft für die höhere Fahrzeuggeschwindigkeit und damit für die Schnellfahrt aus. Die Umschaltung ist problemlos, und kann mit einer leistungselektronischen Steuereinheit ohne Schwierigkeiten bei kurzer Schaltzeit bewirkt werden, wobei wegen der nichtstarren Antriebsübertragung der Schaltvorgang durch mechanische Schwingungen zwischen dem jeweiligen Elektromotor und dem Antriebsrad in keiner Weise beeinträchtigt wird und eine weiche Umschaltung möglich ist.
Um ein erfindungsgemäßes Straßenfahrzeug insgesamt so bedienen zu können, wie es bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor üblich ist, lehrt die Erfindung, daß die Steuereinheit ein Fahrpedal aufweist und dadurch die Parallelschaltung für den Schnellfahrtbetrieb herbeiführbar ist. Das geschieht vorzugsweise so, daß die Steuereinheit einen Vorprogrammierer sowie eine Vorwähleinrichtung aufweist und daß eine Umschaltung auf den Schnellfahrtbetrieb mit Hilfe des Fahrpedals einrichtbar, aber erst durchführbar ist, wenn die vorprogrammierte Geschwindigkeit erreicht ist. Dabei kann mit einem Kickdown-Effekt gearbeitet werden, wie er bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und automatischem Getriebe üblich ist. Dazu lehrt die Erfindung, daß das Fahrpedal gegen einen erhöhten mechanischen Widerstand durchtretbar und dabei der Schnellfahrtbetrieb einschaltbar ist. Die Steuereinheit kann bei Kurvenfahrt einen Differential-Drehzahlausgleich bewirken und dazu ihrerseits von dem Lenkradausschlag der Vorderräder steuerbar sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch in einer Draufsicht ein elektromotorisch angetriebenes Straßenfahrzeug.
In der Figur ist ein vierrädriges Fahrzeug dargestellt, dessen Vorderräder 1 lenkbar und dessen Hinterräder 2 als Antriebsräder ausgebildet sind. Im Heck 3 des Fahrzeuges ist eine ggf.
aus mehreren Einzelzellen bestehende Akkumulatorenbatterie 4 untergebracht, die mit einer Steuereinheit 5 verbunden ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Reihenschlußmotoren 6 und 7 vorgesehen. Die Wellen 8 und 9 beider Reihenschlußmotoren 6 und 7 fluchten miteinander. Beide Reihenschlußmotoren 6 und 7 werden von der Steuereinheit 5 aus gesteuert.
Die Antriebsübertragung eines jeden Reihenschlußmotors 6 und 7 erfolgt über eine Kette 10, einen Zahnriemen od. dgl., der über ein Kettenritzel 11 an der Motorwelle 8 bzw. 9 und das Kettenrad 12 läuft, welches mit dem zugehörigen Antriebsrad 2 des Fahrzeuges verbunden ist. Diese Antriebsübertragung gestattet eine schwingungsmäßige Entkoppelung zwischen dem jeweiligen Reihenschlußmotor 6 bzw. 7 und dem Antriebsrad 2.
Durch entsprechende Schaltung der Steuereinheit 5 ist die Drehrichtung der Reihenschlußmotoren 6 und 7 umkehrbar. Sie können elektrisch in Reihe oder für Schnellfahrtbetrieb parallel zueinander geschaltet sein, wozu gleichfalls die Steuereinheit 5 dient. Die Reihenschlußmotoren 6 und 7 sind gleich stark ausgelegt. Bei Kurvenfahrt bewirkt die Steuereinheit 5 einen entsprechenden Ausgleich der Drehzahlen der Reihenschlußmotoren 6 und 7. Dieser Ausgleich kann beispielsweise von dem Lenkausschlag der Vorderräder 1 abgeleitet sein.
Ferner weist die Steuereinheit 5 ein Fahrpedal 13 auf, so daß dadurch die Parallelschaltung für den Schnellfahrtbetrieb herbeiführbar. Die Steuereinheit 5 ist mit einem Vorprogrammierer 14 sowie mit einer Vorwähleinrichtung 15 vorsehen. Die Umschaltung auf den Schnellfahrtbetrieb ist so mit Hilfe des Fahrpedals 13 einrichtbar, aber erst durchführbar, wenn eine vorprogrammierte Geschwindigkeit erreicht ist. Zur Geschwindigkeitsmessung für diese Umschaltung ist der Tachometer 16 herangezogen. Das Fahrpedal 13 ist gegen einen erhöhten mechanischen Widerstand 17 durchtretbar. Der Schnellfahrtbetrieb ist so mit Kickdown-Effekt einschaltbar.

Claims

Elektromotorisch angetriebenes Straßenfahrzeug Patentansprüche: Elektromotorisch angetriebenes Straßenfahrzeug, - mit zwei Antriebsrädern, je einem Reihenschlußmotor pro Antriebsrad, Akkumulatorenbatterie, und Steuereinheit, wobei die Reihenschlußmotoren elektrisch in Reihe geschaltet über eine Antriebsübertragung auf ihr Antriebsrad arbeiten und mit Hilfe der Steuereinheit schaltbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reihenschlußmotoren (6, 7) über eine nichtstarre Antriebsübertragung (10, 11, 12) auf ihr Antriebsrad (2) arbeiten und für einen Schnellfahrtbetrieb mit Hilfe einer leistungselektronischen Steuereinheit (5) einander parallel schaltbar sind.
2. Straßenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) ein Fahrpedal (13) aufweist und dadurch die Parallelschaltung für den Schnellfahrtbetrieb herbeiführbar ist.
3. Straßenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) einen Vorprogrammierer (14) sowie eine Vorwähleinrichtung (15) aufweist und eine Umschaltung auf den Schnellfahrtbetrieb mit Hilfe des Fahrpedals (13) einrichtbar, aber erst durchführbar ist, wenn eine vorprogrammierte Geschwindigkeit erreicht ist.
4. Straßenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrpedal (13) gegen einen erhöhten mechanischen Widerstand (17) durchtretbar ist und dadurch der Schnellfahrtbetrieb mit Kickdown-Effekt einschaltbar ist.
5. Straßenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) bei Kurvenfahrt einen Differential-Drehzahlausgleich bewirkt und dazu ihrerseits von dem Lenkradausschlag der Vorderräder (1) gesteuert ist.