DE2427298A1

DE2427298A1 - Steuerschaltung fuer elektrisch betriebenes fahrzeug

Info

Publication number: DE2427298A1
Application number: DE19742427298
Authority: DE
Inventors: Ivor Carl Rohsler
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-01-02
Also published as: GB1480063A; NL7407573A; JPS564087B2; JPS5027213A; AU6980374A; DK298674A; ZA743524B; FR2232868B1; IN143942B; SE390517B; US3944900A; FR2232868A1; BE815988A; IT1013373B; SE7407343L

Description

COHAUSZ .& FLORACK

4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

Joseph Lucas (Industries) Limited

Well Street

GB-Birmingham 5. Juni 1974

Steuerschaltung für elektrisch betriebenes Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug.

Eine Steuerschaltung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen das Fahrzeug antreibenden Antriebsmotor, eine Thyristorzerhackerschaltung, die die Drehzahl des Antriebsmotors regelt und einen Hauptthyristor in Reihe mit dem Motor aufweist und einen kommutierenden Thyristor enthält, der nach Zündung den Hauptthyristor ausschaltet, die Zündmomente des Thyristors steuernde Mittel zur Regulierung des mittleren Stromflusses im Motor, wobei die Mittel einen Funktionsverstärker aufweisen, der einen ersten und einen zweiten Zustand einnimmt und dann, wenn er von seinem ersten Zustand in seiaen zweiten Zustand getrieben wird, zum Zünden des Hauptthyristors dient und dann, wenn er von seinem zweiten Zustand in seinen ersten Zustand getrieben wird, zum Zünden des kommutierenden Thyristors dient, wobei die Schaltung ferner Verzögerungsmittel aufweisen, die bei Zündung des Hauptthyristors in Funktion treten und den Funktionsverstärker in seiim ersten Zustand treiben.

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

Gemäß der Zeichnung weist ein Fahrzeug eine Antriebsbatterie 11 auf, beispielsweise bei einer Spannung von mehr als 200 Volt, deren Pluspol

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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 Beine verbunden, während die Verbindung zwischen 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 ait 24 YoIt, deren Minuspol mit der Leitung 10 verbunden ist. An die Batterie 22 ist eine Stromversorgungsschaltung 2J angeschlossen, die Strom unter niedriger Spannung zu verschiedenen Teilen der Schaltung liefert und insbesondere Strom an einen positiven bzw. negativen Anschluß 24 und 25 liefert, die beispielsweise unter plus bzw. minuet 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 invertierenden Eingangsanschluß eines Funktionsverstärkers 23 verbunden, der zwischen die Anschlüsse 24 und 25 geschaltet ist. Die Strommeßeinrichtung 14 liefert einen Eingang über einen Widerstand 29 an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 28.

Sie 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 328 über Widerstände 31» 30 ⁱⁿ Reihe verbunden ist. Sie Verbindung zwischen den Widerständen 3I, 30 ist mit der Leitung 10 über einen Widerstand 60 und einen Kondensator 61 in paralleler Anordnung verbunden, und der Ausgang und der invertierende Eingangsanschluß 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

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Widerstand 35 gehören, wobei zum Kondensator 34 ein Widerstand 40 parallelgeschaltet ist. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 33 mit zwei Treibschaltungen 37 und 38 verbunden, wobei die Schaltung 37 mit dem Eingang des Thyristors 16 und dea*ie Schaltung 38 mit den Eingängen der Thyristoren 15 und 18 gekoppelt sind.

Zweckmäßig wird im Augenblick nur die Punktion der bisher beschriebenen Anordnung betrachtet, wobei die anderen Bauteile außer acht gelassen werden, die in der Zeichnung dargestellt sind. ^Tienn zunächst die Funktion der Z erhack er schaltung 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 gezündet, 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 Thyristor 16 erneut gezündet, so daß sich der Kondensator 17 durch den Thyristor 15 auenthlädt, um den Thyristor 15 auszuschalten. Danach lädt sich der Kondensator 17 wieder auf, und das Arbeitsspiel fängt von vorne an.

Sie Anordnung der Steuerschaltung für die Thyrisetoren ist derart, daß dann, wenn der im Motor «fließende Strom stärker wird,der Thyristor 16 bei einer ersten bestimmtem Stromstärke gezündet wird, um den Thyristor 15 auszuschalten, so daß sich dann der Stromfluß im Motor verringert. Bei einer zweiten und geringeren bestimmten Stromstärke werden die Thyristoren 15 und 1Θ gezündet. Ein Strom, der in seiner Stärke zwischen der ersten und der zweiten bestimmten Stromstärke liegt, wird durch den Schieber eingestellt, der über den Widerstand 26 verschiebbar ist, und der Funktionsverstärker 28 vergleicht diese eingestellte Stromstärke mit der IstStromstärke, die von der Einrichtung gemessen wird. Wenn die Sollstromstärke größer als die Iststromstärke ist, erzeugt der Verstärker 28 einen positiven Ausgang, wenn die SoIl-

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Stromstärke aber schwächer als die IstStromstärke ist, erzeugt der Verstärker 28 einen negativen Ausgang. Der Ausgang vom Verstärker 28 wird dem IPunktionsverstärker 33 zugeleitet. Wenn also beispielsweise angenommen wird, daß der Stromfluß im Motor 12 stärker wird, erhält der Verstärker 33 einen positiven 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 35 negativ. Das Ergebnis davon ist, daß durch den Verstärker 33 ein negativer Impuls erzeugt wird, und dieser negative Impuls beätigt die Schaltung 37, um den Thyristor 16 einzuschalten.

Zu einem späteren Zeitpunkt im Arbeitsspiele fällt die Stromstärke, die von der Einrichtung 14 gemessen wird, unter die Sollstromstärke, und die Polarität des Ausgangs vom Verstärker 28 ändert sich, so daß der Verstärker 33 einen positiven Impuls erzeugt, der die Schaltung 38 betätigt, damit die Thyristoren 15 und 18 gezündert werden. Wegen der Eückkopplungsschaltung über den Kondensator 34 und den Widerstand 35 kann der Verstärker 33 Jedoch seinen Zustand nur nach einer bestimmten Verzögerung wechseln, und diese Verzögerung wird 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 Zerhackerschaltung einwandfrei arbeitet. Wenn während der Verzögerungszeit der Sinagang im invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 33 wechselt, ignoriert der Verstärker 33 diesen Wechsel, «weil die Spannung an seinem nicht invertierenden Eingangeanschluß vom Kondensator 34 bestimmt wird. Am Ende der Verzögerungszeit dann, wenn die Spannung am nicht invertierenden Eingangeanschluß des Verstärkers 33 durch den Widerstand 36 zugeleitet wird, nimmt der Verstärker 33 einen seiner stabilen Zustaände ein, und zwar entsprechend dem Signal an seinem invertierenden Singangsanschluß während dieser Zeit.

Zusätzlich zur Sicherstellung, daß die Zerhackerschaltung einwandfrei arbeitet, hat die vom Kondensator 34 erzeugte Verzögerung den Vorteil,

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daß eventuelle Stromstöße, die während des Schaltens in der Zerhakkerschaltung entstehen, keinen Einfluß auf die Funktion der Schaltung haben können.

Die Verbindungen zwischen dem Motor 12 und der Feldwicklung 13 mit den Stromleitungen erfolgen natürlich über Wechselkontakte in der üblichen Weise, und die Wechselkontakte sind so eingerichtet, daß der Motor das Fahrzeug nach vorn oder nach hinten antreiben kann. Darüber hinaus sind die Wechselkontakte in der Lage, den Motor so in die Schaltung einzuschalten, daß für ein elektrisches Bremsen gesorgt wird. Zweckmäßigerweiise werden die Wechselkontakte zu diesem Zweck vom Bremspedal des Fahrzeugs gesteuert.

Bs versteht sich, daß die bisher beschriebene S haltung in effektiver

r.

Weise die Minimum-Einschaltzeit und die Minimum-Ausschaltzeit des Hauptthyristors 15 steuert. Die verlbleibenden Bauteile sind vorgesehen, damit zwei weitere wünschenswerte Merkmale der Anordnung erhalten werden. Zunächst ist es unter bestimmten Toraussetzungen möglicht, daß die vom Scheiber am Widerstand 26 eingestellte Stromstärke nie erreicht wird, und unter diesen Umständen würde der Thyristor 15 natürlich nicht ausgeschaltet werden. Ferner ist es während des elektrischen Bremsens wünschenswert, die Minimum-Ausschaltzeit zu verlängern.

Die verbleibenden Bauteile sind zwischen die Leitung 1Q und eine Stromleitung 41 geschaltet, die mit dem Anschluß 24 verbunden ist. Die Leitung 41 ist über einen Widerstand 42 mit der Bnissionselektrode eines p-n-p-Transistors 45 verbunden, dessen Kollektor mit der Leitung 10 verbunden ist. Die Steuerelektrode des !Transistors 45 ist über einen Widerstand 46 mit seiner Emissionselektrode verbunden, ferner über eine Diode 44 und einen Widerstand 45 in Reihe mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 55. Die Emissionselektrode des Transistors 45 ist mit der Leitung 10 über einen Kondensator 47 verbunden, ferner auch mit der Emissionselektrode eines Fni-junction-Transistors 48, dessen Primär- und Sekundärsteuerelektrode über Widerstände 49 bzw. 51 mit der

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Leitung 4I b*w. 10 verbunden sind. Sie Sekundürsteuerelektrode des Transistors a48 ist ferner mit der Leitung 10 über eine Diode 52, einen Widerstand 53 und einen Kondensator 54 in Reihe verbunden, und die Verbindug 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 53 und eine Diode 59 in Reihe mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Yerstärkers 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 4I getrennt, und damit kann der Transistor 55 als eine Diode angesehen werden. Unter diesen Umständen besteht die Aufgabe der Schaltung darin, den Thyristor 15 nach einer bestimmten Zeit auszuschalten, d.h. eine Maximum-Einschal tzeit für den Thyristor 15 einzustellen.

Unmittelbar vor dem Zünden des Thyristors I5 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 I5 umzusehalten, wird der Transistor 43 ausgeschaltet, un d damit beginnt der Kondensator 47 sich aufaiaden. Fach einer bestmimmten Verzögerung leitet der Unijunction-Transistor 48, der Kondensator 54 lädt sich auf, und ein Impuls vird über die Steuerelektroden-Emissionselektroden-Diode des Transistors 55 an den invertierenden Eingangsanschluß 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 I5 auszuschalten. Sobald sich der Verstärker 33 in seinem Zustand ändert, um den Thyristor I5 auezuschalten, wird der Transistor 44 wieder eingeschaltet, und der Kon-

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densator 47 entäldt eich. Wenn also die Stromstärke in der Einrichtung 14 nicht auf den Sollwert innerhall) der bestimmten Zeit steigt» wird der Thyristor 15 durch die Schaltung ausgeschaltet» die zwischen die Leitung 41 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 43 erzeugt wird.

Bas andere Merkmal der Anordnung 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 Minimum-Ausschaltzeit des'Thyristors 15 zu verlängern. Wenn bei der bisher beschriebenen Anordnung der Verstärker 33 veranlaßt wird, durch den Transistor 46 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 51» so daß der Transistor 55 als ein Emissionselektrodennachläufer 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 15t 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 zum Verstärker 33 verlängert worden ist.

Ansprüche

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Claims

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Ansprach

Steuerschaltung für ein elektrisch betriebenes Fahrezeug, gekennzeichnet durch einen das Fahrzeug antreibenden Antriebsmotor» eine Thyristorzerhackerschaltung, die die Drehzahl des Antriebsmotor· regelt und einen Hauptthyristor in Reihe mit dem Motor aufweist und einen konmutierenden Thyristor enthält, der nach Zündung den Hauptthyristor ausschaltet, die Ztindaomente des Thyristors steuernde Mittel zur Regulierung des mittleren Stromflusses im Motor, wobei die Mittel einen Funktionsverstärker aufweisen, der einen ersten und einen zweiten Zustand einnimmt und dann, wenn er von seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zusatand getrieben wird, zum Zünden des Hauptthyristors dient und dann, wenn er von seinem zweiten Zustand in seinen ersten Zustand getrieben wird, zum Zünden des kommutierenden Thyristors dient, wobei die Schaltung ferner Verzögerungsmittel aufweist, die bei Zündung des Hauptthyristors in Funktion tritt und den Funktionsverstärker in seinen ersten Zustand treibt.

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