DE1513603A1

DE1513603A1 - Antrieb fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1513603A1
Application number: DE19661513603
Authority: DE
Inventors: Helge Arnemo
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1965-09-01
Filing date: 1966-08-19
Publication date: 1969-06-19
Also published as: CH462879A; FI42220C; US3496439A; GB1149179A; SE321496B; FI42220B

Description

Antrieb für Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge, die von einem Verbrennungsmotor, insbesondere von einem Dieselmotor, angetrieben werden und deren Antrieb so gestaltet ist, daß der Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator antreibt und dieser wiederum elektrische Motoren speist, die mit den Rädern bzw. den Radaehsen des Fahrzeuges gekuppelt sind. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung eines solchen Antriebes, bei der die Drehzahl des Verbrennungsmotors im wesentlichen konstant gehalten und diesem jeweils ein bestimmtes gewünschtes Drehmoment vorgeschrieben wird.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß·die Anordnung für den genannten Antrieb so ausgebildet, daß sie eine Vorrichtung zum Einstellen des jeweiligen Sollmomentes des Verbrennungsmotors in Form einer elektrischen Spannung hat, daß auf der Welle des Verbrennungsmotors ein Drehmomentmesser angebracht ist, der das . Istmoment der Welle in Form einer elektrischen Spannung mißt,

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daß die Spannungen des Ist- und des Sollmomentes in einer dritten Vorrichtung miteinander verglichen werden und durch diese Vorrichtung über einen Regler die vom Generator abgegebene elektrische Leistung so geregelt wird, daß das Istmoment der Welle des Verbrennungsmotors gleich dem jeweils für diesen Motor eingestellten Sollmoment wird.

Eine Regelanordnung gemäß der Erfindung hat einmal den Vorteil, daß der Dieselmotor stets mit einer Drehzahl laufen kann, bei der er sein höchstes Drehmoment bei bestem Wirkungsgrad abgeben kann, und weiter den, daß die Leistung des Verbrennungsmotors voll ausgenutzt werden kann, ohne daß die Gefahr einer Überlastung des Verbrennungsmotors besteht. Das ist besonders von Bedeutung beim Anfahren des Fahrzeuges und auch bei jedem Beschleunigungsvorgang. Hier gestattet die Anordnung gemäß der Erfindung die jeweils größtmögliche Beschleunigung des Fahrzeuges zu erreichen, ohne daß es zu einer Überlastung des Verbrennungsmotors kommen kann. Bei den bekannten Regelarten ist es dagegen schwierig, die Leistung des elektrischen Generators jeweils so einzustellen, daß die des Dieselmotors voll ausgenutzt, dieser selbst aber nicht überlastet wird. Die volle Ausnutzung der Leistung des Dieselmotors ist auch in Hinsicht auf die elektrischen Antriebsmotoren von Bedeutung. Ist deren Ausnutzung ohne Überlastungsgefahr gesichert, so können diese Motoren verhältnismäßig klein gehalten werden.

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Die Anordnung gemäß der Erfindung geetattet weiter eine Regelung der Geschwindigkeit in einem weiten Bereich, z.B. im Verhältnis 1 : 10 bis 1 : 15-

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die elektrischen Antriebsmotoren mit einem Feldsystem ausgeführt, das bei konstanter Leistung einen möglichst großen Geschwindigkeitsbereich ergibt. Da die Bedingung für konstante Leistung mit sich bringt, daß das erforderliche Moment der Antriebsmotoren mit steigender Drehzahl abnimmt, ist es zweckmäßig, die höchsten Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich der Antriebsmotoren durch eine Verminderung der Feldstärke zu erreichen. Statt eine solche Feldschwächung einer Reihenwicklung wie üblich durch Einschaltung eines Parallelwiderstandes zu dieser zu erreichen, wird erfindungsgemäß mit wachsender Drehzahl des Motors eine automatische und kontinuierliche Feldschwächung dadurch erreicht, üaß auf die Hauptpole des Motors ein Nebenschlußhilfswicklung aufgebracht ist, die der als Reihenwicklung ausgeführten Hauptwicklung entgegenwirkt und deren Amperewindungszahl proportional der Klemmenspannung des Generators ist. Die Forderung nach konstanter Leistung in einem möglichst großen Teil des Geschwindigkeitsbereichs bedingt zwar bei niedriger Generatorspannung und entsprechender niedriger Geschwindigkeit des Antriebsmotors ein möglichst starkes Motorfeld, aber trotzdem ist es nicht notwendig, die gegenwirkende Nebenschlußwicklung auszuschalten, da bei der niedrigen Drehzahl die Generatorspannung niedrig ist, die Wicklung also keine wesentliche Feldschwächung verursachen kann, zumal voll erregt ist.

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Ein Ausführungsbeispiel eines' erfindungegemäßen Antriebes ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung bezeichnen 1 einen Dieselmotor, 2 einen magneto-· elastischen Geber, der das vom Dieselmotor abgegebene Drehmoment', d.h. das Istmoment, mißt, 3 einen Hauptgenerator, und zwar einen Gleichstromgenerator, 3a die Feldwicklung des Hauptgenerators 3> 4 eine Erregermaschine für die Feldwicklung 3a, 4a, 4b, 4c Feldwicklungen der Erregermaschine 4 und 5 einen für den magnetoelastischen Geber 2 bestimmten Wechselstromhilfsgenerator. Weiter bezeichnen 6 einen Verstärker für die vom Geber 2 ausgehenden Spannungen, 7 ein Vergleichsgerät zum Bilden der Differenz zwischen den vom Verstärker 6 und einem Bezugswertgerät 22 (Sollmoment) ausgehenden Spannungen, 8 einen Begier für die Speisung der Feldwicklungen 4b und 4c der Erregermaschine, 9 eine Batterie, 10 einen Umschalter für die Umschaltung zwischen Betrieb und Bremsen.

Der Antrieb enthält vier Antriebsmotoren A, B, C, D, die mit je einem Had des Fahrzeuge gekoppelt sind. Bei den genannten Motoren bezeichnen 11a-d die Anker, 12a-d Kommutierungswicklungen, 13a-d Reihenwicklungen für die Feldsysteme und 14a-d Nebenschlußwicklungen. 15a-d bezeichnen Reihen-Parallelschalter für 14a-d, 16a-d Kurzschlußech*lter für 13a-d, 17a-d Polumkehrer für 11a und 12a" bzw. 11d und 12d, 19a-d Breaewideratände mit Schaltern, 21a einen Bremsregelwiderstand für 4a, 21b einen Justierwideretand für 21a, 22 einen Potentiometerwideretand für Betrieb, 23 einen Justierwiderstand für 3a, 24 ein Antriebspedal, 25 ein Bremspedal.

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Ein erfindungsgemäßer Antrieb ermöglicht innerhalb des vorgeschriebenen Geschwindigkeitsbereichs für das Fahrzeug, z.B. von 60 km/h bis herab zu einigen wenigen km/h, dem Dieselmotor eine einstellbare konstante Leistung zu entnehmen. Das Leistungsniveau wird dabei mit dem Pedal 24 eingestellt, das in ähnlicher Weise wie das Gaspedal eines Autos benutzt wird. Die eingeregelte Generatorlej&ung wird dann den vier Antriebsmotoren A, B, C, D zugeführt, die am Generator 3 angeschlossen sind.

Der Umschalter 10, der drei Lagen hat, steht, wenn das Fahrzeug nicht benutzt wird, in Neutrallage, die er automatisch einnimmt, wenn der Dieselmotor stillsteht, was mit einer in der Figur nicht gezeigten Verriegelung erreicht wird. Wenn man dann anfahren will, wird der Dieselmotor angelassen und der Griff für den Umschalter 10 wird in Antriebslage gestellt, d.h. so, daß die in der Zeichnung gezeigten Kontaktarme mit den in der Zeichnung in der untersten Reihe angeordneten Anschlußpunkten des Umschalters 10 in Kontakt kommen. Die Reihenparallelschalter 15a-15d werden gleichzeitig in die Betriebslage geführt, d.h. mit den in der Zeichnung gezeigten Kontaktarmen in Horizontallage, so daß die entgegenwirkenden Wicklungen Ha-Hd eine reihengeschaltete, an die Ankerklemmen des Generators angeschlossene Gruppe bilden.

Mit dem Umschalter 10 in der Betriebslage speist die Wechselstromhilf smaschine 5 den magnetoelastischen Momentgeber 2, der an den Eingangsklemmen des Verstärkers 6 angeschlossen ist, dessen Ausgangsklemmen am Vergleichsgerät 7 angeschlossen sind. Diesem wer-

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den auch Spannungen vom Bezugsgerät 22 zugeführt, bei dem der Bezugswert, d.h.'die gewünschte.Leistung, mit dem Pedal 24 eingestellt wird. Das Vergleichsgerät 7 überträgt die Differenz zwischen den Spannungen von 6 zu 22 zur Eingangsseite des Reglers 8, dessen Auegangsseite an den Wicklungen 4b und 4c angeschlossen ist. Der Regler 8 und die Erregermaschine 4 bilden zusammen eine gesteuerte Stromquelle, die Magnetisierungsstrom an den Gleichstromgenerator 3 liefert. Ein wachsender Strom wird von der Erregermaschine 4 der Feldwicklung 3a des Gleichstromgenerators 3 zugeführt, bis das der Lage des Pedals 24 entsprechende Leistungsniveau erreicht ist. Gleichgewicht herrscht dann im Vergleichsgerät 7 zwischen dem von Momentgeber 2 herrührenden Istwert und dem im Bezugsgerät mittels des Pedals 24 eingestellten Sollwert.

Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, d.h. die Drehrichtung der Antriebsmotoren, wird durch die Umschalter 17a-17d bestimmt, die in der Zeichnung in der Neutrallage sind, die aber alle entweder in eine Vorwärts- oder Rückwärtslage gebracht werden können, wobei die Reihenwicklungen 13a-13d in verschiedener Weise an die zugehörigen Ankerwicklungen angeschlossen werden. Bei normalem Start oder Betrieb sind die Kontakte 16a-i6d offen. Es ist jedoch denkbar, daß in ungünstigen Fällen beim Anfahren irgendein Rad

dann
ins Rutschen kommt. Man kann^während des Anfahrens das Rutschen durch Schließen der Kontakte meistern. Jeder Radmotor hat seinen Strommesser (nicht in der Zeichnung gezeigt), so daß man sehen kann, wie die Motoren im Verhältnis zueinander arbeiten. Wenn ein

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Motor rutscht, sinkt sein Strom, weil seine Geschwindigkeit steigt. Wenn es z.B. das Rad des A-Motors ist, das ins Rutschen kommt, kann man durch Schließen des Kontakte 16a den Motor ganz außer Betrieb nehmen. Sas ist zweckmäßig, wenn man feststellt, daß das Rad kaum in Eingriff kommen kann. Die Motoren B, C, D arbeiten nun weiter unabhängig von A mit einem etwas steigenden Moment. Wenn die Rutschgefahr vorbei ist, kann man 16a wieder öffnen. Eine andere Art, um beim Fahren mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit das Rutschen zu beheben, ist, die Ge- i schwindigkeit des rutschenden Rades so weit zu reduzieren, daß die Reibung zwischen Rad und Schiene das Radmoment aufzunehmen vermag. Dieses kann, wenn das Rad des Α-Motors rutscht, durch Öffnen eines der Kontakte 19a erreicht werden, wobei der A-Motor mit einem Widerstand reihengeschaltet wird. Bei normalem Betrieb sind die Kontakte 19a-d immer geschlossen.

Wenn erforderlich kann elektrisches Bremsen mit Hilfe des in der Zeichnung gezeigten Systems erreicht werden, wobei die Antriebsmotoren als Generatoren arbeiten und eine Leistung an die Bremswiderstände 19a-19d liefern. Wenn elektrisches Bremsen angewandt werden soll, wird der Umschalter 10 in Bremslage umgestellt, wobei die beweglichen Kontaktarme gegen die obere Reihe der festen Kontakte des in der Figur gezeigten Umschalters gedrückt werden. Dabei wird die Automatik für die Konstantleistungsregelung des Dieselmotors außer Spiel gesetzt, gleichzeitig werden die Kontaktarme der in der Figur gezeigten Reihenparallelschalter 15a-d in

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Vertikallage gestellt, wobei die Nebenschlußwicklungen Ha-d parallelgeschaltet und über den Umschalter 10 an die Ankerklemmen der Erregermaschine 4 angeschlossen werden. Diese wird nunmehr mit der Feldwicklung 4a magnetisiert, die über die Widerstände 21a-b und den Umschalter 10 an die Batterie angeschlossen wird· Bei einem Bremsmanöver werden weiter die Reihenwicklungen 13a-d mittels der Kontakte 16a-d kurzgeschlossen. Alle Schalter innerhalb 19a-d werden geöffnet, so daß in der ersten Bremslage (entsprechend der größten Geschwindigkeit des Fahrzeugs) der größtmögliche Bremswiderstand und alle drei Widerstandsstufen auf dem Bremsregelwiderstand 21a eingeschaltet sind, wodurch die Spannung der als Generatoren wirkenden Antriebsmotoren auf den zulässigen Wert begrenzt wird. Mit sinkender Geschwindigkeit wird ein immer größerer Teil des Bremswiderstandes 21a mittels des Bremspedals ' 25 kurzgeschlossen, gleichzeitig wird ein immer größerer Teil jedes der Bremswiderstände 19a-d mittels der zugehörigen Schalter kurzgeschlossen.

Bei der beschriebenen Regelung auf eine bestimmte Leistung des Dieselmotors ist bei sehr geringen Geschwindigkeiten unter 1/10 oder 1/15 der maximalen Pahrzeuggeschwindigkeit oder beim Stillstand des Fahrzeuge eine Strombegrenzung vorteilhaft, damit die zulässige maximale Stromstärke der Antriebsmotoren nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck wird das Antriebssystem mit einer Strombegrenzungsanordnung versehen, die bei Stillstand und sehr geringer Geschwindigkeit automatisch die Konstantleitungsregelung außer Spiel setzt und stattdessen als maximalen Regelungswert den

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maximal zulässigen Strom der Radmotoren einführt. Eine solche S'trombegrenzungsregelung des Fahrzeugs ist nicht in der Zeichnung dargestellt, kann aber wie im folgenden gezeigt ausgeführt werden:

Man bringt im Hauptkreis des Generators ein elektromagnetisches 'Gleichgewichtsrelais an, dessen Arm bei Strömen unter einem gewissen Wert in der einen Richtung (a) liegt, aber wenn der Strom einen gewissen Wert erreicht hat, nach der anderen Seite (b) kippt. In der Lage (a) ist die Einschaltung der Regelausrüstung gleich der in der Zeichnung gezeigten. In der Lage (b) wird die * Verbindung zwischen 2 und 6 unterbrochen, stattdessen wird 6 die Spannung von einem Widerstand (Meßnebenschluß), der vom Hauptstrom durchflossen wird, zugeführt. Wenn die Eingangsspannung zu 6 umgestellt wird, wird die in der Zeichnung angegebene Verbindung zwischen 22 und 7 unterbrochen, und 7 wird eine konstante Vergleichsspannung zugeführt, die dem maximal zulässigen Strom entspricht .

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Claims

Patentansprüche;

1.) Anordnung zur Eegelung eines aus einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, einem elektrischen Generator und einem oder, mehreren von diesem gespeisten elektrischen Motoren bestehenden Antriebt/für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (22, 24) zum Einstellen des jeweiligen Sollmomentes des Verbrennungsmotors (1) in Form einer elektrischen Spannung hat, daß auf der Welle des Verbrennungsmotors (1) ein Drehmomentmesser (2) angebracht ist, der das Istmoment der Welle in Form einer elektrischen Spannung mißt, daß die Spannungen des Ist- und des Sollmomentes in einer dritten Vorrichtung (7) miteinander verglichen werden und durch diese Vorrichtung über einen Regler (8) die vom Generator (3) abgegebene elektrische Leistung so geregelt wird, daß das Istmoment der Welle des Verbrennungsmotors gleich dem jeweils für diesen Motor eingestellten Sollmoment wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines magnetoelastischen Drehmomentmessers (2), dessen Wechselstromwicklung von einem mit dem elektrischen Generator (3) gekuppelten Wechselstromgenerator (5) gespeist wird.

3· Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines elektrischen Gleichstromgenerators (3) mit zusätzlicher Erregermaschine (4).

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4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß y zum Antrieb des Fahrzeuges Hauptstrommotoren (11) dienen, die mit einer zusätzlichen Nebenschlußwicklung (14) ausgerüstet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an- iS stelle der Sollspannung des Drehmomentes in das Vergleichsgerät

(7) eine Spannung eingeführt werden kann, die dem höchstzulässigen Strom der elektrischen Motoren (11) entspricht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollspannung für das Drehmoment des Verbrennungsmotors (1) mit Hilfe eines Fußhebels (24) einstellbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem * Antriebsmotor (11) ein Bremswiderstand (19) zugeordnet und für die Umschaltung auf Bremsen ein Fußhebel (25) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis jedes Antriebsaotors (11) ein Strommesser und ein Heihenwiderstand eingeschaltet ist, der üblicherweise kurzgeschlossen ist und in Bedarfsfall geöffnet werden kann.

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