RU2171753C1

RU2171753C1 - Electrically driven vehicle

Info

Publication number: RU2171753C1
Application number: RU2000100236/28A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Воронин; Д.В. Коробатов; Е.И. Кощеев; Г.Н. Посохов; А.В. Тиманов
Original assignee: Южно-Уральский государственный университет
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: transport engineering; wheeled vehicles with electric drives such as electric cars for disabled persons, battery-powered trucks. SUBSTANCE: each electric drive in proposed vehicle has semiconductor switch and electromechanical unit with slave electric motor with excitation from permanent magnets with discretely distributed windings and electromagnetic brake with mechanical latch. Control panel with speed and direction setters is provided. Vehicle has also control unit with logic change-over set and controllable change-over switch. Control unit is provided with integrator, slave motor rotor sense-of rotation detector and time delay element. Braking of vehicle is provided both at electric arrest mode and by means of electromagnetic brake. Mechanical brake is held triggered on without power losses owing to use of mechanical latch. EFFECT: improved operation reliability. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам на колесах, выполненным с электротягой, и может быть использовано, например, в инвалидных колясках, электрокарах и т.п. независимо от числа ведущих колес. The invention relates to vehicles on wheels, made with electric traction, and can be used, for example, in wheelchairs, electric cars, etc. regardless of the number of driving wheels.

Известно транспортное средство с электротягой, содержащее два ведущих колеса с отдельными электроприводами движения, каждое из которых выполнено с микропроцессорным блоком управления, силовым преобразователем и электромеханическим блоком, пультом управления с рукояткой типа "джойстик", задатчиком скорости и направления движения, аккумуляторной батареей. При этом каждый из электромеханических блоков электроприводов движения выполнен с исполнительным электродвигателем, подключенным к выходу силового преобразователя и механически соединенным с осью соответствующего ведущего колеса [1] . A vehicle with electric traction is known, containing two driving wheels with separate electric drives of movement, each of which is made with a microprocessor control unit, a power converter and an electromechanical unit, a control panel with a joystick handle, a speed and direction adjuster, and a battery. Moreover, each of the electromechanical blocks of electric drives of movement is made with an executive electric motor connected to the output of the power converter and mechanically connected to the axis of the corresponding drive wheel [1].

Недостатком указанного известного решения является наличие в тормозной системе электромагнитных муфт, которые при движении транспортного средства находятся во включенном состоянии. Связанный с этим расход электроэнергии становится особенно нежелательным в автономной системе питания транспортного средства, в частности от аккумуляторной батареи, так как приводит к снижению запаса хода транспортного средства. Кроме того, управление указанными муфтами через пульт управления связано с часто повторяющимися режимом "включено-выключено" (при прохождении ручки управления через нейтральное положение), что создает неудобства для пользователя из-за шума, появляющегося при срабатывании муфт, определяет наличие электромагнитных помех и снижение надежности. The disadvantage of this known solution is the presence in the brake system of electromagnetic couplings, which when the vehicle is in motion. The associated energy consumption becomes especially undesirable in an autonomous power supply system of a vehicle, in particular from a battery, since it leads to a decrease in the power reserve of the vehicle. In addition, the control of these couplings through the control panel is associated with the often repeated on-off mode (when the control knob passes through the neutral position), which creates inconvenience for the user due to noise appearing when the couplings are triggered, determines the presence of electromagnetic interference and reduction reliability.

Наиболее близким решением к предлагаемому по совокупности существенных признаков является транспортное средство с электротягой, содержащее два ведущих колеса с отдельными приводами движения, каждое из которых выполнено с блоком управления, силовым преобразователем и электромеханическим блоком, пульт управления с рукояткой управления типа "джойстик", задатчиком скорости и направления движения, аккумуляторную батарею, при этом каждый из электромеханических блоков приводов движения выполнен с исполнительным электродвигателем, вал которого связан через редуктор с осью ведущего колеса и с электромеханическим тормозом, снабженным отдельным электроприводом [2]. The closest solution to the proposed set of essential features is a vehicle with electric traction, containing two driving wheels with separate motion drives, each of which is made with a control unit, a power converter and an electromechanical unit, a control panel with a joystick control handle, speed control and the direction of movement, the battery, while each of the electromechanical blocks of motion drives is made with an executive electric motor, the shaft orogo connected through a gearbox to the drive wheel axle and with an electromechanical brake, fitted with a separate electric drive [2].

Недостатком указанного известного решения, выбранного в качестве прототипа, является наличие часто повторяющихся режимов торможения (при переходе рукоятки "джойстика" через нейтральное положение), что ухудшает энергетические показатели электропривода, последние ухудшаются также в результате применения замкнутого по скорости контура регулирования в электроприводе, так как при изменении сигнала на выходе задатчика скорости привод может перейти в режим противовключения за счет действия отрицательной обратной связи по скорости, что невыгодно с энергетической точки зрения, особенно при частом изменении задающего воздействия, наблюдаемом при ручном управлении транспортным средством. Применение редуктора также ухудшает энергетические показатели, определяет повышенный уровень шума и увеличивает массу транспортного средства. Использование в тормозной системе отдельного электропривода и связанного с ним блока управления увеличивает массу и стоимость транспортного средства. The disadvantage of this known solution, selected as a prototype, is the presence of frequently repeated braking modes (when the joystick is in the neutral position), which worsens the energy performance of the drive, the latter also deteriorate as a result of the use of a speed-controlled control loop in the drive, as when the signal at the output of the speed controller changes, the drive can go into the anti-inclusion mode due to the action of negative speed feedback, which ygodno from an energy point of view, especially if you change the master effects observed during manual operation of the vehicle. The use of a gearbox also degrades energy performance, determines increased noise levels and increases the mass of the vehicle. The use of a separate electric drive and a control unit associated with it in the brake system increases the mass and cost of the vehicle.

В транспортном средстве по изобретению решается задача повышения надежности, снижения шума и электромагнитных помех, снижения расхода электроэнергии и снижения стоимости. In the vehicle according to the invention, the problem of increasing reliability, reducing noise and electromagnetic interference, reducing energy consumption and reducing cost is solved.

Указанная задача решается тем, что в известное транспортное средство с электротягой, содержащее электроприводы по числу ведущих колес, каждый из которых состоит из последовательно соединенных исполнительного электродвигателя, встроенного непосредственно в ведущее колесо и включающего в себя электромеханический преобразователь энергии с возбуждением от постоянных магнитов с дискретно распределенной обмоткой, полупроводниковый коммутатор, установленный на входе последнего и датчик положения ротора электромеханического преобразователя энергии, блока управления, имеющего узел логического переключения с двумя входами и тремя выходами и управляемый переключатель, подключенный управляющим входом к первому выходу узла логического переключения, и тормоза, а также пульт управления с задатчиком скорости и направления движения, связанный выходом с первым входом управляющего переключателя каждого электропривода, являющимся входом блока управления, и основной источник питания, согласно изобретению в блок управления вводятся: интегратор, выполненный с возможностью изменения направления интегрирования и сброса накопленного значения, выявитель направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии и элемент временной задержки, а тормоз выполнен электромагнитным, при этом второй вход управляемого переключателя подключен к выходу интегратора, а выход, являющийся первым выходом блока управления - к первому входу полупроводникового коммутатора, первый и второй входы узла логического переключения подключены соответственно к выходу элемента временной задержки, соединенного своим входом с выходом задатчика скорости и направления движения, и выходу выявителя направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии, второй выход - ко входу сброса интегратора, а третий выход, являющийся вторым выходом блока управления, связан с тормозом, выход датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии подключен ко второму входу полупроводникового коммутатора, первому входу интегратора и входу выявителя направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии, выход которого соединен со вторым входом интегратора. This problem is solved by the fact that in a known vehicle with electric traction, containing electric drives according to the number of driving wheels, each of which consists of a series-connected executive electric motor built directly into the drive wheel and including an electromechanical energy converter with excitation from permanent magnets with a discretely distributed winding, semiconductor switch installed at the input of the latter and the position sensor of the rotor of the electromechanical converter an energy generator, a control unit having a logical switching unit with two inputs and three outputs and a controllable switch connected by a control input to the first output of a logical switching unit, and a brake, as well as a control panel with a speed and direction controller connected to the output with the first control input the switch of each electric drive, which is the input of the control unit, and the main power source, according to the invention, the following are introduced into the control unit: integrator, configured to measure the direction of integration and resetting the accumulated value, the indicator of the direction of rotation of the rotor of the electromechanical energy converter and the time delay element, and the brake is electromagnetic, while the second input of the controlled switch is connected to the output of the integrator, and the output, which is the first output of the control unit, to the first input of the semiconductor switch , the first and second inputs of the logical switching node are connected respectively to the output of the time delay element connected by its input ohm with the output of the speed controller and the direction of movement, and the output of the detector of the direction of rotation of the rotor of the electromechanical energy converter, the second output is to the reset input of the integrator, and the third output, which is the second output of the control unit, is connected to the brake, the output of the rotor position sensor of the electromechanical energy converter is connected to the second input of the semiconductor switch, the first input of the integrator and the input of the detector direction of rotation of the rotor of the electromechanical energy converter, the output of the cat cerned is connected to the second input of the integrator.

Указанная совокупность признаков определяет возможность остановки транспортного средства с помощью введенных в блок управления элементов. The specified set of features determines the possibility of stopping the vehicle using the elements entered into the control unit.

Выполнение блока управления по изобретению реализует торможение в режиме "электрического арретира" в замкнутой по угловому положению импульсной системе автоматического регулирования с переменным шагом квантования по времени, импульсный характер системы объясняется дискретностью поступающей с датчика положения ротора информации, при этом, чем меньше частота вращения ротора, тем больше временной интервал между срабатываниями датчика, и, следовательно, больше период квантования. В этом заключается существенное отличие от известного решения, в котором информация об угле поворота вала исполнительного электродвигателя поступает непрерывно благодаря применению в качестве датчика скорости и угла поворотного трансформатора и используется классическая двухконтурная непрерывная система регулирования. В транспортном средстве по изобретению не требуется применение отдельного датчика скорости и угла, как в известном решении, так как в качестве такого датчика используется датчик положения ротора исполнительного электродвигателя, являющийся неотъемлемой частью конструкции последнего, что упрощает конструкцию, уменьшает габариты и стоимость транспортного средства. Уменьшение затрат электроэнергии обеспечивается применением разомкнутой системы регулирования скорости движения, при этом переход в наиболее невыгодный с энергетической точки зрения режим противовключения исполнительных электродвигателей контролируется самим пользователем, а не блоком управления, как в известном устройстве, что позволяет использовать данный режим только в необходимых случаях, избегая ненужного расходования электроэнергии. Разомкнутая система регулирования выгоднее, так как позволяет осуществлять движение накатом (по инерции), а в случае необходимости обеспечивает торможение с рекуперацией энергии обратно в источник питания. Снижение энергопотребления достигается также за счет введения временной задержки между переходом рукоятки управления в нейтральное положение и включением режима "электрического арретира", так как режим электрического торможения не включается при быстром переводе рукоятки через нейтральное положение в процессе управления транспортным средством или при случайном отпускании рукоятки на короткое время. На время указанной задержки устанавливается режим выбега, что не требует затрат энергии от аккумуляторной батареи. В том случае, если электропривод длительное время находится в режиме электрического арретира включается электромагнитный тормоз и затормаживает ведущие колеса, при этом исполнительные двигатели отключаются и транспортное средство переходит в стояночный режим. Заторможенное состояние колеса фиксируется пружинной защелкой, т.е. питание с тормоза также может быть снято. Для этого в качестве аварийного источника питания тормоза взят электрический конденсатор большой емкости (накопитель энергии), энергии которого оказывается достаточно для того, чтобы сжать пружину, прижать тормозную колодку к колесу и зафиксировать прижатое положение с помощью защелки. Таким образом, электромагнитный тормоз не потребляет энергии ни в отключенном ни во включенном состоянии, а потребляет ее только в переходном режиме включения, что дает существенную экономию энергии по сравнению с известными решениями. Тормоз может быть расторможен вручную путем отжатия пружинной защелки перед началом движения как с электроприводом, так и с ручным приводом колес. Последнее необходимо при движении транспортного средства (например инвалидной коляски) за счет мускульной силы пользователя. The implementation of the control unit according to the invention implements braking in the "electric arrestor" mode in an angular position closed pulse control system with a variable quantization step in time, the pulsed nature of the system is explained by the discrete nature of the information received from the rotor position sensor, the lower the rotor speed, the longer the time interval between the sensor responses, and, consequently, the longer the quantization period. This is a significant difference from the well-known solution, in which information on the angle of rotation of the shaft of the actuating motor is received continuously due to the use of a rotary transformer as a speed sensor and angle, and a classic two-loop continuous control system is used. In the vehicle according to the invention, the use of a separate speed and angle sensor is not required, as in the known solution, since such a sensor uses the position sensor of the rotor of the actuating motor, which is an integral part of the latter design, which simplifies the design, reduces the size and cost of the vehicle. The reduction in energy costs is ensured by the use of an open speed control system, while the transition to the most disadvantageous from an energy point of view, the mode of opposition of the Executive electric motors is controlled by the user and not by the control unit, as in the known device, which allows you to use this mode only when necessary, avoiding unnecessary energy consumption. An open regulation system is more profitable, since it allows coasting (by inertia) and, if necessary, provides braking with energy recovery back to the power source. Reducing energy consumption is also achieved by introducing a time delay between the transition of the control handle to the neutral position and the inclusion of the "electric arrestor" mode, since the electric braking mode does not turn on when the handle is quickly moved through the neutral position during vehicle control or when the handle is accidentally released to a short time. During the specified delay, the coasting mode is set, which does not require energy consumption from the battery. In the event that the electric drive is in the electric arresting mode for a long time, the electromagnetic brake is applied and the drive wheels are braked, while the executive motors are turned off and the vehicle enters the parking mode. The braked state of the wheel is fixed by a spring latch, i.e. brake power can also be removed. For this, a large-capacity electric capacitor (energy storage) was taken as an emergency power source for the brake, the energy of which is enough to compress the spring, press the brake pad to the wheel and fix the pressed position with the latch. Thus, the electromagnetic brake does not consume energy either in the off state or in the on state, but consumes it only in the transient on mode, which gives significant energy savings in comparison with the known solutions. The brake can be braked manually by depressing the spring latch before starting to drive both electrically and manually driven wheels. The latter is necessary when driving a vehicle (e.g. a wheelchair) due to the muscular strength of the user.

В качестве датчиков углового положения ведущих колес используются датчики положения ротора электромеханических преобразователей, что не требует наличия дополнительных датчиков угла и скорости, как в известном устройстве. As sensors for the angular position of the driving wheels, rotor position sensors of electromechanical converters are used, which does not require additional angle and speed sensors, as in the known device.

Для ограничения скорости движения транспортное средство может содержать элемент выделения минимального сигнала, а блок управления каждого электропривода может содержать элемент умножения, измеритель невключен между выходом задатчика скорости и направления движения и первым входом управляемого переключателя, вход измерителя периода импульсов подключен к выходу датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии, а выход - ко входу нелинейного элемента, выход нелинейного элемента каждого электропривода соединен с соответствующим входом элемента выделения минимального сигнала, выход которого подключен ко вторым входам умножителей. To limit the speed of the vehicle, the vehicle may contain a minimum signal isolation element, and the control unit of each electric drive may contain a multiplication element, the meter is not connected between the output of the speed and direction indicators and the first input of the controlled switch, the input of the pulse period meter is connected to the output of the rotor position sensor of the electromechanical converter energy, and the output is to the input of a nonlinear element, the output of a nonlinear element of each electric drive is connected the corresponding input of the minimum signal selection element whose output is connected to second inputs of the multipliers.

Транспортное средство может быть дополнительно снабжено аварийным источником питания, двумя реле напряжения и управляемым полупроводниковым ключом, а элемент умножения каждого электропривода выполнен с третьим входом, при этом ключ включен между третьим выходом узла логического переключения и тормозом, выход аварийного источника питания через первое реле напряжения соединен с третьими входами элементов умножения электроприводов, а основной источник питания через второе реле напряжения подключен ко второму входу ключа, третий вход которого соединен с выходом аварийного источника питания. The vehicle can be additionally equipped with an emergency power source, two voltage relays and a controlled semiconductor key, and the multiplication element of each electric drive is made with a third input, while the key is connected between the third output of the logical switching unit and the brake, the output of the emergency power source is connected through the first voltage relay with the third inputs of the elements of multiplication of electric drives, and the main power source through the second voltage relay is connected to the second input of the key, the third input otorrhea connected to the output emergency power supply.

Аварийный источник питания может быть выполнен в виде электрического конденсатора, подключенного через диод и резистор к основному источнику питания. The emergency power supply can be made in the form of an electric capacitor connected through a diode and a resistor to the main power source.

Для осуществления торможения в случае понижения напряжения основного источника до уровня, при котором электронные элементы схемы управления оказываются неработоспособны, транспортное средство может быть снабжено вторым реле напряжения, а аварийный источник питания подключен к электромагнитному тормозу через управляемый ключ. Если напряжение основного источника питания находится в пределах нормы, с выхода второго реле напряжения имеем единичный сигнал, который поступает на второй вход управляемого ключа, который при этом отключает электромагнитный тормоз от аварийного источника питания. При уменьшении напряжения ниже нормы с выхода реле имеем нулевой сигнал, который, поступая на второй управляющий вход управляемого ключа, открывает его и подключает обмотку тормоза к аварийному источнику питания, независимо от сигнала на его первом входе. В результате осуществляется торможение транспортного средства. To perform braking in the event of a decrease in the voltage of the main source to a level at which the electronic elements of the control circuit are inoperative, the vehicle can be equipped with a second voltage relay, and the emergency power source is connected to the electromagnetic brake via a controlled key. If the voltage of the main power source is within the normal range, we have a single signal from the output of the second voltage relay, which is fed to the second input of the controlled key, which disconnects the electromagnetic brake from the emergency power source. When the voltage decreases below normal from the relay output, we have a zero signal, which, entering the second control input of the controlled key, opens it and connects the brake winding to the emergency power source, regardless of the signal at its first input. As a result, the vehicle is braked.

Сущность заявляемого решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема управления транспортным средством по изобретению на примере его выполнения в виде инвалидного кресла-коляски с двумя ведущими колесами, снабженными отдельными электроприводами. На фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема соединения основного источника питания и аварийного источника питания. На фиг. 3 представлена конструктивная схема электромагнитного тормоза. The essence of the proposed solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a functional diagram of a vehicle control according to the invention by the example of its implementation in the form of a wheelchair with two driving wheels equipped with separate electric drives. In FIG. 2 is a circuit diagram of a connection of a main power source and an emergency power source. In FIG. 3 presents a structural diagram of an electromagnetic brake.

Транспортное средство с электротягой содержит на каждое ведущее колесо 1, 2 (фиг. 1) отдельный электропривод 3, 4, каждый из которых состоит из последовательно соединенных исполнительного электродвигателя 5, встроенного непосредственно в ведущее колесо и включающего в себя электромеханический преобразователь энергии с возбуждением от постоянных магнитов с дискретно распределенной обмоткой 7, полупроводниковый коммутатор 6, установленный на входе последнего и датчик положения ротора электромеханического преобразователя энергии 8, блока управления 9, имеющего узел логического переключения с двумя входами и тремя выходами 10 и управляемый переключатель 11, подключенный управляющим входом к первому выходу узла логического переключения 10, и тормоза 14, а также пульт управления 12 с задатчиком скорости и направления движения 13, связанный выходом с первым входом управляемого переключателя 11 каждого электропривода, являющимся входом блока управления 9, и основной источник питания 27. A vehicle with electric traction contains a separate electric drive 3, 4 for each drive wheel 1, 2 (Fig. 1), each of which consists of a series-connected executive electric motor 5, built directly into the drive wheel and includes an electromechanical energy converter with constant excitation magnets with a discretely distributed winding 7, a semiconductor switch 6 mounted at the input of the latter and a rotor position sensor of the electromechanical energy converter 8, unit board 9, having a logical switching unit with two inputs and three outputs 10 and a controllable switch 11 connected by a control input to the first output of the logical switching unit 10, and brakes 14, as well as a control panel 12 with a speed and direction controller 13 connected to the output with the first input of the controlled switch 11 of each electric drive, which is the input of the control unit 9, and the main power source 27.

В блок управления 9 введены интегратор 16 с возможностью изменения направления интегрирования и сброса накопленного значения, выявитель направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии 17 и элемент временной задержки 18, а тормоз 14 выполнен электромагнитным, при этом второй вход управляемого переключателя 11 подключен к выходу интегратора 16, а выход, являющийся первым выходом блока управления 9 - к первому входу полупроводникового коммутатора 6, первый и второй входы узла логического переключения 10 подключены соответственно к выходу элемента временной задержки 18, соединенного своим входом с выходом задатчика скорости и направления движения 13, и выходу выявителя направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии 17, второй выход - ко входу сброса интегратора 16, а третий выход, являющийся вторым выходом блока управления 9, связан с тормозом 14, выход датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии 8 подключен ко второму входу полупроводникового коммутатора 6, первому входу интегратора 16 и входу выявителя направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии 17, выход которого соединен со вторым входом интегратора 16. An integrator 16 is introduced into the control unit 9 with the ability to change the direction of integration and reset the accumulated value, the rotational direction indicator of the rotor of the electromechanical energy converter 17 and the time delay element 18, and the brake 14 is made electromagnetic, while the second input of the controlled switch 11 is connected to the output of the integrator 16, and the output, which is the first output of the control unit 9, to the first input of the semiconductor switch 6, the first and second inputs of the logical switching unit 10 are connected respectively specifically, to the output of the time delay element 18, connected by its input to the output of the speed and direction adjuster 13, and the output of the rotational direction indicator of the rotor of the electromechanical energy converter 17, the second output to the reset input of the integrator 16, and the third output, which is the second output of the control unit 9 connected to the brake 14, the output of the rotor position sensor of the electromechanical energy converter 8 is connected to the second input of the semiconductor switch 6, the first input of the integrator 16 and the input of the detector Board of rotation of the rotor 17 of the electromechanical energy converter with an output connected to the second input 16 of the integrator.

Транспортное средство может содержать элемент выделения минимального сигнала 21, а блок управления каждого электропривода 3, 4 может содержать элемент умножения 19, измеритель периода импульсов 20 и нелинейный элемент 22, при этом каждый умножитель 19 включен между выходом задатчика скорости и направления движения 13 и первым входом управляемого переключателя 11, вход измерителя периода импульсов 20 подключен к выходу датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии 8, а выход - ко входу нелинейного элемента 22, выход нелинейного элемента 22 каждого электропривода соединен с соответствующим входом элемента выделения минимального сигнала 21, выход которого подключен ко вторым входам умножителей 19. The vehicle may contain a minimum signal isolation element 21, and the control unit of each electric drive 3, 4 may comprise a multiplication element 19, a pulse period meter 20 and a nonlinear element 22, with each multiplier 19 connected between the output of the speed and direction of travel 13 and the first input controlled switch 11, the input of the pulse period meter 20 is connected to the output of the rotor position sensor of the electromechanical energy converter 8, and the output to the input of the nonlinear element 22, nonlinear output th element 22 of each electric drive is connected to the corresponding input of the selection element of the minimum signal 21, the output of which is connected to the second inputs of the multipliers 19.

Транспортное средство может быть дополнительно снабжено аварийным источником питания 23, двумя реле напряжения 24, 28 и управляемым привода 3, 4 может быть снабжен третьим входом, при этом управляемый полупроводниковый ключ 15 включен между третьим выходом узла логического переключения 10 и тормозом 14, выход аварийного источника питания 23 через первое реле напряжения 24 соединен с третьими входами элементов умножения 19 электроприводов 3, 4, а основной источник питания 27 через второе реле напряжения 28 подключен ко второму входу управляемого полупроводникового ключа 15, третий вход которого соединен с выходом аварийного источника питания 23. The vehicle can be additionally equipped with an emergency power source 23, two voltage relays 24, 28 and a controlled drive 3, 4 can be equipped with a third input, while a controlled semiconductor switch 15 is connected between the third output of the logical switching unit 10 and the brake 14, the emergency source output power supply 23 through the first voltage relay 24 is connected to the third inputs of the multiplication elements 19 of the electric drives 3, 4, and the main power supply 27 through the second voltage relay 28 is connected to the second input of the controlled floor a conductor switch 15, the third input of which is connected to the output of the emergency power source 23.

Аварийный источник питания 23 может быть выполнен в виде электрического конденсатора 23 (фиг. 2), подключенного через диод 25 и резистор 26 к основному источнику питания 27. The emergency power supply 23 can be made in the form of an electric capacitor 23 (Fig. 2) connected through a diode 25 and a resistor 26 to the main power supply 27.

Электромагнитный тормоз 14 (фиг. 3) может быть выполнен с колодками 29 и защелкой 30, связанной с пружиной 31 и с рукояткой снятия с тормоза 32. Сердечник 33 связан с колодками 29, рукояткой для ручной установки на стояночный тормоз 34 и с возвратной пружиной 35. Тормоз 14 снабжен соленоидом с обмоткой 36. The electromagnetic brake 14 (Fig. 3) can be made with pads 29 and a latch 30 associated with the spring 31 and with the handle for removing the brake 32. The core 33 is connected to the pads 29, a handle for manual installation on the parking brake 34 and with a return spring 35 The brake 14 is equipped with a solenoid with a winding 36.

Блок управления работает следующим образом. The control unit operates as follows.

В исходном состоянии колеса заторможены, рукоятка управления находится в нейтральном положении, питание на блок управления не поступает. Перед началом движения пользователь растормаживает электромеханический тормоз 14 рукояткой 32 и включает питание. Поскольку рукоятка управления находится в нейтральном положении, то на выходе задатчика скорости и направления движения 13 устанавливается нулевой сигнал, поступающий через элемент временной задержки 18 на первый вход узла логического переключения 10 и после небольшой задержки на втором выходе узла логического переключения 10 появляется сигнал, которым управляемый переключатель 11 переводится в положение, при котором включается режим "электрического арретира". Если при этом транспортное средство находится на наклонной поверхности, то оно переместится на расстояние в несколько сантиметров, которое пользователем практически не ощущается. Это перемещение необходимо для накопления (за счет импульсов, поступающих с датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии 8) на выходе интегратора 16 сигнала, достаточного для компенсации электромеханическим преобразователем 7 приложенного к нему внешнего момента. In the initial state, the wheels are braked, the control handle is in the neutral position, power is not supplied to the control unit. Before starting the movement, the user brakes the electromechanical brake 14 with the handle 32 and turns on the power. Since the control handle is in the neutral position, a zero signal is set at the output of the speed and direction adjuster 13, which passes through the time delay element 18 to the first input of the logical switching unit 10 and, after a short delay, a signal that appears to be controlled at the second output of the logical switching unit 10 the switch 11 is moved to a position in which the "electric arrestor" mode is turned on. If at the same time the vehicle is on an inclined surface, then it will move a distance of several centimeters, which the user practically does not feel. This movement is necessary for the accumulation (due to pulses from the rotor position sensor of the electromechanical energy converter 8) at the output of the integrator 16 of a signal sufficient to compensate the external moment applied to it by the electromechanical converter 7.

Если рукоятка управления отклонена от нейтрального положения, то сигнал на выходе задатчика скорости и направления движения 13 пропорционален заданной скорости движения, т.е. имеет ненулевое значение, при этом узел логического переключения 10 переводит управляемый переключатель 11 в нижнее (по фиг. 1) положение и сигнал с выхода задатчика скорости и направления движения 13 через элемент умножения 19 поступает на вход полупроводникового коммутатора 6, с выхода которого напряжение, пропорциональное требуемой скорости поступает на электромеханический преобразователь 7, при этом скорость движения пропорциональна углу отклонения рукоятки управления. If the control handle is deviated from the neutral position, then the signal at the output of the speed controller and the direction of movement 13 is proportional to the set speed, i.e. has a nonzero value, while the logical switching unit 10 transfers the controlled switch 11 to the lower (in Fig. 1) position and the signal from the output of the speed and direction of movement 13 through the multiplication element 19 is fed to the input of the semiconductor switch 6, from the output of which a voltage proportional the required speed enters the electromechanical converter 7, while the speed is proportional to the angle of deviation of the control handle.

Если рукоятку управления перевести в нейтральное положение, когда транспортное средство находилось в движении, то после временной задержки величина сигнала на выходе интегратора 16 нарастает очень быстро, так как импульсы с датчика положения ротора электромеханического преобразователя энергии 8 поступают часто и сигнал на его выходе за короткое время достигает значения, при котором к обмоткам электромеханического преобразователя энергии 7 прикладывается максимальное напряжение и происходит торможение в режиме противовключения. После остановки транспортного средства, а точнее в момент начала движения в обратную сторону, интегратор 16 сбрасывается в нулевое состояние соответствующим сигналом с выхода узла логического переключения 10. Это предотвращает нежелательный процесс перерегулирования и возникновения колебательного движения транспортного средства то в одну, то в другую сторону. Начало движения в обратную сторону фиксируется с помощью выявителя направления вращения ротора электромеханического преобразователя энергии 17. If the control handle is moved to the neutral position when the vehicle was in motion, then after a time delay the value of the signal at the output of the integrator 16 increases very quickly, since the pulses from the rotor position sensor of the electromechanical energy converter 8 often arrive and the signal at its output in a short time reaches a value at which the maximum voltage is applied to the windings of the electromechanical energy converter 7 and braking occurs in the anti-inclusion mode. After the vehicle stops, and more precisely, at the moment the movement starts in the opposite direction, the integrator 16 is reset to zero by the corresponding signal from the output of the logical switching unit 10. This prevents the undesirable process of overshooting and the occurrence of oscillatory movement of the vehicle in one direction or the other. The beginning of the movement in the opposite direction is fixed using the detector of the direction of rotation of the rotor of the electromechanical energy converter 17.

В том случае, когда режим "электрического арретира" включен продолжительное время, узел логического переключения 10 выдает сигнал на включение электромагнитного тормоза 14 через управляемый ключ 15 и одновременно выдает сигнал сброса интегратора 16. При этом колеса 1, 2 затормаживаются электромагнитным тормозом 14, а двигатели 5 оказываются отключенными. Сигнал на включение электромагнитного тормоза 14 может быть подан также при остановке на значительном уклоне, когда для удержания транспортного средства в режиме "электрического арретира" потребуется слишком большая энергия. In the case when the "electric arrestor" mode is on for a long time, the logical switching unit 10 gives a signal to activate the electromagnetic brake 14 through the controlled key 15 and at the same time gives a reset signal to the integrator 16. In this case, the wheels 1, 2 are braked by the electromagnetic brake 14, and the motors 5 turn off. The signal to activate the electromagnetic brake 14 can also be given when stopping on a significant slope, when too much energy is required to hold the vehicle in the "electric arrestor" mode.

Ограничение скорости происходит следующим образом. Если скорость вращения ведущих колес не превышает установленного порога, то уровень сигнала на выходе измерителя периода импульсов 20 будет больше порогового значения, при этом сигнал на выходе нелинейного элемента 22 равен 1 и контур ограничения скорости не влияет на работу блока управления. Если скорость хотя бы одного из ведущих колес превысит установленный порог, то сигнал на выходе соответствующего нелинейного элемента начинает пропорционально уменьшаться (но не менее, чем до нуля), этот сигнал выделяется элементом выделения минимального сигнала 21 и поступает на входы элементов умножения 19 всех электроприводов, при этом пропорционально уменьшаются сигналы, поступающие на входы всех полупроводниковых коммутаторов 6, что вызывает уменьшение напряжений, приложенных к обмоткам электромеханических преобразователей энергии 7 и снижение скорости движения, при этом, благодаря пропорциональному снижению напряжения на всех электродвигателях, транспортное средство остается полностью управляемым. После того, как скорость всех ведущих колес снизится до величины меньше пороговой, сигналы на выходе нелинейных элементов 22 вновь принимают значение 1, при этом контур ограничения скорости не оказывает влияния на работу блока управления 9. The speed limit is as follows. If the speed of rotation of the drive wheels does not exceed the set threshold, then the signal level at the output of the pulse period meter 20 will be greater than the threshold value, while the signal at the output of the nonlinear element 22 is 1 and the speed limit loop does not affect the operation of the control unit. If the speed of at least one of the drive wheels exceeds the set threshold, then the signal at the output of the corresponding nonlinear element starts to proportionally decrease (but not less than to zero), this signal is allocated by the minimum signal selection element 21 and goes to the inputs of the multiplication elements 19 of all electric drives, at the same time, the signals supplied to the inputs of all semiconductor switches 6 are proportionally reduced, which causes a decrease in the voltages applied to the windings of the electromechanical energy converters and 7 and reduced speed, while, thanks to proportional voltage reduction on all electric motors, the vehicle remains fully controllable. After the speed of all the drive wheels decreases to a value less than the threshold, the signals at the output of the nonlinear elements 22 again take the value 1, while the speed limit loop does not affect the operation of the control unit 9.

Для питания электромеханического тормоза введен аварийный источник питания 23 (например электрический конденсатор), при этом сигнал, пропорциональный напряжению аварийного источника питания 23 с помощью реле напряжения 24 преобразуется в логический сигнал. Если напряжение аварийного источника 23 в норме, то на выходе реле напряжения 24 имеем единичный сигнал и работа схемы осуществляется нормально. Если напряжения аварийного источника меньше нормы, на выходе реле 24 имеем нулевой сигнал, который блокирует работу блока управления 9, препятствуя тем самым движению транспортного средства при недопустимо малом напряжении аварийного источника питания. To supply the electromechanical brake, an emergency power source 23 (for example, an electric capacitor) is introduced, while a signal proportional to the voltage of the emergency power source 23 is converted into a logical signal using a voltage relay 24. If the voltage of the emergency source 23 is normal, then at the output of the voltage relay 24 we have a single signal and the circuit operates normally. If the voltage of the emergency source is less than normal, at the output of the relay 24 we have a zero signal that blocks the operation of the control unit 9, thereby preventing the movement of the vehicle with an unacceptably low voltage of the emergency power source.

Если в процесс движения транспортного средства напряжение основного источника питания 27 окажется ниже некоторого допустимого значения, на выходе реле напряжения 28 появится нулевой сигнал, который, поступая на третий вход полупроводникового ключа 15, открывает его и подключает обмотку электромагнитного тормоза 14 к аварийному источнику питания 23. Тормоз срабатывает и транспортное средство останавливается. If during the movement of the vehicle the voltage of the main power source 27 is below a certain acceptable value, a zero signal will appear at the output of the voltage relay 28, which, entering the third input of the semiconductor switch 15, opens it and connects the coil of the electromagnetic brake 14 to the emergency power source 23. The brake is applied and the vehicle stops.

Подзарядка аварийного источника питания 23 происходит через электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора 26 и полупроводникового диода 25, при этом сопротивление резистора 26 выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый режим подзарядки аварийного источника питания 23, диод 25 препятствует разряду аварийного источника питания 23 на основной источник питания 27 при выходе последнего из строя. Таким образом, аварийный источник питания 23 находится в режиме постоянной подзарядки от основного источника питания 27, что позволяет обойтись без применения отдельного зарядного устройства для аварийного источника питания 23. Charging the emergency power supply 23 occurs through an electric circuit consisting of a series-connected resistor 26 and a semiconductor diode 25, while the resistance of the resistor 26 is selected so as to provide the necessary charging mode of the emergency power supply 23, the diode 25 prevents the discharge of the emergency power supply 23 to the main power source 27 when the latter fails. Thus, the emergency power source 23 is in constant charge mode from the main power source 27, which allows you to do without the use of a separate charger for emergency power source 23.

Электромагнитный тормоз 14 работает следующим образом. При подключении обмотки соленоида 36 к аварийному источнику питания 23 сердечник 33 втягивается, сжимая возвратную пружину 35 и прижимая тормозную колодку 29 к колесу 1. В результате осуществляется торможение колеса. Втягиваясь, сердечник 33 движется вправо и его уступ перемещается за защелку 30, которая под действием пружины 31 опускается вниз. В результате блокируется обратное движение сердечника 33 влево под действием возвратной пружины 35 при снятии напряжения с обмотки соленоида 36, например, после разряда аварийного источника питания 23. Для растормаживания колес достаточно с помощью рукоятки 32 поднять защелку 30 и освободить сердечник 33, который с помощью возвратной пружины 35 возвратиться в исходное положение. Для торможения вручную достаточно с помощью рукоятки 34 переместить сердечник 33 вправо до срабатывания защелки 30. The electromagnetic brake 14 operates as follows. When connecting the coil of the solenoid 36 to the emergency power source 23, the core 33 is retracted, compressing the return spring 35 and pressing the brake shoe 29 to the wheel 1. As a result, the wheel is braked. Retracting, the core 33 moves to the right and its ledge moves behind the latch 30, which under the action of the spring 31 falls down. As a result, the reverse movement of the core 33 to the left is blocked under the action of the return spring 35 when removing the voltage from the winding of the solenoid 36, for example, after discharging the emergency power source 23. To brake the wheels, it is enough to use the handle 32 to lift the latch 30 and release the core 33, which using the return springs 35 return to their original position. For manual braking, simply use the handle 34 to move the core 33 to the right until the latch 30 is activated.

Изобретение может быть использовано в инвалидных колясках, электрокарах и других транспортных средствах с электротягой независимо от числа ведущих колес. The invention can be used in wheelchairs, electric cars and other electric vehicles, regardless of the number of driving wheels.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Каталог фирмы МЕЙРА (MEYRA), Германия, модель 2482, 1990, с. 133-139.SOURCES OF INFORMATION
1. Catalog of the company MEYRA (MEYRA), Germany, model 2482, 1990, p. 133-139.

2. Российский патент N 2022824, кл. B 60 L 11/00, 1992. 2. Russian patent N 2022824, class. B 60 L 11/00, 1992.

3. Международный патент N 25057, кл. H 02 K 29/06, В 60 K 7/00, B 60 L 11/04, A 01 B 71/00, A 61 G 5/04, B 66 F 3/44, 1997. 3. International patent N 25057, cl. H 02 K 29/06, B 60 K 7/00, B 60 L 11/04, A 01 B 71/00, A 61 G 5/04, B 66 F 3/44, 1997.

Claims

1. A vehicle with electric traction, containing electric drives according to the number of driving wheels, each of which consists of a series-connected executive electric motor built directly into the driving wheel and including an electromechanical energy converter with excitation from permanent magnets with a discretely distributed winding, a semiconductor switch installed at the input of the latter, and the position sensor of the rotor of the electromechanical energy converter, a control unit having knots l logical switching with two inputs and three outputs and a controllable switch connected by a control input to the first output of the logical switching unit, and brakes, as well as a control panel with a speed and direction controller connected to the output with the first input of the controlled switch of each electric drive, which is the input of the unit control, and the main power source, characterized in that an integrator is introduced into the control unit, configured to change the direction of integration and reset of the measured value, a rotational direction indicator of the rotor of the electromechanical energy converter and a time delay element, and the brake is electromagnetic, while the second input of the controlled switch is connected to the integrator output, and the output, which is the first output of the control unit, is connected to the first input of the semiconductor switch, the first and second the inputs of the logical switching node are connected respectively to the output of the time delay element connected by its input to the output of the speed and direction adjuster movement, and the output of the rotor direction indicator of the rotor of the electromechanical energy converter, the second output is to the reset input of the integrator, and the third output, which is the second output of the control unit, is connected to the brake, the output of the rotor position sensor of the electromechanical energy converter is connected to the second input of the semiconductor switch, the first input the integrator and the input of the detector of the direction of rotation of the rotor of the electromechanical energy converter, the output of which is connected to the second input of the integrator.

2. The vehicle according to claim 1, characterized in that it is equipped with a minimum signal isolation element, and a multiplication element, a pulse period meter and a nonlinear element are additionally introduced into the control unit of each electric drive, with each multiplier connected between the output of the speed adjuster and the direction of movement and the first input of the controlled switch, the input of the pulse period meter is connected to the output of the rotor position sensor of the electromechanical energy converter, and the output to the input of a nonlinear element entent, the output of the nonlinear element of each electric drive is connected to the corresponding input of the minimum signal isolation element, the output of which is connected to the second inputs of the multipliers.

3. The vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that it is additionally equipped with an emergency power source, two voltage relays and a controlled semiconductor key, and the multiplication element of each electric drive is made with a third input, while the key is connected between the third output of the logical switching unit and brake, the output of the emergency power source through the first voltage relay is connected to the third inputs of the multiplication elements of the electric drives, and the main power source through the second voltage relay is connected to the second at entry key, a third input coupled to an output of the emergency power source.

4. The vehicle according to claim 3, characterized in that the emergency power source is made in the form of an electric capacitor connected through a diode and resistor to the main power source.