DE2927793A1 - Electric vehicle drive with DC shunt motor - has electronic control with DC generator for speed setting during gear change - Google Patents

Electric vehicle drive with DC shunt motor - has electronic control with DC generator for speed setting during gear change

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Abstract

The armature coil of the motor is connected directly to the vehicle battery, while its field coil is connected to the same via an electronic rectifier for control of the motor speed. Between the motor drive and the drive axis of the vehicle is incorporated a centrifugal clutch, connected or disconnected according to the motor speed. Between the clutch and the drive axis is mounted a gear-change transmission. The d.c. shunt motor can be accelerated, or braked, by an electronic control system, which energises the electronic rectifier, in accordance with disengagement of the existing gear and at the beginning of the engagement of the new desired gear. The acceleration, or braking, corresponds to the speed for the layshaft required at this moment for the vehicle speed and the new engaged gear. The control device receives the respective control signals from sensors.

Description

Antriebssystem für Elektrofahrzeuge Drive system for electric vehicles

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für Elektrofahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art Das Antriebs system gemäß dem Hauptpatent stellt bezüglich seines Aufwandes ein im Vergleich zu bis dahin bekannten Antriebssystemen für Elektrofahrzeuge besonders einfaches Antriebssystem dar, bei dem trotzdem alle für den täglichen Fahrbetrieb erforderlichen Funktionen voll und zuverlässig erfüllt sind und dessen Betriebaverhalten weitgehend dem der bisher bekannten Eraftfakrzeuge ent spricht. So weist es u. a. sogar die gewohnte Bigenschaft auf, daß der Fahrmotor des Fahrzeuges auch bei haltendem Fahrzeug mit einer Grunddrehzahl umläuft. Bei diesem Antriebssystem erfolgt das Ana fahren des Fahrzeuges mit Hilfe einer zwischen Abtrieb des Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotors und Antriebsachse des Elektrofahrzeuges angeordneten Fliehkraftkupplung und die verkehrstechnisch erforderlichen Fahrgeschwindigkeitsänderungen werden im wesentlichen durch Veränderung der Motorerregung mittels eines elektronischen Gleichstromstellers vorgenommen.The invention relates to a drive system for electric vehicles of the type mentioned in the preamble of claim 1 The drive system according to the main patent adjusts in terms of its effort compared to up to then known drive systems for electric vehicles particularly simple drive system which still has all the functions required for daily driving are fully and reliably fulfilled and its operating behavior largely corresponds to that of the previously known Eraftfakrzeuge ent speaks. So it shows inter alia. even the usual one Big shaft on that the drive motor of the vehicle with stopping the vehicle revolves at a base speed. With this drive system, the ana drive takes place Vehicle with the help of an output between the DC shunt drive motor and the drive axle of the electric vehicle arranged centrifugal clutch and the Changes in driving speed required for traffic engineering are essentially by changing the motor excitation by means of an electronic DC converter performed.

Zur Anpassung des Drehzahlniveaus des Gleichstrom-Nebenschluß-Sahr° motors an das benötigte Drehzahlniveau der Antriebsräder des Fahrzeuges ist beim Antriebssystem gemäß dem Hauptpatent zwischen Fliehkraftkupplungund Antriebsachse ein Getriebe angeordnet, welches erforderlichenfalls als Sohaltgetriebe ausgeführt ist, um dadurch den zur Verfügung stehenden Drehzahlbereich der Fahrzeugräder zu vergrößern. Zum Betätigen eines solchen im Kraftfahrzeugbau üblichen Schaltgetriebes ist die Zwischenschaltung einer Trennkupplung erforderlich, um den gewünschten Gangwechsel lastlos vornehmen zu können.To adapt the speed level of the direct current shunt Sahr ° motors to the required speed level of the drive wheels of the vehicle is at Drive system according to the main patent between centrifugal clutch and drive axle arranged a transmission, which if necessary as a holding gear is designed to thereby reduce the available speed range of the vehicle wheels to enlarge. For actuating such a gearbox that is customary in motor vehicle construction the interposition of a disconnect clutch is required to achieve the desired gear change to be able to carry out unencumbered.

In erster Linie dürfte hierzu eine übliche mechanisch zu betätigende Trennkupplung Verwendung finden. Um auf eine solche Trennkupplung verzichten zu können, ist es bereits bekannt (DE-OS 27 o6 743) die an sich nur für den Anfahrvorgang benötigte Fliehkraftkupplung gleichzeitig auch als Trennkupplung auszunutzen, wenn das Schaltgetriebe betätigt werden soll. In diesem bekannten Antriebs system ist die Steuer-und Regeleinrichtung für den Gleichstromsteller so ausgebildet, daß die Drehzahl des Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotor bei Berührung des Schaltgetriebe-Schalthebels aufgrund einer dadurch bewirkten Aussteuerung des Gleichstromstellers unter die Auskuppeldrehzahl der Fliehkraftkupplung absinkt, so daß anschließend der gewünschte Gang ohne Schwierigkeiten eingelegt werden kann. Zum Wechseln eines Ganges ist es also jeweils erforderlich, daß der Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotor zunächst auf eine unter der Auskuppeldrehzahl der Fliehkraftkupplung liegende Drehzahl abgesenkt wird, wozu eine gewisse Zeit benötigt wird.First and foremost, a conventional mechanically operated one should be used for this purpose Find separating clutch use. In order to do without such a separating clutch can, it is already known (DE-OS 27 o6 743) which in itself only for the start-up process The centrifugal clutch required can also be used as a disconnect clutch, if the manual transmission is to be operated. In this known drive system is the control and regulating device for the DC chopper is designed so that the Speed of the DC shunt drive motor when the gearbox shift lever is touched due to the resulting modulation of the DC chopper below the Decoupling speed of the centrifugal clutch drops, so that then the desired Gear can be engaged without difficulty. To change a gear it is so each required that the DC shunt traction motor initially on a speed below the decoupling speed of the centrifugal clutch is reduced which takes a certain amount of time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 weiter zu verbessern und insbesondere so auszubilden, daß einerseits eine mechanisch zu betätigende Trennkupplung nicht erforderlich ist und andererseits ein vergleichsweise zügiges Schalten des Schaltgetriebes möglich ist.The invention is based on the object of providing a drive system according to to further improve the preamble of claim 1 and in particular to train it so that that on the one hand a mechanically operated disconnect clutch is not required and on the other hand, a comparatively quick shifting of the gearbox is possible is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung findet also praktisch eine elektrische Getriebesynohronisation statt, indem vor dem Einlegen des gewünschten Ganges Getriebeeingangsdrehzahl und Getriebeausgangsdrehzahl miteinander synchronisiert werden.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. According to the invention, there is practically an electrical one Transmission synchronization takes place by changing the transmission input speed before engaging the desired gear and transmission output speed are synchronized with each other.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung erläutert.Based on an embodiment shown in the drawing will the invention explained.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Elektrokraftfahrzeug, von dem im wesentlichen nur die angetriebenen Fahrzeugräder 51 mit der Antriebswelle 5 und einem Differenzial 52 dargestellt sind. Das Elektrokraftfahrzeug ist mit einer Eahrzeugbatterie 4 ausgerüstet, aus welcher ein Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotor 1 gespeist wird.The only figure in the drawing shows an electric motor vehicle from essentially only the driven vehicle wheels 51 with the drive shaft 5 and a differential 52 are shown. The electric vehicle is with a Eahrzeugbatterie 4 equipped, from which a DC shunt drive motor 1 is fed.

Die nicht weiter gekennzeichnete Ankerwicklung des Fahrmotors ist im wesentlichen direkt mit dieser Batterie verbunden. Im A»rrstromkreis liegen lediglich einige Schütze K 1 bis K 3, welche im wesentlichen für den Anfahrvorgang von Bedeutung sind. Vorgesehen ist auch ein Anfahrwiderstand R 1 sowie ein den Ankerstrom erfassendes Strom-Meßglied, welches mit R 2 beziffert ist. Die Erreger- oder Feldwicklung 2 ist über einen nur symbolisch dargestellten elektronischen Gleichstromsteller 3 mit der Fahrzeugbatterie 4 verbunden. Als Gleichstromsteller kann jede bekannte elektronische Einrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, einen Gleichstrom fortlaufend mít hoher Frequenz ein- und auszuschaten. Geeignet sind hierzu insbesondere bekannte elektronische Gleichstromschalter, die z. B. mit Hilfe von Thyristoren etc. aufgebaut sind. Da Da Feldstrom relativ klein ist, können im allgemeinen auch bereits Schalttransistoren eingesetzt werden, wie es im vorliegenden Ausführungsbeispiel angedeutet ist.The armature winding of the traction motor is not marked any further essentially directly connected to this battery. In the circuit there are only some contactors K 1 to K 3, which are essentially important for the start-up process are. A start-up resistor R 1 and one that detects the armature current are also provided Current measuring element, which is numbered with R 2. The exciter or field winding 2 is via an electronic DC power controller 3, which is only shown symbolically connected to the vehicle battery 4. Any known electronic device used, which is able to provide a direct current Continuously switching on and off at high frequency. Are particularly suitable for this well-known electronic DC switch, which z. B. with the help of thyristors etc. are constructed. Since the field current is relatively small, in general Switching transistors are already used, as is the case in the present exemplary embodiment is indicated.

Der Motorabtrieb 11 des Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotors 1 ist über eine Fliehkraftkupplung 6, eine Getriebeeingangswelle 71, ein Schaltgetriebe 7, eine Getriebeausgangswelle 73 und ein Differential 52 mit der Antriebswelle 5 der angetriebenen Fahrzeugräder 51 verbunden. Die Fliehkraftkupplung 6 ist so bemessen, daß sie völlig außer Eingriff ist, so lange die Drehzahl des Fahrmotors 1 einen bestimmten Wert nicht überschrittten hat. Dieser Wert liegt etwas über der Motordrehzahl, welche sich bei voller Ankerspannung und voller Felderregung ergibt, d. h. sie liegt außerhalb des PeldschwächbereiChes, In diesem Betriebs zustand ist die Drehzahl der Fahrzeugräder 51 trotz des sich drehenden Fahrzeugmotors 1 Null. Uberschreitet die Drehzahl des Fahrmotors infolge einer entsprechenden Betätigung des Fahrpedals 92,diesen Wert so beginnt die Fliehkraftkupplung 6 unter Beibehaltung eine6 mit wachsender Drehzahl sinkenden Schlupfes, die Drehzahl des Fahrmotors 1 auf das Schaltgetriebe 7 bzw. die Getriebeeingangswelle 71 zu übertragen, wobei schließlich ein Drehzahlwert erreicht wird, bei dem sich die Fliehkraftkupplung voll im Eingriff befindet, so daß die vom Fahrmotor abgegebene Leistung voll auf das Schaltgetriebe 7 übertragen wird. Dieser Einkuppelvorgang spielt sich innerhalb des Feldschwächbereiches des Fahrmotors ab, und zwar etwa in den unteren 10 bis 20 % des für die Motordrehzahl-Verstellung insgesamt zur Verfügung stehenden Feldstellbereichs.The motor output 11 of the DC shunt drive motor 1 is over a centrifugal clutch 6, a transmission input shaft 71, a gearbox 7, a transmission output shaft 73 and a differential 52 with the drive shaft 5 of the driven vehicle wheels 51 connected. The centrifugal clutch 6 is dimensioned so that it is completely out of engagement as long as the speed of the drive motor 1 one has not exceeded a certain value. This value is slightly above the engine speed, which results with full armature voltage and full field excitation, d. H. she lies outside the field weakening range, the speed is in this operating state of the vehicle wheels 51 despite the rotating vehicle engine 1 zero. Exceeds the speed of the drive motor as a result of a corresponding operation of the accelerator pedal 92, the centrifugal clutch 6 begins while maintaining this value a6 slip that decreases with increasing speed, the speed of the traction motor 1 to be transmitted to the gearbox 7 or the gearbox input shaft 71, wherein finally a speed value is reached at which the centrifugal clutch is is fully engaged, so that the power delivered by the drive motor is fully up the gearbox 7 is transmitted. This coupling process takes place within of the field weakening range of the drive motor, namely approximately in the lower 10 to 20% of the total field setting range available for adjusting the motor speed.

Die Steuer- und Regeleinrichtung für die Aussteuerung des elektronischen Gleichstromstellers 3 ist nur schematisch angedeutet und mit 8 beziffert. Bei Betätigung des Zünd- und Anlaßschalters 91 werden von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 die Schütze K 1 und K 2 geschlossen.The control and regulation device for the control of the electronic DC chopper 3 is only indicated schematically and numbered 8. When actuated of the ignition and starter switch 91 are of the control and regulating device 8 the Contactors K 1 and K 2 closed.

Der Fahrmotor 1 läuft dadurch - bei voll erregter Feldwicklung 2 - aus dem Stand auf eine durch volle Erregung und volle Anker spannung definierte Grunddrehzahl herauf, wobei der Anfahrstrom durch den mit R 1 bezifferten Widerstand begrenzt ist. Bei Erreichen dieser Drehzahl, die durch den Drehzahlgeber G erfaßt wird, wird von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 das Schütz X 3 geschlossen und der Anfahrwiderstand überbrückt. Diese Grunddrehzahl liegt knapp unter dem vorerwähnten Wert, bei dem die Fliehkraftkupplung schleifend in Eingriff kommt, so daß noch kein Drehmoment über die Fliehkraftkupplung übertragen wird.The traction motor 1 runs as a result - with fully excited field winding 2 - from standing to one defined by full excitation and full armature tension Base speed up, with the starting current through the resistor numbered with R 1 is limited. When this speed is reached, which is detected by the speed sensor G. is, the control and regulating device 8 closes the contactor X 3 and the starting resistance bridged. This basic speed is just below the aforementioned Value at which the centrifugal clutch slips into engagement, so that no Torque is transmitted via the centrifugal clutch.

Bei Betätigung des mit 92 bezifferten Gaspedals wird die Erregung der Feldwicklung 2 durch die Steuer- und Regeleinrichtung 8 geschwächt und dadurch die Drehzahl des Fahrmotors erhöht. Infolge dessen beginnt die Fliehkraftkupplung 6 mit der tbertragung eines Drehmomentes auf das nachgeschaltete Schaltgetriebe, so daß das Fahrzeug angetrieben wird, wobei bei einer bestimmten Geschwindigkeit die Fliehkraftkupplung 6 schließlich voll im Eingriff ist. Von dieser Geschwindigkeit ab wird die Zugkraft des Fahrzeuges in Abhängigkeit vom Motorstrom 1A durch Variation der Erregung eingestellt.When you press the accelerator pedal numbered 92, the excitement the field winding 2 weakened by the control and regulation device 8 and thereby the speed of the drive motor increases. As a result, the centrifugal clutch begins 6 with the transmission of a torque to the downstream gearbox, so that the vehicle is propelled while at a certain speed the centrifugal clutch 6 is finally fully engaged. At this speed from the tractive force of the vehicle is dependent on the motor current 1A by variation the excitement ceased.

Um das Schaltgetriebe 7 während der Fahrt trotz fehlender Trennkupplung betätigen zu können, sind eine erste Sensoreinrichtung 53, welche ein der Fahrgeschwindigkeit proporti-onales erstes Steuemsignal v erfaßt und der Steuereinrichtung 8 zuführt, sowie eine zweite Sensoreinrichtung 72 vorgesehen, mit welcher nicht nur erfaßt wird, daß ein Gangwechsel vorgenommen werden soll, sondern auch, welcher neue Gang eingelegt werden soll. Entsprechende Steuersignale gw werden ebenfalls der Steuer- und Regeleinrichtung 8 zugeführt. Die Erfassung des Gangwechsels sowie des neuen Ganges kann beispielsweise mittels elektrischer Schalter stattfinden, die z. B.To the gearbox 7 while driving despite the lack of a disconnect clutch to be able to operate are a first sensor device 53, which is a speed of travel proportional first control signal v detected and fed to the control device 8, and a second sensor device 72 is provided with which not only detects that a gear change is to be made, but also which new gear should be inserted. Corresponding control signals gw are also sent to the control and control device 8 supplied. The detection of the gear change as well as the new one Ganges can take place, for example, by means of an electrical switch that z. B.

im Bereich des Randschalthebels angeordnet sind und betätigt werden, wenn der Handschalthebel zur Herausnahme des eingelegten Ganges berührt bzw. leicht bewegt und nach Uberschreiten der Leerlauf- oder Neutralstellung in Richtung auf den neu einzulegenden Gang fortbewegt wird. Bei Beruhrung des Randschalthebels, d. h. zu Beginn des Gangwechsels wird über die Steuer- und Regeleinrichtung 8 infolge des von der zweiten Sensoreinrichtung 72 signalisierten geplanten Gangwechsels der Motorstrom und demzufolge auch die Motorleistung auf Null reduziert. Nachdem danach zunächst der Randschalthebel und demzufolge das Schaltgetriebe in die Neutralstellung gebracht wurde, wird der Steuer- und Regeleinrichfung 8 von der zweiten Sensoreinrichtung 72 der neu einzulegende gewünschte Gang signalisiert. Aufgrund dieses Signals und aufgrund des gleichzeitig von der ersten Sensoreinrichtung 53 übermittelten geschwindigkeitsproportionalen Steuersignals wird der elektronische Gleichstromsteller 3 von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 so ausgesteuert, daß der fahrmotor auf eine Drehzahl beschleunigt oder ggf. abgebremst wird, die der Drehzahl entspricht, mit der die Getriebeingangswelle 71 umlaufen würde, wender gewünschte Gang bei der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Fahrgeschwindigkeit bereits eingelegt wäre. Nachdem diese Getriebesynchronisation durch entsprechende Aussteuerung des Fahrmotors hergestellt worden ist, kann der gewünschte Gang leicht eingelegt werden.are arranged and operated in the area of the edge switch lever, when the manual shift lever touches or lightly to remove the engaged gear moves and after exceeding the idle or neutral position in the direction of the new gear to be engaged is moved. When touching the edge switch lever, d. H. at the beginning of the gear change is on the control and regulating device 8 as a result of the planned gear change signaled by the second sensor device 72 Motor current and consequently also the motor power reduced to zero. After after that first the edge shift lever and consequently the gearbox in neutral was brought, the control and regulation device 8 is from the second sensor device 72 the new gear to be engaged is signaled. Because of this signal and due to the speed-proportional speed transmitted at the same time by the first sensor device 53 The control signal is sent to the electronic DC chopper 3 by the control and regulating device 8 controlled in such a way that the drive motor accelerates to a speed or, if necessary, decelerates which corresponds to the speed at which the transmission input shaft 71 rotate would change the desired gear at the driving speed at the time would already be inserted. After this gear synchronization by appropriate Control of the drive motor has been established, the desired gear can easily be set be inserted.

Anschließend wird die Fahrgeschwindigkeit in üblicher Weise durch Schwächung des Feldes weiter geregelt. Der Vollständigkeit halber ist schematisch noch ein mit 93 beziffertes Bremspedal dargestellt.The driving speed is then adjusted in the usual way Weakening of the field further regulated. For the sake of completeness it is schematic Another brake pedal numbered with 93 is shown.

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Claims (2)

A N S P R Ü C H E S ntriebssystem für Elektrofahrzeuge, einen einem Gleichstrom-Nebenschluß-Fahrmotor, dessen Ankerwicklung im wesentlichen direkt und dessen Feldwicklung zwecks Steuerung oder Regelung der Motordrehzahl über einen elektronischen Gleichstromsteller mit einer Fahrzeugbatterie o. ä. verbunden ist, mit einer zwischen Motorabtrieb und Antriebsachse des Elektrofahrzeuges angeordneten Fliehkraftkupplung, die im außerhalb des Feldschwächbereichs liegenden unteren Motordrehzahlbereich außer Eingriff und in einem im wesentlichen den gesamten Feldschwächbereich umSassenden oberen Notordrehzahlbereich voll im Eingriff ist, und mit einem zwischen Fliehkraftkupplung und Antriebsachse des Elektrofahrzeuges angeordneten Schaltgetriebes nech Patent dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom-NebenschluB-Eahrmotor (1) mittels einer den elektronischen Gleichstromsteller C3) aussteuernden elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (8) nach Herausnehmen des zuvor eingelegten Ganges und zu Beginn des Einlegens des gewünschten neuen Ganges auf eine Drehzahl beschleunigbar bzw. abbremsbar ist, die der Drehzahl entspricht, welche die Getriebeeingangswelle (71) bei der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Fahrgeschwindigkeit und bei bereits eingelegtem neuen Gang hätte.ANSPRÜ CHES drive system for electric vehicles, a direct current shunt traction motor whose armature winding is essentially directly and whose field winding is connected to a vehicle battery or the like for the purpose of controlling or regulating the motor speed via an electronic DC power controller, with one between the motor output and the drive axle of the Centrifugal clutch arranged in the electric vehicle, which is disengaged in the lower engine speed range lying outside the field weakening range and fully engaged in an upper emergency speed range which essentially encompasses the entire field weakening range, and with a gearbox arranged between the centrifugal clutch and the drive axle of the electric vehicle according to patent characterized in that the direct current shunt motor (1) can be accelerated or accelerated to a speed by means of an electronic control and regulating device (8) which modulates the electronic direct current controller C3) after removing the previously engaged gear and at the beginning of engaging the desired new gear. can be braked, which corresponds to the speed which the transmission input shaft (71) would have at the driving speed present at this point in time and with a new gear already engaged. 2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- und Regeleinrichtung (8) über eine erste Sensoreinrichtung (53) ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales erstes Steuersignal (v) und über eine zweite Sensoreinrichtung (72) den Beginn eines Gangwechsels sowie den gewünschten neuen Gang signalisierende weitere Steuersignale (gw) zuführbar sind.2. Drive system according to claim 1, characterized in that the Control and regulating device (8) via a first sensor device (53) one of the Driving speed proportional first control signal (v) and a second Sensor device (72) the beginning of a gear change and the desired new one Further control signals (gw) signaling aisle can be supplied.
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