DE3442964A1

DE3442964A1 - Doppelmotor-stromregler

Info

Publication number: DE3442964A1
Application number: DE19843442964
Authority: DE
Inventors: Ronald Eric Gareis; Charles Edward Roanoke Va. Konrad; Amratlal Chunilal Charlottesville Va. Lodhia
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1984-11-24
Publication date: 1985-07-04
Also published as: IT1178716B; FR2557043A1; US4500818A; GB2151812A; GB8429290D0; JPS60174098A; IT8423915A0; FR2557043B1; GB2151812B

Description

Beschreibung

Doppelmotor-Stromregler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zum Regeln von zwei getrennt erregten Motoren/ die so angeordnet sind, daß jeder Motor ein getrenntes Rad auf einer gemeinsamen Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs antreibt.

Es ist bekannt, einzelne Motoren für die angetriebenen Räder eines elektrisch gespeisten Fahrzeugs vorzusehen. Beispielsweise werden Doppelmotoren üblicherweise für die zwei Antriebsräder eines dreirädrigen Fahrzeugs verwendet, wobei das dritte Rad zur Steuerung benutzt wird. Wenn nun die gegenüberliegend angebrachten Antriebsräder eines derartigen Fahrzeugs betrachtet werden, so ist bekannt, daß während eines Wendemanövers aufgrund der Geometrie des Wenderadius das eine Rad (d. h. das innenseitige Rad) eine kürzere Strecke zurücklegt als das andere Rad (d. h. das außenseitige Rad). Bei diesen Fahrzeugen ist es deshalb notwendig, die Drehzahl des einen Motors relativ zum anderen zu verändern, wenn eine Wendebewegung durchgeführt wird. Wenn das beiden Rädern zugeführte Drehmoment gleichbleibt, und zwar unabhängig vom Steuerungswinkel, dann hat das innnenseitige Rad die Neigung, zu schlüpfen und sich gegen die andere Oberfläche abzunutzen.

Ein Verfahren zur Überwindung des Problems bestand bisher darin, einen Winkelabtastschalter auf dem Steuerrad zu verwenden und dann die Energiezufuhr zum inneren Motor abzuschalten, wenn der Steuerwinkel einen gewissen im voraus gewählten Wert (beispielsweise einen Wendewinkel von 15 ) erreichte. Die Steuerung des Antriebsmotors in dieser Weise erzeugt jedoch eine mangelnde Kontinuität des Fahrzeugbetriebs

und vermindert dessen "Gefühl" bei einem Wendemanöver. Es besteht auch ein Mangel an Manövrierbarkeit, der insbesondere bemerkbar ist, wenn das Fahrzeug auf einer schlüpfrigen Oberfläche betrieben wird, wie beispielsweise auf einer Dockplatte. Für eine bessere Handhabung dieser Probleme sind Bemühungen gemacht worden, um das Drehmoment von jedem Motor einzeln zu regeln unter Verwendung getrennter Leistungsregler, die als eine Funktion des abgetasteten Steuerwinkels gesteuert werden. Diese getrennten Leistungsregelungen haben zwar eine gewisse Besserung gebracht, aber es sind durch die Arbeiter im Feld andere und wirksamere Mittel gesucht worden für eine Anpassung der Drehmomentregelung.

Ein anderes, allgemeineres Problem, das bei einem Wendemanöver eines Elektrofahrzeugs auftritt, bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der eine Wende sicher ausgeführt werden kann. Es ist selbstverständlich allgemeine Ansicht, daß ein Fahrzeug häufig abgebremst werden muß, wenn eine Wende durchgeführt werden soll. Trotzdem kommt es vor, daß unerfahrene Bedienungspersonen und andere eine Wende bei einer überhöhten Geschwindigkeit ausführen. In Anbetracht der möglichen Sicherheitsprobleme, die aus dieser Betätigungsart resultieren, sind auch einige Mittel gesucht worden, um ein Fahrzeug bei einer Wende automatisch zu verlangsamen und zu bewirken, daß es zunehmend verlangsamt wird, wenn die Schärfe der Wende zunimmt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung für ein Elektrofahrzeug zu schaffen, die die vorstehend erläuterten Probleme vermeidet; dabei soll eine Regeleinrichtung geschaffen werden, die die Felderregung der Antriebsmotoren kontinuierlich und individuell einstellt, so daß das Drehmoment und die Drehzahl der getrennten Räder als eine Funktion des Steuerungswinkels des Fahrzeugs verteilt werdnen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Regeleinrichtung für ein Elektrofahrzeug: a eine Ankerstrom-Regelschleife, die den Strom zu den in Reihe geschalteten Ankern

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der Doppelmotoren gemäß einem Zugkraftsignal (d. h. einem Fahrpedal) regelt ; b) einen Feldregler, der die zwei getrennten Motorfeldwicklungen im Verhältnis zum tatsächlichen Ankerstrom regelt; c) eine Fühleinrichtung, die kontinuierlich den Steuerungswinkel des Fahrzeugs ermittelt; d) Mittel zur Lieferung von Innen- und Außenradsignalen, die von dem Steuerungswinkel derart abhängen, daß eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Wertes des einen Signals das entgegengesetzte Ansprechverhalten in dem anderen Signal erzeugt und daß deren Werte sich immer zu einem konstanten Wert summieren; und e) Mittel zum Einstellen der zwei Feldwicklungen, die den zwei Rädern entsprechen, gemäß den Innen- und Außenradsignalen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 stellt schematisch Aspekte der Wendegeometrie für typische Dreiradfahrzeuge dar.

Figur 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild von einem Teil der Regeleinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit einzelnen Antriebsmotoren für zwei angetriebene Räder.

Figur 3 ist ein Blockdiagramm von einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung, die in Verbindung mit der Schaltungsanordnung nach Figur 2 verwendbar ist.

Figur 4 ist ein detailliertes Schaltbild von der Minimumfeldwählschaltung gemäß Figur 3.

Figur 5 ist eine graphische Darstellung des Ausgangssignals des Minimumfeldwählers gemäß Figur 4 als eine Funktion der Fahrzeugsteuerung.

Es wird zunächst für nützlich gehalten, die Geschwindigkeit und die geometrischen Relationen zwischen den Rädern eines Fahrzeugs

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- 4Γ-

zu betrachten, wenn dies ein Wendemanöver durchführt. Figur gibt gewisse Relationen für ein Dreiradfahrzeug an, wobei das dritte, hintere Rad zur Steuerung benutzt wird. Das Fahrzeug ist so gezeigt, daß es einen Steuerungswinkel θ_ ausführt, so daß die zwei Vorderräder 10 und 12 für die dargestellte Wende als ein Innenrad 10 und ein Außenrad 12 angesehen werden können. Die Räder 10 und 12 sind auf der gleichen Achslinie durch die Strecke W getrennt, und es besteht ein Abstand L von der Vorderachslinie zur Mitte des hinteren Steuerrades 14. Die Mitte der Krümmung für die Wende ist- an einem Punkt 16 außerhalb des Fahrzeugs dargestellt. Somit ist eine radiale Linie von der Krümmungsmitte entlang der Vorderachslinie von einer Linie durch das hintere Steuerrad 14 durch den Steuerungswinkel θ getrennt. Für kleine Steuerungswinkel 9__m ist die Krümmungsmitte für die Wende außerhalb des Fahrzeugs, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Wenn das Steuerrad schärfer und schärfer eingeschlagen wird, bewegt sich die Krümmungsmitte in Richtung auf das Innenrad (in Figur 1 Innenrad 10) und bewegt sich möglicherweise zu einem Punkt zwischen den Rädern.

Bei einem Wendemanöver legt das Innenrad eine kürzere Strecke als das Außenrad zurück, und demzufolge sollte das Innenrad mit einer kleineren Geschwindigkeit angetrieben werden als das Außenrad. Es kann tatsächlich gezeigt werden, daß die gewünschte Geschwindigkeit V des Innenrades proportional zu

(2L - tan ©_c ) ist, und die gewünschte Geschwindigkeit V_n des W ^{bl ü}

Außenrades proportional (2L + tan θ_ ) ist. Wenn sich also das

~W ^ST

Fahrzeug entlang einer geraden Linie bewegt, ist θ_ΟΓπ gleich null, und durch die trigonometrische Beziehung gilt dies für den Tangens von θ_ . Unter diesen Umständen sind die Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen der Innen- und Außenräder die gleichen _f und das Verhältnis der Drehzahl des einen Rades zum anderen ist 1,0. Während eines Wendemanövers läuft jedoch das Innenrad wünschenswerterweise mit einer kleineren Drehzahl als das Außenrad, so daß das Verhältnis der Drehzahl des Innenrades zum Außenrad gegen null abfällt, wenn der Wendewinkel schärfer wird. Bei einem gewissen Steuerungswinkel erreicht die gewünschte

Innenradgeschwindigkeit null. Dies ist der Punkt, an dem die Mitte der Krümmung der Wende mit der Mittellinie des Innenrades zusammenfällt. Für noch schärfere Steuerungswinkel bewegt sich die Krümmungsmitte zu einem Punkt zwischen den Rädern, und es wird wünschenswert, das Drehmoment für das Innenrad tatsächlich umzukehren, so daß es in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird. Unter diesen Umständen überwiegt in der vorstehend angegebenen Beziehung der negative Wert der Tangensfunktion, wodurch das Verhältnis der Raddrehzahlen negativ wird. Eine Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung variiert kontinuierlich das Verhältnis des Drehmomentes des Innenrades zum Außenrad gemäß dem Steuerungswinkel in einer glatten, kontinuierlichen Weise.

Figur 2 zeigt eine Grundschaltung zum Regeln dualer, getrennt erregter Motoren, wie sie zum Antrieb der zwei angetriebenen Räder auf einer gemeinsamen Achse eines Elektrofahrzeugs verwendet werden können. Energie wird durch eine Batterie 20 einer positiven Speiseleitung 22 und einer negativen Speiseleitung zugeführt. Zwischen die positiven und negativen Speiseleitungen 22 und 23 ist eine Reihenschaltung geschaltet, die einen üblichen Pulsbreiten-modulierten Zerhacker 25, in Reihe geschalteter Anker 27 und 28 der Doppelantriebsmotoren und einen Ankerstromfühler 30 aufweist. Die Motoranker 27 und 28 sind zur Festlegung mit R und L bezeichnet und entsprechen den rechten und linken Rädern des Fahrzeugs. Der Zerhacker 25 steuert direkt den Strom zu den Ankern 27 und 28 durch sein Tastverhälnis, d. h. dem Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit. Der Stromfühler 30 kann ein Stromshuntfühler sein, der ein Signal liefert, das dem in den zwei Ankern 27 und 28 fließenden Strom proportional ist.

Eine Freilaufdiode 32, die den Ankerwicklungen 27 und 28 und dem Stromfühler 30 parallel geschaltet ist, bildet einen Rückpfad für induktiven Strom während der Ausschaltzeiten des Zerhackers 25. In entgegengesetzter Richtung zum Zerhacker 25 ist eine zweite Diode 34 geschaltet, die einen Rückpfad für Strom zur Batterie 20 während Nutzbremsperioden bildet, wenn der Zer-

hacker 25 in Sperrichtung vorgespannt ist. Ferner sind zwei Transistorbrückenschaltungen 36 und 37 zwischen die zwei Gleichstrom-Speiseleitungen 22 und 23 geschaltet. Die Brücke steuert den Felderregungsstrom für die Motorfeldwicklung 39, und die Brücke 37 steuert den Felderregungsstrom für die Motorfeldwicklung 40. Die Feldwicklung 39 kann beispielsweise für das rechte Rad des Fahrzeugs vorgesehen sein, während die Feldwicklung 40 für das linke Rad des Fahrzeugs sorgen kann. Die Transistorbrückenschaltungen 36 und 37 sind in allen wesentlichen Bezügen gleichartig, und deshalb wird, nur die Brückenist; schaltung 36, die dem rechten Rad zugeordnet/ näher erläutert.

So weist das Brückenstellglied 36 vier Leistungstransistoren 42, 43, 44 und 45 in einer typischen Brückenkonfiguration auf, so daß die rechte Feldwicklung 39 zwischen zwei Ecken der Brükke geschaltet sind, und die Energieeinspeisungslextungen 22 und 23 sind mit den zwei anderen Ecken verbunden. Jeder der Transistoren 42 bis 45 ist mit einer Rücklaufdiode 48 bis 51 versehen, die zwischen die Emitter-und Kollektoranschlüsse des Transistors geschaltet sind. Zu irgendeiner gegebenen Zeit sind, in Abhängigkeit von der Richtung des Fahrzeugs, nur zwei der Transistoren durchgeschaltet, während die übrigen zwei sperren. Beispielsweise können für die Vorwärtsrichtung die Transistoren 42 und 42 leitend sein, während die Transistoren 44 und 45 nicht leitend sind. Unter diesen Umständen würde Feldstrom von der Batterie, durch den Transistor 42, die Feldwicklung 39, den Transistor 43 und zurück zur Batterie 20 fließen, wodurch ein Magnetfeld für einen Antrieb in Vorwärtsrichtung hervorgerufen wird. Für die Rückwärtsrichtung sind die Transistoren 44 und 45 durchgeschaltet, während die Transistoren 42 und 43 sperren. Der Erregungsstrom durch die Feldwicklung 39 ist somit umgekehrt, und das Magnetfeld ist so, daß der Motor einen Antrieb in Rückwärtsrichtung erzeugt. Die Polarität der an die Basen der Transistoren 22 bis 45 angelegten Signale bestimmt, ob diese Transistoren leitend oder nicht leitend sind, und die Größe der an die Basis angelegten Antriebssignale bestimmt die Höhe des Stromes, der durch jeden Transistor geführt wird.

Somit bestimmen die Polarität und die Größe der Signale, die an die Basen der Transistoren 42 bis 45 angelegt werden, die Richtung und Größe der Felderregung. Da getrennte Transistorbrückenregler 36 und 37 vorhanden sind, können zwei Antriebsräder, links und rechts,unabhängig in Richtung und in Drehzahl und Drehmoment gesteuert werden.

Figur 3 stellt eine Regeleinrichtung zum Erzeugen von Befehlssignalen dar, gemäß denen die Leistungsschaltung gemäß Figur 1 gesteuert werden kann. Der den Ankerstrom steuernde Abschnitt der Einrichtung umfaßt ein Pedal 50, eine Strombegrenzungsschaltung 54, eine Beschleunigungssteuerschaltung 58, eine Summierstelle 64, eine Filterschaltung 66, eine Begrenzungsschaltung 70, einen Oszillator 72 und einen Verstärker 74. Dieser Ankerregelabschnitt der Regeleinrichtung ist in der US-PS 4 427 930 näher beschrieben.

Der Beschleuniger bzw. das Fahrpedal 50 liefert ein Stromreferenz oder Zugkraftsignal, das eine gewünschte Zugkraft darstellt, die durch die Antriebsmotoren des Fahrzeugs geliefert werden soll. Gleichzeitig liefert der Beschleuniger bzw. Fahrpedal 50 eine Spannungsbezugssignal, das an die Begrenzungsschaltung 70 angelegt ist. Das Stromreferenzsignal ist direkt proportional zu dem Niederdrücken des Fahrpedals und wird der Strombegrenzungsschaltung 54 zugeführt.

Die Strombegrenzung 54 begrenzt die Größe des Zugkraftsignals, falls ein überwachter Zustand, beispielsweise die Motortemperatur, einen bestimmten vorgewählten Wert überschreitet. Das Ausgangssignal aus der Strombegrenzung 54 wird der Beschleunigungs steuerschaltung 58 (die die Änderungsgeschwindigkeit des Signals begrenzt) und dann der Summierstelle 64 zugeführt. Die Summierstelle 64 kann einfach ein Summierverstärker sein, in dem das die Zugkraft anzeigende Signal von der gesteuerten Beschleunigungsschaltung 58 mit dem tatsächlichen Ankerstromsignal verglichen wird, das auf einer Leitung 62 zurückgeführt wird. Das Ankerstromsignal auf der Leitung 62 kann beispielsweise von dem Stromfühler 30 in Figur 2 abgeleitet werden.

Ά4.

Das von der Summierstelle 64 gelieferte Fehlersignal wird einem Filter 66 zugeführt, das die Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Fehlersignal wachsen kann. Mit der Filterschaltung 66 ist eine Begrenzungsschaltung 70 verbunden, die die Ausgangsgröße der Filterschaltung 66 auf einen Wert begrenzt, der nicht größer als der Wert ist, der der Spannungsreferenz entspricht, die von dem Beschleuniger bzw. dem Fahrpedal 50 zugeführt ist. Das heißt, in einem Sinn, daß die Begrenzungsschaltung 70 durch das Spannungsreferenzsignal von dem Fahrpedal 50 gesteuert wird.

Das Signal von der Begrenzungsschaltung 70 wird dem Oszillator 72 zugeführt, der ein entsprechendes Ausgangssignal liefert, das das Tastverhältnis (beispielsweise für den Zerhacker 25 in Figur 2) zur Regelung des MotorankerStroms bestimmt. Der Strom wird den in Reihe geschalteten Ankern über den Verstärker 74 zugeführt.

Wenn das Fahrzeug im Motorbetrieb arbeitet (im Gegensatz zur elektrischen Bremsung), wird die Erregung der getrennten Motorfelder (beispielsweise Felder 39 und 40 in Figur 2) vorzugsweise in einer Weise herbeigeführt, daß sie dem tatsächlichen oder Ist-Motorankerstrom direkt proportional ist. Zu diesem Zweck wird das Motoranker-Stromsignal auf der Leitung 62 als ein Referenzsignal einer Scalierungsschaltung 76 zugeführt, die einfach die Größe des Ankerstromsignals als eine Funktion der bekannten Charakteristiken der jeweils verwendeten Motoren einstellt. Die Scalierungsschaltung 76 multipliziert das Ankerstromsignal mit einem konstanten Faktor K-_, der durch Motorparameter bestimmt ist, wie beispielsweise die Windungszahl in den Feldwicklungen.

Das scalierte Ankerstromsignal wird einer ersten Eingangsklemme eines Minimumfeldwählers 78,der im folgenden näher erläutert wird, zugeführt, der entweder das scalierte Ankerstromsignal, ein zweites Signal (von einer Absolutwertschaltung 80) oder einen gewissen Minimalwert als sein Ausgangssignal auswählt.

Das Ausgangssignal von der Minimalfelderregungswählschaltung ist eines der Signale, gemäß denen die Felderregung geregelt wird. Dieses Feldregelungssignal wird parallel als eine Eingangsgröße jeweils linken bzw. rechten Multiplizierern 82 und zugeführt. Das Ausgangssignal von jedem Multiplizierer 82, 83 ist ein Feldsteuersignal, das zur Steuerung der Feldstärke des entsprechenden linken oder rechten Antriebsmotors zugeführt wird. Das Feldregelungssignal kann beispielsweise zugeführt werden, um die Brückenregler 36 und 37 in Figur 2 zu steuern. Selbstverständlich sind eine übliche Umschaltanordnung zwischen den Multiplizierern 82 und 83 und den Reglern für die Richtungssteuerung vorgesehen. Dabei können die Multiplizierer 82 und 83 aus kommerziell verfügbaren Multipliziereinrichtungen ausgewählt sein. Im allgemeinen enthält die Schaffung der Feldregelsignale von dem Multiplizierer 82 und 83 und die zugehörige Schaltungsanordnung Mittel zum Regeln der Felderregung.

Die Ausgangsgröße von jedem Multiplizierer 82 und 83 ist selbstverständlich das Produkt von zwei Eingangssignalen. Das erste Eingangssignal zu jedem Multiplizierer stellt, wie vorstehend erläutert wurde, den Motorankerstrom oder einen gewissen anderen Wert dar, was von der Tätigkeit des Minimumfeldwählers 78 abhängt. Das zweite Eingangssignal zu jedem Multiplizierer 82 und 83 ist ein Signal, das von dem Steuerungswinkel des Fahrzeugs abhängig ist. Die Erzeugung dieser zwei Signale beginnt mit einem Steuerungswinkelfühler oder Wandler 85, der ein Wendewinkelsignal liefert, das ein Maß für den Wendewinkel θ des Steuerungsrades des Fahrzeugs ist. Der Steuerwinkelfühler 85 kann beispielsweise ein Potentiometer sein, dessen Welle mechanisch mit dem Steuerrad verbunden ist, so daß eine Spannung erzeugt wird, deren Größe den Wenderadius des Fahrzeugs darstellt. Der Steuerwinkel kann als positiv oder negativ definiert werden, in Abhängigkeit von der Wenderichtung des Fahrzeugs nach links oder rechts, und der Fühler 85 kann dementsprechend eine positive oder negative Spannung erzeugen. Das Wenderadiussignal wird gleichzeitig dem Absolutwertdetektor und einem Analog/Digital-Wandler (A/D) 87 zugeführt.

Der A/D-Wandler 87 bildet zusammen mit einem Festwertspeicher (ROM) 89 und Digital/Analog (D/A)-Wandlern 91 und 92 eine Nachschlagetabelle. Die Funktion der Nachschlagetabelle besteht darin, ein Innenradsignal. und ein Außenradsignal (ein Signal von jedem der D/A-Wandler 91, 92) zu liefern, die jeweils in einer vorbeschriebenen Weise von dem Wert des Steuerungswinkels Θ_ΟΓ_ abhängen. Das Signal vom D/A-Wandler 91 ist das zweite Eingangssignal zum Multiplizierer 83, und das Signal vom D/A-Wandler ist das zweite Eingangssignal zum Multiplizierer 82.

Im Betrieb empfängt der A/D-Wandler 87 ein analoges Signal, das den Steuerungswinkel 9_orn anzeigt, von dem Steuerungswinkelfühler 85 und wandelt das Signal in ein digitales Signal (beispielsweise ein 8 Bit-Signal) um, das eine Speicheradresse im ROM 89 darstellt. Jeder in dieser Weise adressierbare Platz im ROM 89 bildet ein einzelnes, aber in Beziehung stehendes Paar von digitalen Signalen, die die digitalen Eingangssignale zu den D/A-Wandlern 91 und 92 sind. Die digitalen Signale werden durch die D/A-Wandler 91 und 92 in analoge Signale umgewandelt und dann den Multiplizierem82 und 83 zugeführt, wie es vorstehend beschrieben ist.

Die Relation zwischen dem analogen Signal vom Steuerungswinkel fühler 85 und die analogen Signale von den D/A-Wandlern 91 und 92 basiert vorzugsweise auf dem Verhältnis der gewünschten Raddrehzahlen. Dieses Verhältnis, das als R definiert ist, ist proportional zu einem Verhältnis von vorstehend definierten Faktoren. Das heißt, R ist proportional zu 2L· _ _tane

Somit basiert dieser Abschnitt des Raddrehzahlverhältnisses strikt auf der Fahrzeuggeometrie und dem Wendewinkel-ohne Be zug auf die Ist-Raddrehzahl. Dieses Verhältnis wird benutzt, um die zwei Ausgangssignale der Nachschlagetabelle in Tennen bzw. Größen des Wendewinkels ©_crp zu definieren.

Zusätzlich ist die Summe der Werte der zwei Signale aus der

•/ff-

Nachschlagetabelle zu allen Zeiten gleich einem konstanten Wert. Zu diesem Zweck wird in Übereinstimmung mit der Abhängigkeit von 9_C_ eines der zwei Signale gleich und das andere

R KtI

gleich ■ gemacht.

Es ist ersichtlich, daß die Summe dieser zwei Signale zu allen Zeiten gleich dem Konstantwert 1 ist. Andere Konstantwerte können gewählt werden, indem einfach der Zähler von jedem Bruch mit der gleichen Konstante multipliziert wird. Wenn der Wendewinkel θ_ΟΓη größer wird (d. h. das Fahrzeug wendet schärfer) , bewegt sich der Wert von R in Richtung null. Dadurch wird der in Beziehung zu - - bestehende Signalwert zwangsweise in

κ + ι

Richtung auf den Konstantwert 1,0 bewegt, und der andere Kon-

TJ

stantwert, der auf ■ bezogen ist, geht Richtung null. Somit wird der Signalwert immer dem Außenradmultiplizie-

R '

rer zugeführt, und der Signalwert =?—-—r- wird immer den Innen-

K + I

radmultiplizierer zugeführt. Das heißt, die Felderregung für den Außenradmotor wird verstärkt, und die Felderregung für den Innenradmotor wird geschwächt, wobei das Drehmoment der zwei Räder an den Steuerungswi.nkel angepaßt wird. Die Bestimmung, welches Rad das Innen- und welches das Außenrad ist, ist eine Funktion des negativen oder positiven Wertes von θ__.

ο i.

Die Elemente der Nachschlagetabelle (d. h. ROM 89, A/D -Wandler 87 und D/A-Wandler 91 und 92) sind alle übliche Elemente und im Handel erhältlich. Beispielsweise kann das ROM eine Type 2716 von Intel sein; der A/D-Wandler 87 kann ein ADC 0801 von National Semiconductor Corporation sein und die D/A-Wandler 91 und 92 können jeweils ein Typ DAC 0800 von National Semiconductor sein.

Das Wenderadiussignal von dem Steuerungswinkel-Sensor 85 wird, wie vorstehend bereits ausgeführt, auch dem Absolutwertdetektor 80 zugeführt. Der Absolutwertdetektor 80 liefert ein Ausgangssignal, das dem 6_C_-Signal in der Größe folgt, das aber die gleiche Polarität hat unabhängig von Polaritätsänderungen in dem ©„„-Signal. Das heißt, der Absolutwertdetektor

liefert ein Ausgangssignal, das direkt proportional zu dem Wendewinkel des Fahrzeugs ist, aber vollständig unabhängig ist von der Wenderichtung nach links oder rechts. Der Absolutwertdetektor kann einer von verschiedenen, kommerziell erhältlichen Vorrichtungen sein oder er kann eine übliche Absolutwertschaltung sein, die mit Operationsverstärkern aufgebaut ist.

Der Absolutwert des ©„„-Signals wird, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, dem zweiten Eingang des Minimalfeldwählers 78 zugeführt. Der Minimalfeldwähler 78 arbeitet als ein Felderregungswähler und wählt als sein Ausgangssignal eines von seinen zwei Eingangssignalen oder einen internen Referenzwert auf, je nach^-dem welcher größer ist. Die Wirkung des Minimalfeldwählers 78 besteht darin, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs als eine Funktion des Wendewinkels zu vermindern, während zu allen Zeiten eine gewisse minimale Felderregung beibehalten wird. Das heißt, wenn der Fahrzeugwendewinkel zunimmt, wird die Fahrzeuggeschwxndxgkeit automatisch im Verhältnis zur Schärfe der Wendung vermindert. Es wird jedoch immer ein gewisses minimales Feld beibehalten, und die Geschwindigkeit wird nicht gesenkt, bis ein gewisser minimaler, vorgewählter Wendewinkel erreicht ist.

Figur 4 zeigt ein genaueres Schaltbild von einem Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung, die der Minimalfeldwähler 78 annehmen kann. In Figur 4 bilden Dioden 100, 101, 102 einen Maximalwertwähler 103. Die Anoden dieser Dioden sind alle miteinander und mit einem Knotenpunkt 104 verbunden. Das gegenüberliegende Kathodenende von jeder Diode ist mit einer getrennten Signalquelle verbunden. Funktionsmäßig ist das Signal, das am Knotenpunkt 104 auftritt, dasjenige, das den Dioden 100, 101 und 102 zugeführt wird, das die größte Amplitude besitzt. Das gewählte Signal wird, nachdem es durch den Verstärker 106 verstärkt worden ist, das Ausgangssignal des Minimalfeldwählers und wird den linken und rechten Multiplizierernzugeführt. Bekanntlich verlangsamt eine Vergrößerung der Motorfelderregung unter gewissen Umständen die Motordrehzahl und somit die Fahrzeuggeschwxndxgkeit.

Die drei Signale, die dem Maximalwertwähler 103 zugeführt werden, stellen dar: 1. den Ankerstrom, 2. den Absolutwert des Steuerungswinkels Θ_ΟΓΠ und 3. einen vorgewählten Minimalwert der Felderregung (d. h. einen minimalen Referenzwert). Für das erste Signal wird das scalierte Ankerstromsignal einem Verstärker 107 zugeführt, dessen Verstärkung durch einen Rückführungswider stand 108 und einen Eingangswiderstand 109 in üblicher Weise bestimmt wird. Der Absolutwert von θ_οπη wird einem

h> X

Verstärker 111 zugeführt, dem Rückführungs- bzw. Eingangswiderstände 113 und 114 zugeordnet sind.

Der vorgewählte Minimalfeld- oder Referenzwert wird durch eine Widerstands-Spannungsteilerschaltung festgelegt, die Festwiderstände 116 und 117 und einen Stellwiderstand 118 aufweist. Diese Widerstände 116 bis 118 sind zwischen einer negativen Referenzspannung und einem gemeinsamen Referenzpunkt in Reihe geschaltet, so daß die Spannung, die an dem bewgbaren Arm des Stellwiderstandes 118 anliegt, die minimale gewählte Feldspannung bestimmt. Die relative Verstärkung für jedes dieser drei Signale, wenn sie dem Verstärker 106 zugeführt werden, ist bestimmt durch das Verhältnis des Rückführungswiderstandes 120 zu den entsprechenden der drei Eingangswiderstände 121 bis 123.

Figur 5 zeigt die Ausgangsgröße des Minimalfeldwählers als eine Funktion des Steuerungswinkels Θ_ΟΓΤ1. Unterhalb eines gewissen Wertes des Wendewinkels Θ.. (beispielsweise 15 ) und bei einem genügend kleinen Ankerstrom wird der Minimalfeldwert F1 gewählt. Wenn jedoch Θ.. überschritten wird, steigt die Ausgangsgröße ramp*-enförmig an direkt proportional zu θ , wie beispielsweise

ο Χ

entlang der Linie 130. Wenn der Ankerstrom ansteigt (beispielsweise wird das Fahrpedal weiter niedergedrückt), wird ein gewisser Punkt erreicht, an dem das Ankerstromsignal vorherrscht gegenüber sowohl dem ©_c -Signal als auch dem Minimalfeldwert F₁.

o X I

Beispielsweise entsteht für einen gewissen Wert des Ankerstroms der Feldwert F₂, und das Steuerwinkelsignal beginnt, nur die Felderregung zu steuern, wenn der Steuerungswinkel 9„ erreicht. Somit ist die Felderregung niemals unter F., obwohl höhere Erregungswerte automatisch entstehen bei entweder erhöhtem Anker-

. η. ■

strom oder zunehmend schärferen Steuerungswinkeln. Die Einstellung des Widerstandes 118 bestimmt das minimale Feld F₁/ und das Verhältnis der Werte der Widerstände 113 und 114 bestimmt die Steigung der Linie 130.

Vorstehend wurde also eine Regeleinrichtung für ein Elektrofahrzug mit getrennten Antriebsmotoren für seine angetriebenen Räder beschrieben. Es ist dies eine Regeleinrichtung, die das Antriebsmoment als einen bestimmten Konstantwert in Abhängigkeit von dem Steuerungswinkel des Fahrzeugs wählt und in der das gewählte Drehmoment kontinuierlich ins Verhältnis gesetzt wird zu den Antriebsrädern als eine Funktion des Steuerungswinkels.

Leerseite -

Claims

Ansprüche

1. Regeleinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit doppelten Antriebsmotoren, deren Ankerwicklungen in Reihe geschaltet sind, deren Feldwicklungen getrennt erregt sind und die derart angeordnet sind, daß jeweils ein Motor für eins von zwei angetriebenen Rädern auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen ist, wobei das eine Rad eine radial innere Position und das andere eine radial äußere Position in bezug auf einen Wenderadius des Fahrzeugs einnimmt,
gekennzeichnet durch:

Mittel (50) zur Lieferung eines Zugkraftsignals, das eine gewünschte Zugkraft darstellt, die durch die angetriebenen Räder ausgeübt werden soll,

Ankerregelmittel (54 - 74) zur Lieferung von Strom an die in Reihe geschalteten Anker im Verhältnis zum Zugkraftsignal,

Feldregelmittel (78) zur Lieferung eines ersten Erregungssignals, in dessen Abhängigkeit die Erregung jeder Feldwicklung gesteuert ist,

Mittel (85) zur Lieferung eines Wenderadiussignals, das einen gewählten Wenderadius für das Fahrzeug darstellt, Mittel (87 - 91), die auf das Wenderadiussignal ansprechen, zur Lieferung eines Inhenradsignals und eines Außenradsignals,

wobei die Signale derart zueinander in Beziehung stehen, daß eine Vergrößerung oder Verkleinerung des einen Signalwertes eine entsprechende Verkleinerung oder Vergrößerung des anderen zur Folge hat, wobei die Summe der Werte eine Konstante ist,

und Mittel (82, 83) zum Einstellen der einen entsprechenden Feldwicklungserregung gemäß dem Außenradsignal und der anderen Feldwicklungserregung gemäß dem Innenradsignal.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (30, 62) vorgesehen sind zur Lieferung eines Rückführungssignals proportional zum Ankerstrom und daß die Feldregelungsmittel das erste Erregungssignal gemäß dem Rückführungssignal liefern.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß für kleinere Wenderadien das Innenradsignal im Wert verkleinert und das Außenradsignal im Wert vergrößert ist.

4. Regeleinrichtung i,ach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Außenradsignal proportional zu ·=———r und das Innenradsignal

TI

proportional zu ^₅--—=— ist, wobei R ein Verhältnis der

κ + ι

Innenraddrehzahl zur Außenraddrehzahl proportional zu

2L ST ist, wobei

I; ^{+ tan0}ST

L = Abstand zwischen der gemeinsamen Achslinie und der Mittellinie eines gesteuerten Rades,
W = Abstand zwischen den angetriebenen Rädern,

6_crn = Steuerungszyklus des Fahrzeugs in bezug auf den Wendete X

radius.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wende-

radiussignal und die Innen- und Außenradsignale anlöge Signale sind, und daß die auf das Wenderadiussignal ansprechenden Mittel eine Nachschlagetabelle aufweisen, die enthält: einen Analog/Digital-Wandler (87) zum Umwandeln des Wenderadiussignals in digitale Form,

eine Speichereinheit (89), die durch das digitale Signal adressierbar ist und Werte der Innen- und Außenradsignale in digitaler Form speichert,

zwei Digital/Analog-Wandler (91, 92) zum Umwandeln der Innen- und Außenradwerte in analoge Form.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen der Feldwicklungserregung linke und rechte Multiplizierer (82, 83) aufweisen, von denen der eine eine Felderregungseinstellung als das Produkt des Innenradsignals und des ersten Erregungssignales liefert und der andere die andere Erregungseinstellung liefert als das Produkt des Außenradsignals und des ersten Erregungssignals.