DE2427299C2 - Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach der Gattung des Hauptansprr-hs.

Aus der DF-OS 22 03 371 ist ein Fahrzeugantriebssystem bekannt, das eine "Ihyristo.-Zerhackerschaltung aufweist, mit der die Drehzahl eines Antriebsmotors ^}~> geregelt wird. Ein Hauptthyristor ib. in Reihe mit dem Motor und einem kommutierenden Thyristor geschaltet, der bei Zündung des Hauptthyristors ausschaltet. Weiterhin ist eine Thyristorzündschaltung 16 vorgesellen, die die Zündimpulse an die Thyristoren liefert. Ein Funktionsgenerator ist mit dem Beschleunigungspedal gekoppelt und bestimmt abhängig von der Stellung des Beschleunigungspedals den benötigten Ankerstrom. Der Funktionsgenerator ist mit einem Oberwertblock ■nd einem Unterwertblock verbunden, die die obere *"> ■nd unlere Sollstromstärke festlegen. Der am Anker abgenommene Iststrom wird mit dem Sollwert verglichen, und die Zündschaltung wird abhängig von dem Vergleichswert gesteuert. Der kommutierende Thyriitor wird dann gezündet, wenn die Sollstromstärke trreicht ist. Falls aus irgendeinem Grunde der Sollwert nicht erreicht werden würde, bliebe der Hauptthyristor dauernd an. Um dies zu verhindern, ist ein Periodenostillalor vorgesehen, der der Vergleichseinheit ein Signal torgibt, das das Erreichen des oberen Sollwertes >⁵ iimulier;. so daß der kommuiierende Thyristor gezündet wird, um den Hauptthyristor auszuschalten. Der Ankerstrom fällt dann auf den unteren Wert ab. und der Hauptthyristor wird erneut gezündet. In dem Löschkreis für den Hauptthyristor ist ein Kondensator vorgesehen, der geladen sein muß. wenn der kommutierende Thyristor zündet, um den Hauptthyristor auszuschalten. Damit die Zerhackerschaltung einwandfrei arbeitet, sind Minimum-Ausschaltzeit- und Minimum-Einschaltzeitschaltungcn vorgesehen, die Min- ^b> dcstzcitcn für die Ladung des Kondensators vorgeben. Bei diesem bekannten Fahr/cugantriebssystcm sind aber keine Vorkehrungen für den Fall getroffen, daß der Kondensator des Loschkreises unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. im Bremsbetrieb, aufgrund eines kleinen Ladestroms eine zu geringe Ladung bekommt, die für ein sicheres Löschen des Hauptthyristors nicht ausreicht.

Aus der GB-PS IO 15 006 ist eine Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bekannt, bei dem der Antriebsmotor über eine Thyristor-Zerhaekerschaltung gespeist wird. Wenn der Motor für ein elektrisches Bremsen eingesetzt wird, wird durch eine paraJel zum Anker geschaltete Schaltung, bestehend aus einer Parallelschaltung aus einem Widerstand, einem Kondensator und der Emitterbasisstrecke eines Transistors in Reihe mit einem weiteren Widerstand, die Pulsfolgefrequenz auf einen niedrigen Wert begrenzt. Diese Steuerschaltung hat aber den Nachteil, daß die Pulsfolgefrequenz unabhängig von einer Übersteuerung, d. h. unabhängig davon, ob der Iststrom den Sollstromwert erreicht, beim Bremsen ständig rujf einen niedrigen Wert gehalten wird, wodurch die Bremswirkung verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug in der Weise zu verbessern, daß eine einwandfreie Löschung des Hauptthynstors der Zerhackerschaltung auch dann gewährleistet wird, wenn der Ladestrom für den Kondensator des Löschkreises klein ist.

Diese Aufgabe v-Hrd erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.Vorteilhafterweise wurde die vorhandene Übersteuerungs-Regeleinrichtung, die beim Motorbetrieb des Motors dazu dient, die Einschaltzeit des Hauptthyristors zu begrenzen, mit einfachen Mitteln in der Weise abgewandelt, daß auch die Ladezeit des Kondensators bei bestimmten Bedingungen verlängert werden kann. Die Verlängerung der Ausschaltzeit des Hauptthyristors zum Aufladen des Kondensators des Löschkreises wird durch Zuschalten eines Zeitgliedes erreicht. Durch diese Vorkehrung wird ein cinwand'^reies Arbeiten der Zerhackerschaltung auch dann gewährleistet, wenn der Ladestrom für den Kondensator des Löschkreises gering ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf das Schaltbild näher erläutert.

Gemäß der Zeichnung weist ein Fahrzeug eine Antriebsbatterie 11 auf. beispielsweise bei einer Spannung von mehr als 200 Volt, deren Pluspol mit einer Stromleitung 9 und deren Minuspol mit einer Stromleitung 10 verbunden ist. In Reihe zwischen die Leitungen 9 und 10 sind der Anker 12 eines Antriebsmotors, die Feldwicklung 13 eines Motors, eine Strommeßeinrichtung 14 und der Anoden-Kathodenweg eines Thyristors 15 geschaltet. Die Anode des Thyristors 15 ist mit der Leitung 10 über den Anoden-Kathodenweg eines Thyristors 16 und den Kondensator 17 in Reihe verbunden, während die Verbindung /wischen dem Thyristor 16 und dem Kondensator 17 mit der Leitung 10 über den Anoden-Kathodenweg eines Thyristors 18 und eines Induktors 19 verbunden ist.

Das Fahrzeug weist ferner eine Batterie 22 auf. beispielsweise mit 234 Volt, deren Minuspol mit der Leitung 10 verbunden ist. An die Batterie 22 ist eine Stromversorgungsschaltung 23 angeschlossen, die Strom unter niedriger Spannung zu verschiedenen Teilen der Schaltung liefert und insbesondere Strom an

einen positiven bzw. n-giüiven Ansch'uß 24 und 25 liefen, die beispielsweise unter plus bzw. minus 15 Volt stehen. Ferner ist an die Batterie 22 ein Widerstand 26 angeschlossen, an dem ein Schieber sitzt, der mit dem Beschleunigungspedal des Fahrzeugs gekoppelt ist. Der Schieber ist über einen Widerstand 27 mit dem invertierender Eingangsanschluß eines Funktionsverstärkers 28 verbunden, der zwischen die Anschlüsse 24 und 25 geschaltet ist. Die S'rommeßeinrichtung 14 liefert einen Eingang über einen Widerstand 29 an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 28.

Die Schaltung weist ferner einen zweiten Funktionsverstärker 33 auf, der zwischen die Anschlüsse 24, 25 geschaltet ist und der mit seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß mit der Leitung 10 über einen Widerstand 36 und mit seinem invertierenden Eingangsanschluß mit dem Ausgang des Verstärkers 28 über Widerstände 31, 30 in Reihe verbunden ist. Die Verbindung zwischen den Widerständen 31, 30 ist mit der Leitung 10 über einen Widerstand 60 und einen Kondensator 61 in paralleler Anordnung verbunden, und der Ausgang und der invertierende Eingr.ngsan Schluß des Verstärkers 28 sind über einen Widerstand 32 gekoppelt Der Ausgangsanschluß 33 ist mit seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß über eine Reihenschaltung verbunden, zu der ein Kondensator 34 und ein Widerstand 35 gehören, wobei zum Kondensator 34 ein Widerstand 40 parallelgeschaltet ist. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 33 ist mit zwei Treibschaltungen 37 und 38 verbunden, wobei die Schaltung 37 mit dem Eingang des Thyristors 16 und die Schaltung 38 mit den Eingängen der Thyristoren 15 und 18 gekoppelt sind.

Zweckmäßig wird im Augenblick nur die Funktion der bisher beschriebenen Anordnung betrachtet, wobei die anderen Bauteile außer acht gelassen werden, die in der Zeichnung dargestellt sind. Wenn zunächst die Funktion der Zerhackerschaltung zur Steuerung des Motors betrachtet wird, wird zunächst ein Punkt im Arbeitsablauf betrachtet, bei dem der Thyristor 15 aus- und der Thyristor 16 eingeschaltet ist. so daß sich der Kondensator 17 über den Thyristor 16 auflädt, und danach schaltet sich der Thyristor 16 aus. Zu einem späteren Zeitpunkt im Arbeitsablauf wird der Thyristor 15 gezündet, so daß Strom im Motor fließt, und gleichzeitig wird der Thyristor 18 gtiündet. um die Ladung am Kondensator 17 umzukehren. Nach der Umkehrung des Kondensators schaltet sich der Thyristor 18 aus. und zu einem späteren Zeitpunkt im Arbeitsablauf wird der Thy.'stor 16 erneut gezündet, so daß sich der Kondensator 17 durch den Thyristor 15 entlädt, um dm Thyristor 15 ευξζ^^βΐΐεη. Danach lädt sich der Kondensator 17 wieder auf. und das Arbeitsspiel fängt von vorne an.

Die Anordnung det Steuerschaltung für die Thyristoren ist derart, daß dann, wenn der im Motor fließende Stroni stärker wird der Thyristor 16 bei einer ersten bestimmten Stromstärke gezündet wird, um den Thyristor 15 auszuschalten, so daß siel· dann der .Siromfluß im Moior verringert. Bei einer zweiten und geringeren bestimmten Stromstärke werden die Thyristoren 15 und 18 gezündet. Ein Strom der in seiner Stärke zwischen der ersten und der /weiten bestimmten Stromstärke liegt, wird durch den Schieber eingestellt, der über den Widerstand 2f> verschiebbar ist. und der !•"unktionsverstärker 2<< vergleicht diese eingestellte Stromstärke mit der !s'Mromsiärke. die von der Einrichtung 14 gemessen wird. Wenn die Sollstromstärke größer als die Iststromstärke ist, erzeugt der Verstärker 38 einen positiven Ausgang, wenn die Sollstrcimstäike aber schwächer als die Iststromstärke ist, erzeugt der Verstärker 28 einen negativen Ausgang. Der Ausgang vom Verstärker 28 wird dem Funktionsverstärker 33 zugeleitet. Wenn also beispielsweise angenommen wird, daß der Stromfluß im Motor 12 stärker wird, erhält der Verstärker 33 einen positiven Ό Eingang. Wenn die Iststromstärke gleich der Sollstromstärke wird, ändert sich der Ausgang vom Verstärker 28 in seiner Polarität, und damit wird der Eingang zum Verstärker 33 negativ. Das Ergebnis davon ist, daß durch den Verstärker 33 ein negativer Impuls erzeugt wird, und dieser negative Impuls betätigt die Schaltung 37, um den Thyristor 16 einzuschalten.

Zu einem späteren Zeitpunkt im Arbeitsspiel fällt die Stromstärke, die von der Einrichtung 14 gemessen wird, unter die Sollstromstärke, und die Polarität des -0 Ausgangs vom Verstärker 28 ändert sich, so daß der Verstärker Sb einen positiven Impuls erzeugt, der die Schaltung 38 betätigt, damit die Thyri^oren 15 und 18 gezündet werden. Wegen der Rückkoppluwgsschaltung über den Kondensator 34 und den Widerstand 35 kann & der Verstärker 33 jedoch seinen Zustand nur nach e^;ner bestimmten Verzögerung wechseln, und diese Verzögerung wiro durch den Kondensator 34 bestimmt. Als Ergebnis davon bleibt jeder der Thyristoren 15 und 16 eine bestimmte Zeit lang eingeschaltet, und diese Zeit wird so gewählt, daß sie auch ausreichend lang ist, damit sichergestellt wird, daß die Zerhackerschaitung einwandfrei arbeitet. Wenn während der Verzögerungszeit der Eingang im vertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 3Ϊ wechselt, ignoriert der Verstarker 35 Γι diesen Wechsel, weil die Spannung an seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß vom Kondensator M bestimmt wird. Am Ende der Verzögerungszeit kann. wenn die Spannung am nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 33 durch den Widerstand Jh zugeleitet wird, nimmt der Verstärker 33 einen seiner stabilen Zustände ein. und zwar entsprechend dem Signal an seinem invertierenden Eingangsanschluß während dieser Zeit.

Zusätzlich zur Sicherstellung, daß die Zerhackerschal-■*> tung einwandfrei arbeitet, hat die vom kondensator 34 erzeugte Verzögerung den Vorteil, daß eventuelle Stromstöße, die während des Schaltens in der Zerhackerschaltung entstehen, keinen Einfluß auf die Funktion der Schaltung haben können
vi Die Verbindungen /wischen dem Motor 12 um! der Feldwicklung Π mit den Stromleitungen erfolgen natürlich über Wechs* Ikontakte in der üblichen Weise, und die Wechselkontakte sind so eingerichtet, daß der Motor das Fahrzeug na^h vorn oder nach hinten 5i antr;ibv.n kann. Darüber hinaus sind die Wechselkontakte in der Lage, den Motor so in die Schaltung einzuschalten, daß füi ein elektrisches Bremsen gesorgt wird, /weckmäßigerweise werden die Wechsclkontaktc zu diesem Zweck vom Bremspedal des Fahrzeugs ^w1 gesteuert.

Fs versteht sich, daß die bisher beschriebene Schaltung in effektiver Weise die Minimiim-L'inschall· zeit und die Minimum-Ausschaltzcit dos tΙίΐι·ριthyristors 15 steuert. Die verbleibenden Bauteile sind '■' vorgesehen, damit zwei wciicrc wünschenswerte Merkmale .i.-r Anordn'ing erhalten werden. Zunäc'iM ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, daß die vom Schieber am Widerstand 2f> eingestellte Stromstiir-

ke nie erreicht wird, und unter diesen Umständen würde der Thyris'or 15 natürlich nicht ausgeschaltet werden. Ferner ist es während des elektrischen Bremsens wünschenswert, die Minimum-Ausschaltzcit au verlängern.

Die verbleibenden Bauteile sind zwischen die Leitung 10 und eine Stromleitung 41 geschaltet, die mit dem Anschluß 24 verbunden ist. Die Leitung 41 ist über einen Widerstand 42 mit der Emissionselektrode eines p-n-p-Transistors 43 verbunden, dessen Kollektor mit der Leitung 10 verbunden ist. Die Steuerelektrode des Transistors 43 ist über einen Widerstand 46 mit seiner Emissionselektrode verbunden, ferner über eine Diode 44 und einen Widers'and 45 in Reihe mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 33. Die Emissionselektrode des Transistors 43 ist mit der Leitung 10 über einen Kondensator 47 verbunden, ferner auch mit der Emissionselektrode eines Uni-junction-Transistors 48. dessen Primär- und Sekundärsteuerelektrode über widerstände 49 bzw 45i mit der Leitung 4i bzw. iO verbunden sind. Die Sekundärsteuerelektrode des Transistors 48 ist ferner mit der Leitung 10 über eine Diode 52. einen Widerstand 53 und einen Kondensator 54 in Reihe verbunden, und die Verbindung zwischen dem Widerstand 53 und dem Kondensator 54 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 55 verbunden. Dessen Emissionselektrode ist über einen Widerstand 57 mit der Leitung 10 und über eine Zenerdiode 58 und eine Diode 59 in Reihe mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 33 verbunden. Der Kollektor des Transistors 55 ist über eine Einrichtung 56. die vom Bremspedal des Fahrzeugs aus betätigbar ist. mit der Leitung 41 verbunden.

Wenn die Bremsen des Fahrzeugs nicht angelegt sind, wird der Kollektor des Transistors 55 effektiv von der Leitung 41 getrennt, und damit kann der Transistor 55 als Diode angesehen werden. Unter diesen Umständen besteht die Aufgabe der Schaltung darin, den Thyristor 15 nach einer bestimmten Zeit auszuschalten, d. h. eine Maximum-Einschaltzeit für den Thyristor 15 einzustellen.

Unmittelbar vordem Zünden des Thyristors 15 ist der Ausgang vom Verstärker 33 negativ, und Strom fließt durch den Widerstand 42 und den Emissionselektroden-Steuerelektrodenweg des Transistors 43 und dann über die Diode 44 und den Widerstand 45 zum Ausgangsanschluß des Verstärkers 33. so daß der Transistor 43 eingeschaltet wird und der Kondensator 47 entlädt. Wenn jedoch der Ausgang vom Verstärker 33 sich in seinem Zustand ändert, um den Thyristor 15 umzuschalten, wird der Transistor 43 ausgeschaltet, und damit beginnt der Kondensator 47 sich auf/uladen. Nach einer bestimmten Verzögerung leitet der Unijunction-Transistor 48. der Kondensator 54 lädt sich auf. und ein Impuls wird über die Steuerelektroden-Emissionselektroden-Diode des Transistors 55 an den invertierenden F.ingangsansi-Nuß des Verstärkers 33 angelegt. Dieser Impuls hat den gleichen Effekt auf den Verstärker 33 wie ein Impuls, der vom Verstärker 28 kommt, und damit wird der Thyristor 16 gezündet, um den Thyristor 15 auszuschalten. Sobald sich der Verstärker 33 in seinem Zustand ändert, um den Thyristor 15 auszuschalten, wird der Transistor 41 wieder eingeschaltet, und der Kondensator 47 entlädt sich. Wenn also die Stromstärke in der Einrichtung 14 nicht auf den Sollwert innerhalb der bestimmten Zeit steigt, wird der I hvristor 15 durch die Schaltung ausgeschaltet, die zwischen die Leitung i 1 und 10 geschaltet wird. Zu beachten ist. daß dann, wenn die Stromstärke den Sollwert erreicht, so daß sich der Verstärker 33 in seinem Zustand ändert, der Transistor 43 eingeschaltet wird und kein Impuls vom Transistor 48 erzeugt wird.

Das andere Merkmal der Erfindung ist. daß dann. wenn während des Bremsens der Stromfluß im Thyristor 15 nicht die Stärke erreicht, die vom Schieber eingestellt ist. der über den Widerstand 26 verschiebbar ist. so daß der Verstärker 33 in seinem Zustand durch einen Impuls geändert wird, der vom Transistor 48 abgeleitet wird, es unter diesen Umständen ratsam ist. die Mminiuni-Ausschaltzeit des Thyristors 15 zu verlängern. Wenn bei der bisher beschriebenen Anordnung der Verstärker 33 veranlaßt wird, durch den Transistor 48 seinen Zustand zu ändern, wird die Minimum-Ausschaltzeit durch den Kondensator 34 und die ihm zugeordneten Bauteile bestimmt. Wenn diese Folge von Ereignissen jedoch während des elektrischen Bremsens auftritt, koppelt die Einrichtung 56 den Kollektor des Transistors 55 mit der Leitung 41. so daß der Transistor 55 als ein Emissionselektrodenachläufer wirkt, und effektiv wird der Impuls, der dem Verstärker 33 zugeleitet wird, in seiner Länge erhöht. Die vordere Flanke des Impulses bewirkt ein Ausschalten des Thyristors 15, wie das vorstehend beschrieben worden ist. wenn man sich aber vergegenwärtigt, daß die durch den Kondensator 34 und die ihm zugeordneten Bauteile bewirkte Zeitgabe nur beginnt, nachdem der Impuls am invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 33 aufhört, versteht es sich. daß. weil dieser Impuls nun verlängert worden ist. effektiv die Minimum-Ausschaltzeit des Thyristors 15 um die Länge des Eingangsimpulses 7¹Jm Verstärker 33 verlängert worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem das Fahrzeug antreibenden Antriebsmotor, mit einer Thyristor-Zerhackerschaltung, die die Drehzahl des Antriebsmotors regelt und die einen Hauptthyristor in Reihe mit dem Motor und einen thyristorgesteuerten Löschkreis aufweist, und mit einer die Thyristoren ansteuernden Vergleichsschaltung für den Motorstrom und mit i" einer Übersteuerungs-Regeleinrichtung, die ein Zünden des kommutierenden Thyristors des Löschkreises nach einer von der Ladezeit-konstanten eines Kondensators abhängigen Einschaltzeit des Hauptthyristors bewirkt, wenn nach Ablauf einer is vorgegebenen Zeit der Stromistwert den vorgegebenen Stromsollwert nicht erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß für den Bremsbetrieb die Entladezeitkonstante des Kondensators (54) durch ein zuschaltbares Zeitglied (55) derart verlängert*« ι ist. daß die Ausschaltzeit des Hauptthyristors (15) zum Aufladen des Kondensators (17) des Löschkreises (16—19) a.ich bei einem verminderten Ladestrom in diesem Betriebszustand ausreicht. -'³