DE1413612C - Steuervorrichtung für die Kontakte eines Widerstandsstufenschalters eines Kollektormotors eines Fahrzeuges - Google Patents
Steuervorrichtung für die Kontakte eines Widerstandsstufenschalters eines Kollektormotors eines FahrzeugesInfo
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Description
während eines Anfahrvorganges mehrmals wirksam wird. Dadurch wird in rationeller Weise erreicht, daß
mit einer bestimmten Anzahl von Widerständen eine größere Anzahl von Widerstandsstufen geschaltet
werden kann.
Es ist weiterhin sehr zweckmäßig, eine Motorstrombegrenzungsschaltung
vorzusehen, die von einer vom Motorstrom abhängigen Spannung gespeist wird und deren Ausgang mit dem Summenverstärker verbunden
ist.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere für die
Anfahrsteuervorrichtung eines Trolleybusmotors.
Die dargestellte Vorrichtung weist die folgenden Elemente auf:
Ein differenzierendes Element 1, das im Eingang eine Spannung Uv erhält, die eine Funktion der
Fahrzeuggeschwindigkeit (beispielsweise proportional zu dieser) ist, und gemäß der Gleichung
einen Strom J0. bildet, A1 bedeutet dabei eine Konstante
und / die Zeit. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang dieses Elementes ist ein Kondensator in
Serie angeordnet, durch welchen der Strom Ja fließt.
Ein lineares Element 2, das einen Strom Jr abhängig
von der vom Bedienenden gewählten Pedalstellung (beispielsweise proportional zum Neigungswinkel α
des Pedals) liefert.
Ein Element 3, das im Eingang eine Spannung Ui
abhängig vom Motorstrom (beispielsweise proportional zu diesem) erhält. Es weist eine solche Strom-Spannungs-Charakteristik
auf, daß der Ausgangsstrom J0 zunächst Null ist und hierauf bei einem bestimmten
Wert von Ui relativ steil ansteigt. Eine solche Charakteristik
kann (für die Unempfindlichkeitszone) mit einer in Serie geschalteten Zenerdiode und (für den steil
ansteigenden Teil) mit einem relativ schwachen Widerstand erhalten werden.
Ein Element 4, das einen Summierverstärker darstellt, der die algebraische Summe ρ = J1 · — J0, — Jc
bildet. Er besitzt an seinem einen Eingang in Serie geschalteten Widerstand und zwischen dem Ausgang
und dem Eingang einen Rückkoppliingswiderstand. Dieses Prinzip ist bekannt.
Ein lineares Element 5, das eine Spannung Ut liefert, welche abhängig vom Neigungswinkel λ (beispielsweise
proportional zu diesem) des durch den Bedienenden betätigten Pedals ist.
Einen Integrator 6, der zum Integrieren der elektrischen Größe/» gemäß der Formel
Uc = k.2· Jρ dt
dient, worin Zc2 eine Konstante bedeutet, so daß an
den die Stufenkontakte steuernden Kippverstärkern die Spannung £/<· ansteht. Außerdem kann die Spannung
Uc einen durch das Element 5 gelieferten bestimmten
Wert nicht überschreiten, was mit Hilfe einer Diode erreicht werden kann.
Der Integrator 6 verhindert infolge der Glättung der Ausgangssignale des Summierverstärkers 4 unerwünschte
Pumperscheinungen in der Schaltung. Darüber hinaus gewährleistet die Speicherwirkung des
Integrators für den Fall, daß die Regelabweichung Null ist, eine sichere Steuerung der Kippverstärker.
Ein kontaktloser Kippverstärker 7 mit einer bestimmten Ansprechspannung liefert die Spannung U1
zum Steuern des ersten Stufenkontaktes C1.
Bei dem zum Element 7 analogen, kontaktlosen Kippverstärker 8 ist die Ansprechspannung anders.
Es liefert die (von CZ1 verschiedene) Spannung U2 zum
Steuern des zweiten Stufenkontaktes C2.
ίο Es ist eine ganze Reihe von kontaktlosen Kippverstärkern
7 bzw. 8 vorgesehen, von denen jedes eine andere Spannung liefert, die zum Steuern je eines
zugehörigen einzelnen Stufenkontaktes dient.
Bei der beschriebenen Vorrichtung werden in wirtschaftlicher Weise die Stufenkontakte des Widerstandsstufenschalters
zum Anfahren untereinander gekoppelt, und zwar derart, daß jeder Stufenkontakt
während eines Anfahrvorganges mehrmals wirksam wird. Zur Durchführung dieses Programms wird eine
Rückkopplung zwischen zwei Kippverstärkern hergestellt.
Es sei beispielsweise der Fall der beiden Stufenkontakte C1 und C2 betrachtet. Der Stufenkontakt C1
spricht beispielsweise auf eine Spannung U0 von 1 Volt
an, während die Ansprechspannung des Stufenkontaktes C2 2 Volt betrage. Wenn nun der letztere
einschaltet, so schaltet der Stufenkontakt C1 als Folge
der Rückkopplung zwischen den Kippverstärkern 7 und 8 aus (da er nicht mehr unter Strom steht). Damit
C1 wieder einschaltet, muß die Spannung Uc auf 3 Volt
ansteigen, und in diesem Moment wirkt C1 auf einen anderen Stufenkontakt zurück usw.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß der Fahrzeugführer das Fahrpedal
niederdrücke. In den Summenverstärker 4 wird ein zur Winkelstellung des Pedals proportionaler
Strom JT eingegeben. Da die Ableitung von Ja Null ist,
weil die Geschwindigkeit es ebenfalls ist, folgt/? = JT.
Die Spannung U0 steigt nun an, und der Kippverstärker
7 bewirkt, daß C1 unter Strom kommt und einschaltet.
In diesem Moment fließt im Fahrzeugmotor Strom, und es wird ein Drehmoment auf die Achse ausgeübt.
Das Fahrzeug setzt sich mit einer gewissen Beschleunigung in Bewegung. Der Wert ρ — JT — Ja wird abnehmen,
da Ja = 0. Die Spannung U0 nimmt jedoch
nun weniger rasch zu. Nun wird durch den Kippverstärker der Stufenkontakt C2 zum Schließen gebracht.
Der Motorstrom nimmt zu, das auf die Achse ausgeübte Drehmoment ebenfalls, und damit auch die
Beschleunigung, wodurch für ein gegebenes At die Zunahme der Spannung U0 geringer wird.
Beim Anfahren mit großen Lasten auf einem steil ansteigenden Weg wird der Motorstrom groß. Da
jedoch im Motor der zulässige Maximalstrom nicht überschritten werden soll, wird der Kreis 3 wirksam.
In der Nähe des Maximalstroms steigt der Strom Jc
rasch an, und der Wert ρ — Jr — Ja — J0 wird Null,
was verhindert, daß die Spannung Ue weiter ansteigt.
Dadurch wird die bestehende Schaltstufe beibehalten.
Die Spannung U0 kann den Bezugswert Ut nicht
übersteigen, was bewirkt, daß die Anzahl der Schaltstufen
in Abhängigkeit von der Pedalstellung begrenzt wird.
Wenn der Bedienende das Pedal losläßt, folgt die Spannung Uc sofort Ut, da sie durch letzteren Wert
begrenzt ist, wodurch der Stufenhalter proportional zur Änderung von Ut zurückschaltet.
Die Vorrichtung wurde mit Bezug auf eine Beschleunigung (Anfahren) beschrieben. Selbstverständlich
bleibt das Prinzip im Falle einer Verzögerung (elektrische Bremsung, bei der der Kollektormotor als
Generator arbeitet) gleich.
Aus dem beschriebenen Beispiel ersieht man, daß die Vorrichtung im Prinzip ein Organ (Integrator 6) aufweist,
welches eine variable Spannung Uc erzeugt,
sowie eine Reihe von durch diese Spannung gesteuerten elektronischen Kippverstärkern, welche ihrerseits
die Stufenkontakte steuern und so eingerichtet sind, daß sie auf verschiedene Spannungen an-5
> sprechen.
Bei anderen Ausführungsformen können die Elemente 2, 3 und 5, oder auch nur 2 und 3, weggelassen
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Steuervorrichtung für die Kontakte eines in der Regelung der Beschleunigung eines elektrisch
Widerstandsstiifenschalters eines Kollektormotors 5 angetriebenen Fahrzeuges, welche ein Fahrverhalten
eines Fahrzeuges mit einem Regelkreis zur Rege- ohne stoßartige Beschleunigungen in allen Fahrlung
der Fahrgeschwindigkeit, g e k e η η ζ e i c h- Situationen gewährleistet und die Betriebssicherheit
net durch einen Summenverstärker (4), eine des Motors erhöht.
mit einer von der Motordrehzahl abhängigen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
Spannung gespeiste und ein Istbeschleunigungs- io einen Summenverstärker, eine mit einer von der
signal liefernde Differenzierschaltung (I), ein ein Motordrehzahl abhängigen Spannung gespeiste und
Sollbeschleunigungssignal lieferndesSteuerorgan (2), ein Ist-Beschleunigungssignal liefernde Differenzier-
wobei der Summenverstärker (4) aus dem Soll- schaltung, ein ein Sollbeschleunigungssignal lieferndes
wert und dem Istwert der Beschleunigung eine Steuerorgan, wobei der Summenverstärker aus dem
Regelabweichung bildet, und durch einen Inte- 15 Sollwert und dem Istwert der Beschleunigung eine
grator (6), der dem Summenverstärker (4) nach- Regelabweichung bildet, und durch einen Integrator,
geschaltet ist und dessen Ausgangsspannung (i/c) der dem Summenverstärker nachgeschaltet ist und
an die Steuereingänge von kontaktlosen Kipp- dessen Ausgangsspannung an die Steuereingänge von
verstärkern (7, 8) geführt ist, von denen jeder einen kontaktlosen Kippverstärkern geführt ist, von denen
Stufenkontakt (C1, C2) steuert und eine bestimmte 20 jeder einen Stufenkontakt steuert und eine bestimmte,
von den übrigen Kippverstärkern verschiedene von den übrigen Kippverstärkern verschiedene An-
Ansprechspannung aufweist. sprechspannung aufweist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekenn- Es ist zwar bereits bekannt (deutsche Auslegeschrift
zeichnet durch ein Steuerorgan (5), dessen Aus- 1 018 968), bei von einer spannungsabhängigen Steuergangsspannung
(Ut) proportional zur Stellung eines 25 vorrichtung von Stufenschaltern, z. B. bei der Spanvon
einem Bedienenden betätigten Steuermechanis- nungsregelung von Transformatoren, nach dem Istmtis
ist und dem Integrator (6) zugeführt wird. - Soll-Wertvergleich und einem Regelverstärker einen
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, Verzögerungsverstärker vorzusehen, der die Ausgangsdadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgang eines spannung des Regelverstärkers oberhalb eines ge-Kippverstärkers
mit dem Eingang des vorher- 30 wissen Unempfindlichkeitsbereiches dem Antrieb eines
gehenden Kippverstärkers verbunden ist, um die Widerstandsstufenschaltwerkes zuführt. Mit diesen
Ansprechspannung des letzteren zu verändern, so Verzögerungsverstärkern kann jedoch die Aufgabe
daß jeder Kippverstärker je nach dem Arbeits- der vorliegenden Erfindung nicht gelöst werden, da
zustand der anderen Kippverstärker mit ver- ein Verzögernngsverstärker nicht für eine ausreichende
schiedenen Ansprechspannungen arbeiten kann. 35 Glättung der Signale und ihre Speicherung sorgt, so
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 daß z.B. auch bei der Regelabweichung Null ein
bis 3, gekennzeichnet durch eine Motorstrom- sicheres Funktionieren der Regelschaltung d. h. das
begrenzungsschaltung (3), die von einer vom Anstehen einer Spannung an den die Stufenkontakte
Motorstrom abhängigen Spannung gespeist wird steuernden kontaktlosen Kippverstärkern, gewähr-
und deren Ausgang mit dem Summenverstärker (4) 4° leistet ist.
verbunden ist. Erst die erfindungsgemäße Vereinigung einer an
sich bekannten Regelschaltung mit einem Integrator und den an sich bekannten kontaktlosen Kippver-
stärkern, an denen ständig das Ausgangssignal des
45 Integrators ansteht, gewährleistet ein sanftes Fahrverhalten in allen Fahrsituationen, so daß die Fahrgäste
keinen unangenehmen, ruckartigen Beschleuni-
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die gungen oder Verzögerungen mehr ausgesetzt sind.
Kontakte eines Widerstandsstufenschalters eines KoI- Außerdem ist der Unterhalt eines Fahrzeuges, z. B.
lektormotors eines Fahrzeuges mit einem Regelkreis 50 eines Trolleybusses, mit der erfindungsgemäßen Regel-
zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit. schaltung sehr wirtschaftlich.
Es ist bekannt, für die Kontakte eines Widerstands- Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be-
stufenschalters eines Kollektormotors eine Steuer- steht in einem weiteren Steuerorgan, dessen Ausgangs-
vorrichtung zu verwenden, bei der die von der Dreh- spannung, dem Sollwert entsprechend, proportional
zahl abhängige Ankerspannung des Motors eine Reihe 55 zur Stellung eines von einem Bedienenden betätigten
von Stufenschaltern steuert und bei der jeder Stufen- Steuermechanismus ist und dem Integrator zugeführt
schalter eine von den übrigen Stufenschultern ver- wird. Diese Spannung begrenzt die Steuergröße, d. h.
schiedcne Ansprechspannung aufweist (Zeitschrift die Ausgangsspannung des Integrators, wodurch die
»Der Elektrotechniker«, 3. Jahrgang [195I]), S. 256). Anzahl der Schaltstufen in sehr einfacher Weise in
Auch die Regelung der Beschleunigung von elektrisch 60 Abhängigkeit vom Sollwert begrenzt wird,
angetriebenen Motoren durch Vergleich eines der Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Er-
Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Istwertes mit findung besteht darin, daß der Ausgang eines Kipp-
einem /.. B. von Hand einstellbaren Sollwert mit einer Verstärkers mit dem Eingang des vorhergehenden
Sicherheitsbegrenzung des Motorstromes ist bekannt Kippverstärkers verbunden ist, um die Ansprech-
(dcutsche Auslegeschrift 1 114 217). Diese bekannten 65 spannung des letzteren zu ändern, so daß jeder Kipp-
Regelschaltungcn gewährleisten jedoch nicht in allen verstärker je nach dem Arbeitszustand der anderen
lahrsituationen, wie z. B. bei der Regelabweichung Kippverstärker mit verschiedenen Ansprechspannun-
NnII. (ImB uniiniienL-hme F'iiiwirkiimien auf den Fahr- nen arbeiten kann, so daß jeder Kippverstärker
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