DE3008279A1

DE3008279A1 - Regelanordnung fuer elektrisch betriebene fahrzeuge

Info

Publication number: DE3008279A1
Application number: DE19803008279
Authority: DE
Inventors: Mashiko Ibamoto; Eiji Kozu; Hiroshi Narita; Shigetoschi Okamatsu; Takashi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE3008279C2; FR2451126B1; JPS6117202B2; US4327313A; FR2451126A1; JPS55117403A

Description

SCHIFF ν. FDNER STREHL SCHDBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, insbesondere auf eine Regelanordnung für mittels eines Induktionsmotors angetriebene Fahrzeuge .

Die Verwendung eines Induktionsmotors zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verbessert nicht nur die Zuverlässigkeit, weil die Gleichrichtung des Motorstromes überflüssig ist, sondern verbessert auch die Haftungseigenschaften des elektrischen Fahrzeugs, weil der Induktionsmotor eine Kennlinie mit konstanter Geschwindigkeit aufweist, so daß bei im wesentlichen konstanter Frequenz der zugeführten Wechselspannung die Motordrehzahl ebenfalls im wesentlichen konstant bleibt. Die Realisierung eines mittels eines Induktionsmotars angetriebenen Fahrzeugs ist daher in höchstem Maße erwünscht.

Schwierig ist hierbei jedoch, daß ein Umrichter als mehrphasige Spannungsquelle notwendig ist, der eine breite Steuerung von Frequenz und Spannung zuläßt, beispielsweise ein Wechselrichter oder Zyklokonverter.

Mit der Entwicklung von Halbleiter -Bauelementen wie Thyristoren und mittels der Steuerelektrode einschaltbarer Thyristoren wurden Umrichter zur Verfügung gestellt, die die obigen Steuererfordernisse erfüllen. Es konnten daher elektrisch betriebene Fahrzeuge mit Induktionsmotor in Benutzung genommen werden.

Zur Speisung einer mehrphasigen Spannung variabler Frequenz und variabler Amplitude an einen Induktionsmotor ist bei einer Gleichstrombahn auf dem Fahrzeug ein Wechselrichter oder, im Falle einer Wechselstrombahn ein Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umrichter (Zyklokonverter) oder Gleich- und Wechselrichter angebracht.

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Die Umrichter werden zum Beschleunigen oder Abbremsen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach einem der folgenden Regelverfahren bei Konstant-Drehmoment-Betrieb im Fahr- oder Nutzbremsbetrieb betrieben:

1. Regelanordnung bei der das Verhältnis (v/f) aus Spannung ν und Frequenz f konstant gemacht und die Schlupffrequenz f_ konstant gehalten wird, so daß der Strom I im wesentlichen konstant ist,

2. Regelanordnung, bei der die Schlupffrequenz f_s und der Strom I konstant gehalten werden, so daß das Verhältnis v/f im wesentlichen konstant ist.

Bei beiden Anordnungen muß zur Steuerung der Schlupffrequenz f_c auf einen konstanten Wert eine der Drehzahl des Induktic .a~ motors entsprechende Geschwindigkeitsfrequenz erfaßt werden.

Mit anderen Worten, im Fahrbetrieb wird die Ausgangsfrequenz des Umrichters durch die Schlupffrequenz f gegenüber dem Drehzahlsignal f~ des Induktionsmotors erhöht, wodurch ein beschleunigendes Drehmoment erzeugt wird. Daher ergibt sich das dem Umrichter zuzuführende Frequenzbefehlssignal f aus der Gleichung

^fp=^ff^+fs

Im Nutzbremsbetrieb nimmt die Ausgangsfrequenz des Umrichters um die Schlupffrequenz f gegenüber der Drehzahl f,. des

S X

Induktionsmotors ab_r so daß ein Bremsmoment erzeugt wird. Daher ergibt sich das dem Umrichter zuzuführende Frequenzbefehlssignal f_p aus

Zur Erfassung dieser Drehzahlfrequenz f_ werden bisher Tachogeneratoren, tmpulsgeneratoren oder dergleichen verwendet, die mit dem Induktionsmotor gekuppelt sind.

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Wie oben ausgeführt, haben mit Induktionsmotoren ausgerüstete elektrisch betriebene Fahrzeuge die wesentlichen Vorteile, daß die Haftungseigenschaften durch die Konstant-Drehzahl-Kennlinie des Induktionsmotors verbessert werden. Das heißt, wie sich aus der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Induktions-* motors ergibt, daß wenn im Fahrbetrieb das Antriebsmoment zu groß ist und das Antriebsrad durchdreht, so daß der Motor die Drehzahl erhöht, ein Durchdrehen des Rades verhindert wird. Wenn andererseits im Nutzbremsbetrieb das Bremsmoment zu hoch ist und das Treibrad gleitet, so daß die Drehzahl des Motors abnimmt, wird das Bremsmoment vermindert und ein Gleiten des Rades vermieden.

Wird jedoch die Ausgangsfrequenz f des Umrichters durch eine Frequenzregelanordnung der oben beschriebenen Art gemäß den Gleichungen (1) und (2) gleich dem Frequenzbefehlssignal f gemacht, so läßt sich ein einmal eingetrenes Durchdrehen oder Gleiten der Räder nicht mehr unterdrücken.

Es sei nun das Durchdrehen im Fahrbetrieb betrachtet. Dreht das Treibrad durch, so daß sich die Drehzahl ίψ des Motors erhöht, so steigt entsprechend Gleichung (1) das Frequenzbefehlssxgnal f . Daher v/ird die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Induktionsmotors parallel in den höheren Drehzahlbereich verschoben, so daß das Antriebsmoment erhöht und das Durchdrehen noch verstärkt wird.

Ähnlich läßt sich das Gleiten im Nutzbremsbetrieb nicht unterdrücken .

Bei herkömmlichen Frequenzregelanordnungen geht daher das vorteilhafte Verhalten des Induktionsmotors durch die Regelanordnung verloren.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen natürlich mehrere Induktionsmotoren und mehrere mit diesen gekuppelte Treibräder auf. Daher wird ähnlich wie bei Regelanordnungen für gleich-

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strombetriebene Fahrzeuge (im Fahrbetrieb) die minimale oder (im Nutzbremsbetrieb) maximale Drehzahl zur Bestimmung der Drehzahl f_f in Gleichung (1) oder (2) benutzt. Auf diese Weise kann auch das Durchdrehen oder Rutschen mehrerer Treibräder vermieden werden.

Drehen jedoch sämtliche Treibräder durch oder gleiten sie, so wird diese Erscheinung statt unterdrückt noch verstärkt.

Die Unterdrückung kann durch eine zusätzliche Regelanordnung erreicht werden, wodurch die Anordnung jedoch nicht nur komplizierter und kostspieliger, sondern auch weniger zuverlässig wird.

Elektrische Schienenfahrzeuge werden besonders kostspielig, weil ihre Antriebsaggregate möglichst konzentriert an einer Stelle angeordnet werden müssen. Es ist daher wünschenswert, die Ausgangsleistung jedes Induktionsmotors zu erhöhen, um so die Anzahl der insgesamt verwendeten Motoren zu verringern. Auf diese Weise kann die Anzahl der Antriebsfahrzeuge in einem Zug verringert und die Anzahl der Wagen des Zuges erhöht werden. Hierzu ist es notwendig, die Haftung des Antriebsfahrzeugs zu verbessern und die Haftung wieder herzustellen, wenn sämtliche Treibräder durchdrehen oder gleiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung zu schaffen, durch die bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit Induktionsmotor gute Hafteigenschaften erzielt werden.

Die erfindungsgemäße Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einem Induktionsmotor zum Antreiben eines Treibrades durch Speisung mit mehrphasiger Wechselspannungsenergie, die von einem Umrichter erzeugt wird, enthält eine Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unabhängig davon, ob das Treibrad haftet oder

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nicht, eine Einrichtung zur Bildung der Schlupffrequenz des Induktionsmotors, eine Frequenz-Befehlseinrichtung zur Addition oder Subtraktion der Schlupffrequenz zu bzw. von dem Ist-Fahrgeschwindigkeitssignal, und eine Einrichtung zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend dem Frequenzbefehl von der Frequenz-Befehlseinrichtung.

Mit anderen Worten, anstelle des Motor-Drehzahlsignals f_ in

den Gleichungen (1) und (2) wird ein Signal f'_f der tatsächlichen

Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs verwendet, das unabhänig

ist vom Durchdrehen oder Gleiten des Antriebsrades.

Somit ist es möglich, eine Regelanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug zu schaffen, bei der ausgezeichnete Hafteigenschaften dadurch erzielt werden, daß dem Umrichter ein Sollfrequenzbefehl f zugeführt wird, obwohl das Antriebsrad durchdreht oder gleitet. Die ausgezeichneten Hafteigenschaften werden ferner dadurch sichergestellt, daß der Induktionsmotor eine konstante Drehzahlkennlinie aufweist.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge zu schaffen, mit der die Haftung bei Verwendung eines Induktionsmotors schnell wieder hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist somit ferner eine Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit Induktionsmotor, der zum Antrieb eines Treibrades mit mehrphasiger Wechselstromenergie aus einem Umrichter gespeist wird, die eine Frequenzbefehlseinrichtung aufweist, deren Ausgangssignal infolge des Einflusses des Durchdrehens oder Gleitens des Treibrades in schneller Änderung unterdrückt wird, sowie ferner Einrichtungen zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend dem Frequenzbefehl, Einrichtungen zur Vorausbestimmung eines Stromes im Induktionsmotor bei haftendem Treibrad wenigstens dann, wenn das Treibrad nicht haftet, Einrichtungen zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor und Einrichtungen

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zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen dem Sollstrom und dem vorausbestimmten Strom.

Mit anderen Worten, auch wenn das Treibrad durchdreht oder gleitet, wird die Frequenz des Umrichters nicht schnell geändert. Als Strom-Rückkopplungswert der Stromregelanordnung wird ein vorausbestimmter Wert eines imaginalen Motorstromes unter der Annahme der Haftung des Treibrades verwendet, nicht jedoch das tatsächliche, schnell abnehmende MotorStromsignal. Daher kann ein Ansteigen der Ausgangsspannung des Umrichters verhindert und eine schnellere Wiedererlangung des Zustandes der Haftung unter Ausnutzung der konstanten Drehzahlkennlinie des Induktionsmotors verwirklicht werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Regelanordnung für eine elektrisch betriebenes Fahrzeug,

Fig. 2 im Diagramm Drehzahl (Frequenz)-Stromkennlinien eines Induktionsmotors,

Fig. 3 die Drehzahl (Frequenz)-Drehmoment-Kennlinie eines Induktionsmotors,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge,

Fig..5A und 5B Funktionsdiagramme zur Darstellung der Funktionen einer Konstantstrom-Regelanordnung gemäß Fig. 1 bzw. einer abgewandelten Spannungs-Rege!anordnung.

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Gemäß Fig. 1 enthält das elektrisch betriebene Fahrzeug einen Stromabnehmer 2, mit dem die Fahrleitungsspannung von der Fahrleitung 1 abgegriffen wird. Die Spannung wird über einen aus einer Drossel 3 und einem Kondensator 4 bestehenden Filter einem Umrichter 5 zugeführt. Wie erwähnt, dient der Umrichtet 5 zur Zufuhr einer mehrphasigen Wechselspannung variabler Frequenz und Amplitude; er besteht bei einer Gleichstrombahn aus einem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter und bei einer Wechselstrombahn aus einem Wechselstrom/Wechselstromumrichter.

Der Ausgang des Umrichters 5 ist mit mehreren Induktionsmotoren 61, 62, 63, 64 verbunden, mit denen Treibräder 71, 72, 73 bzw. 74 gekuppelt sind. Mit den Treibrädern 71 bis 74 sind Drehzahldetektoren 81, 82, 83, 84 verbunden, die Drehzahlsignale f.... bis iψ. der Induktionsmotoren 61 bis 64 erzeugen. Ein freilaufendes, nicht mit einem Induktionsmotor verbundenes Rad 70 ist erfindungsgemäß mit einem Geschwindigkeitsdetektor 8O verbunden. Nimmt man an, daß kein Drehmoment auf das freilaufende Rad 70 wirkt, so zeigt das Ausgangssignal f'_f des Geschwindigkeitsdetektors 80 die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit des elektrisch betriebenen Fahrzeugs an, und zwar unabhängig, ob die Treibräder 71 bis 74 haften oder nicht.

Der Fahrer in der Fahrerkabine des Fahrzeugs kann mit Hilfe des Fahrschalters einer Klemme 9 (Fig. 1) ein Ziel-Geschwindigkeitssignal f zuführen. Ein Funktionsgenerator 10 vergleicht des Ziel-Geschwindigkeitssignal f mit der Istgeschwindigkeit f'· des elektrischen Fahrzeugs und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Differenz zwischen beiden Geschwindigkeiten auf einem bestimmten Wert oder darunter liegt; ist sie höher als der vorbestimmte Wert, so wird kein Ausgangssignal erzeugt. Im Block 10 ist schematisch die Abhängigkeit des Ausgangssignals (Ordinate) von der Geschwindigkeitsdifferenz (Abszisse) gezeigt.

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Die Polarität des Eingangssignals wird zwischen Fahr- und Nutzbremsbetrieb umgeschaltet. In den Figuren ist die Polarität des Eingangssignals bei Nutzbremsbetrieb in Klammern dargestellt.

Ein Schlupffrequenzbefehl f für den Induktionsmotor wird zuvor gebildet und einer Klemme 11 zugeführt. Eine Subtraktionsstufe 12 subtrahiert das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 10 vom Schlupffrequenzbefehl f . Wird das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst, so ist die Differenz zwischen dem Ziel-Geschwindigkeitsbefehl f und der Istgeschwindigkeit f* groß genug und das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 10 ist gleich Null. Daher ist das Ausgangssignal f der Subtraktionsstufe 12 gleich dem Befehl f . Wenn die Ist-Fahrgeschwindigkeit f' die

sjp χ

Zielgeschwindigkeit f erreicht, so wird die Schlupffrequenz f klein. Die Schlupffrequenz f wird dem Eingang einer Addier- und Subtrahierstufe 13 zugeführt; dem anderen Eingang der Addier- und Subtrahierstufe 13 wird das Ist-Geschwindigkeitssignal f.- des Fahrzeugs zugeführt. Somit ergibt sich die vom Umrichter erzeugte Frequenz, d. h. das Frequenz-Befehlssignal f aus folgenden Gleichungen:

Bei Fahrbetrieb:

f = f'_ + f (3)

ρ fs

Bei Nutzbremsbetrieb:

Der so durch die obigen Gleichungen bestimmte Frequenzbefehl f wird einer Frequenzsteuereinrichtung 14 zugeführt, deren Ausgangssignal die Ausgangsfrequenz des Umrichters 5 steuert.

Bei Verwendung einer solchen Frequenzsteueranordnung läßt sich eine Regelanordnung für elektrisch betriebene. Fahrzeuge schaffen, die es ermöglicht, die konstante Geschwindigkeitskennlinie der Induktionsmotoren 61 bis 64 wirksam zu nutzen und bei einem Durch drehen oder Gleiten der Räder die Haftung wieder herbeizuführen.

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Wenn bei Fahr- oder Nutzbremsbetrieb die Treibräder 71 bis durchdrehen oder gleiten, wird die Drehzahl der Induktionsmotoren 61 bis 64 stark erhöht oder verringert· Jedoch wird der der Frequenzsteuereinrichtung 14 zugeführte Frequenzbefehl f durch die obigen Gleichungen (3) und (4) bestimmt und das Signal f_f der Istgeschwindigkeit des elektrischen Fahrzeugs gemäß den Gleichungen (3) und (4) ist unabhängig von der Haftung oder Nichthaftung der Treibräder. Daher erzeugt der Umrichter 5 weiter eine Wechselspannung, deren Frequenz gegenüber der unmittelbar vor dem Durchdrehen oder Gleiten fast unverändert ist. Infolgedessen werden die Induktionsmotoren 61 bis 64 konstant gespeist, so daß die Konstantgeschwindigkeitseigenschaft der Motoren, d.h. die Eigenschaften, daß bei plötzlichem Anstieg der Drehzahl im Fahrbetrieb (plötzlicher Abfall im Nutzbremsbetrieb) das Antriebsbzw. Bremsmoment abnimmt und damit eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit unterdrückt wird, wirksam ausgenutzt werden, wodurch sich eine Regelanordnung für elektrische Fahrzeuge ergibt, mit der hervorragende Haftungseigenschaften erzielt werden.

Im folgenden wird eine Strom- oder Regelanordnung beschrieben. Bei elektrischen Fahrzeugen wird eine Konstantdrehmoment- oder Konstantstrom-Regelanordnung vorgesehen, um eine Rege!geschwindigkeit zu halten, die durch die Fahreigenschaften im Fahr- oder Nutzbremsbetrieb bestimmt wird. Über eine Klemme 15 und einen Analog/Digitalwandler 201 wird einer Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 101 ein Strombefehl I zugeführt. Das Signal P der Ist-

P ■*-

geschwindigkeit des elektrischen Fahrzeugs als Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 80 wird über einen Analog/Digitalwandler 301 ebenfalls der Eingabe/Ausgabe-Einrichtung zugeführt, der ferner das Ausgangssignal der Addier- und Subtrahierstufe 13 oder der Frequenzbefehl f über einen Analog/Digital-Wandler 303 zugeführt wird. Ferner erfaßt ein Spannungsdetektor 16 das Ausgangssignal v_ des Umrichters 5 und führt.es über einen Analog/Digital-Wandler 304 der Eingabe/ Ausgabe-Einrichtung 101 zu. Die Eingabe/Ausgabe-Einrichtung verarbeitet die drei Signale, nämlich das Istgeschwindigkeits-

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signal f'_, das Frequenzbefehlssignal f und das Ausgangsspannungssignal v.p und bestimmt eine einzige Adresse. Darauf wird der Inhalt eines Speichers 200 auf dieser Adresse ausgelesen und ein Stromwert I_ vorausbestimmt, der durch die Induktionsmotoren 61 bis 64 fließen wird. Andererseits wurde der Strombefehlswert I , der den vorausbestimmten Stromwert I_ bestimmt, eingeführt, so daß die Differenz der beiden Signale ^I = I-I, berechnet wird. Demnach wird ein Spannungsbefehl ν über einen Digital/Analog-Wandler 305 einer Spannungssteuereinrichtung 17 zugeführt, deren Ausgangssignal die Spannung des Umrichters 5 steuert.

Die Beziehung zwischen der den Induktionsmotoren 61 bis 64 zugeführten Wechselspannung v_f, ihrer Frequenz f , der Dreh ahl f ^% ψ und dem Strom I,- wird durch Versuche oder dergleichen im voraus bestimmt. Der Speicher 200 speichert aufgrund dieser Beziehungen dem Strom I_f entsprechend Signale, der bestimmt wird durch die Werte der Spannung v_f/ der Frequenz f und der Drehzahl f¹». auf den entsprechend der Kombination der Spannung V-, der Frequenz f und der Drehzahl f' bestimmten Adressen.

Fig. 2 zeigt die Drehzahl (Frequenz)-Stromkennlinien des Induktionsmotors, wobei die Spannung als Parameter verwendet wird. Wie im folgenden beschrieben wird, kann der Strom in den Induktionsmotor unter Verwendung der Fig. 2 vorausbestimmt werden.

Wird die den Induktionsmotoren 61 bis 64 vom Umrichter"5 zugeführte Wechselspannung der Frequenz f von V^₁ auf v_fg geändert, so fließt in den Motoren 61 bis 64 der sich aus Fig. 2 ergebende Strom. Wird die Drehzal f' des Motors bestimmt, so läßt sich der Motorstrom zu l£- bis I,.,- vorausbestimmen.

Haften die Treibräder 71 bis 74, so kann der Motorstrom I^ direkt durch den Stromdetektor erfaßt werden. Drehen jedoch die Treibräder 71 bis 74 durch oder gleiten sie, so nimmt der Motorström schnell ab. Wenn zu dieser Zeit zur Regelung des Motorstroms

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auf einen konstanten Wert die herkömmliche Konstantstrom-Regelanordnung verwendet wird, läßt sich keine ausreichende Haftung erzielen.

Dies wird anhand der Fig. 3 näher erläutert, die die Drehzahl (Frequenz)-Drehmomentkennlxnie des Induktionsmotors zeigt.

Es sei angenommen, daß der Arbeitspunkt des Induktionsmotors auf dem Punkt A liegt. Bei einem Durchdrehen oder Gleiten der Räder verschiebt sich der Arbeitspunkt längs der Drehmomentkennlxnie T- des Induktionsmotors in Richtung des Pfeils B, solange sich Spannung und Frequenz am Motor nicht ändern. Entsprechend nimmt das Antriebsmoment ab, so daß es wieder zum Haften des Rades kommt, mit dem Ergebnis, daß der Arbeitspunkt auf A zurückkehrt. Besteht jedoch die Neigung, daß sich der Arbeitspunkt in Richtung des Pfeils B verschiebt, so nimmt der Motorstrom I_f ab, so daß die Ausgangsspannung vom Umrichter 5 steigt und der dem Moment T entsprechende Strombefehl I durch die Wirkung der Konstantstromanordnung gehalten wird. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung erhöht, so daß sich der Arbeitspunkt parallel von A nach C verschieben kann. Somit wird der Arbeitspunkt in Richtung des Pfeils D längs einer Momentkennlinie T₂ zur maximalen Ausgangsspannung verschoben, so daß wieder Haftung eintritt.

Mit anderen Worten, die Wiedererlangung der Haftung wird um die Zeit verzögert, während der sich der Arbeitspunkt von A nach C verschiebt.

Wird andererseits der Induktionsmotorstrom unter der Annahme vorausbestimmt, daß die Antriebsräder haften, obwohl die Antriebsräder 71 bis 74 durchdrehen oder gleiten, und wird eine Konstantstrom-Regelanordnung zur Konstanthaltung des Motorstromes verwendet, so kann sich der Arbeitspunkt gemäß Fig. 3 direkt vom Punkt A in Richtung B verschieben, so daß die Haftungseigenschaften verbessert werden.

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Die Treibräder 71 bis 74 oder das mitlaufende Rad 70 ändern mit der Zeit ihren Durchmesser. Somit wird das Ausgangssignal f' des Geschwindigkeitsdetektors 80 ungleich dem Ausgangssignal f_f der Drehzahldetektoren 81 bis 84, selbst wenn die Treibräder 71 bis 74 haften. Es ist daher wünschenswert, den Raddurchmesser während des Leerlaufs des Fahrzeugs zu korrigieren, bei dem die Treibräder 71 bis 74 mit Sicherheit haftend abrollen.

Bei freilaufendem Fahrzeug werden die Ausgangssignale f bis f von den Drehzahldetektoren 81 bis 84 über einen Analog/Digital-Wandler 300 einer Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 100 zugeführt, wo sie in einen Mittelwert f_f gemittelt werden. Der Mittelwert wird dann durch das Ausgangssignal f'_ dividiert, das gleichzeitig vom Geschwindigkeitsdetektor 80 zugeführt wird, d.h., es wird K = f _/f' berechnet. Das Ergebnis K wird über einen Digital/Analog-Wandler 306 einer Multiplizierstufe 18 zugeführt. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 18 gleicht somit dem Mittelwert f^ der Ausgangssignale der Drehzahldetektoren 81 bis 84 während des Freilaufs des Fahrzeugs. Wird das Ergebnis K der vorstehenden Operation gehalten, bis das Fahrzeug wiederum freiläuft, so kann der Durchmesser der Treibräder bei Fahr- oder Nutzbremsbetrieb zwischen den Freilaufbetrieben korrigiert werden, so daß das Signal f'_f der Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs bereitgestellt wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelanordnung. In Fig. 4 sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. Der Hauptunterschied besteht darin, daß der Strom der Induktionsmotoren 61 bis 64 unter der Annahme, daß die Treibräder 71 bis 74 haften, unter Verwendung eines Induktionsmotors 60 geringer Leistung vorausbestimmt werden kann. .. .-

Das freilaufende Rad 70 ist mit dem zweiten Induktionsmotor 60 gekuppelt, dessen Leistung wesentlich geringer ist als die

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der Haupt-Induktionsmotoren 61 bis 64 und dessen Drehmomentkennlinie ähnlich der der Haupt-Induktionsmotoren 61 bis ist. Der zweite Induktionsmotor 60 wird ebenfalls aus dem Umrichter 5 gespeist. Da jedoch die Leistung des Induktionsmotors 60 klein ist, haftet das mitlaufende Rad 70 selbst dann, wenn sämtliche Treibräder 71 bis 74 durchdrehen oder haften. Der durch den Motor 60 fließende Strom ist proportional dem der Hauptmotoren 61 bis 64. Der Strom des Motors 60 wird durch einen Stromdetektor 19 erfaßt, dessen Ausgangssignal einer Koeffizienteneinrichtung 21 zugeführt wird. Deren Stromsignal I¹,. simuliert den Strom in den Hauptmotoren 61 bis 64. Das Stromsignal I¹, wird mit dem Strombefehl I in einem Komparator 22 verglichen, dessen Differenzausgangssignal der Spannungsregeleinrichtung 17 zugeführt wird, deren Ausgangssignal wiederum die Ausgangsspannung des Umrichters steuert.

Wenn auf diese Weise zur Konstanthaltung des Stromes im zweiten Motor 60 eine Konstantstromregelanordnung verwendet wird/ wobei der Strom den haftenden Zustand der Hauptmotoren 61 bis 64 simuliert, kann die Stromregelanordnung ausgezeichnete Haftungsbedingungen gewährleisten.

Drehen nun die Treibräder 71 bis 74 durch oder gleiten sie, so sind, weil das mitlaufende Rad 70 haftet, der Drehzahl-Rückkopplungswert f'_ der Drehzahl des mitlaufenden Rades und der Strom-Rückkopplungswert I' gleich wie bei abrollenden Treibrädern. Somit wird ähnlich wie beim vorigen Ausführungsbeispiel der Freguenzbefehl f durch den Einfluß des Durchdrehens oder Gleitens der Treibräder nicht geändert und das Durchdrehen oder Gleiten nicht noch verstärkt. Zusätzlich wird der Spannungsbefehl ν durch die Änderung des Stroms der Induktionsmotoren 61 bis 64 nicht so beeinflußt, daß der Wiedereintritt der Haftung verzögert wird. Daher ist es möglich, durch Ausnutzung der Konstant-Drehzahleigenschaft des Induktionsmotors eine gute Haftung zu erzielen.'

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In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Konstantstrom-Regelanordnung so aufgebaut, daß sie den Strom I_ aus der Beziehung zwischen Frequenz f , Spannung v_f,
Fahrgeschwindigkeit f und Strom I^ vorausbestimmt.
Eine Spannungsregelanordnung kann so aufgebaut sein, daß sie den den Motoren zuzuführenden Spannungsbefehl ν bestimmt, und zwar durch die Eingangssignale der Frequenz f , der Fahrgeschwindigkeit f' und des Stromes I anstelle der Spannung v_f, und ihn mit der Rückkopplungsspannung v^
vergleicht. Auch bei dieser Spannungsregelanordnung kann der Motorstrom I_f im wesentlichen konstant gehalten und die Haftungseigenschaften können verbessert werden. Fig. 5A zeigt ein Funktionsschaltbild zur Darstellung der Funktion der Konstantstrom-Regelanordnung der Fig. 1; Fig. 5B zeigt ein Funktionsdiagramm zur Darstellung der Funktion der Spannungsregelanordnung nach dieser Abwandlung. Der Block bezeichnet die Vorausbestxmmungsoperation durch die Eingabe/ Ausgabe-Einrichtung 101 und die Speichereinrichtung 200. Zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters 5 wird der Spannungsregelanordnung 17 ein Steuerbefehl ö>V zugeführt.

Claims

Patentansprüche

/i./Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, und mit einem von der mehrphasigen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Treibrades, gekennzeichnet durch einen Detektor (80) zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des elektrischen Fahrzeugs unabhängig vom Haftungszustand des Treibrades,

Einrichtungen (12) zur Bildung einer Schlupffrequenz des Induktionsmotors,

eine Frequenz-Befehlseinrichtung (13) zur Addition oder Subtraktion der Schlupffrequenz zu bzw. von dem Fahrgeschwindigkeitssignal und

durch eine Einrichtung (14) zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend dem Frequenzbefehl von der Frequenz-Befehlseinrichtung.

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2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8O) zur Erfassung des Fahrgeschwindigkeitssignals eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines mitlaufenden Rades enthält, das nicht mit dem Induktionsmotor verbunden ist.

3. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor,

eine Einrichtung (19, 21) zur Erfassung des Induktionsmotorstromes und

eine Einrichtung (22, 17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom) und dem Iststrom.

4. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen zweiten Induktionsmotor (60), der an die mehrphasige Wechselspannung angeschlossen und mit einem anderen Rad als dem Treibrad verbunden ist und eine wesentlich kleinere Leistung aufweist als der Haupt-Induktionsmotor, eine Einrichtung zur Ausbildung eines Strombefehls für den zweiten Induktionsmotor,

eine Einrichtung zur Abfassung des Iststromes des zweiten Induktionsmotors und

Einrichtungen (21, 22, 17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom) und dem Iststrom.

5. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch -

eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls des Induktionsmotors ,

eine Einrichtung (400), der der Strombefehl, das Istgeschwindigkeitssignal und der Frequenzbefehl zugeführt werden und

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die eine Spannung vorausbestimmt, die dem Induktionsmotor bei Haftung zugeführt wird, und

eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der vorausbestimmten Spannung.

6. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Einrichtungen (16) zur Erfassung der Ausgangsspannung des Umrichters,

Einrichtungen (101, 200) zum Empfang des Ausgangsspannungssignals, des Frequenzbefehls und des Istgeschwindigkeitssignals zur Vorausbestimmung eines bei Haftung in den Induktionsmotor fließenden Stromes, eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor, und

eine Einrichtung zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom) und dem vorausbestimmten Strom.

7. Regelanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

Einrichtungen (81 bis 84) zur Erfassung der Drehzahl des Induktionsmotors,

eine Einrichtung (100) zur Berechnung des Verhältnisses zwischen dem Motordrehzahlsignal und dem Fahrgeschwindigkeits-Istsignal bei freilaufendem elektrischen Fahrzeug und

eine Einrichtung (18) zur Abwandlung des nachfolgenden Ist-Fahrgeschwindigkeitssignals entsprechend dem Ausgangssignal der Recheneinrichtung.

8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwandlungseinrichtung eine Einrichtung zur Multiplikation des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung für die Drehzahl des mitlaufenden Rades mit dem Verhältnis enthält.

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ORIGINAL INSPECTED

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9. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Induktionsmotors eine Einrichtung (100) zur Erfassung einer mittleren Drehzahl mehrerer mit mehreren Antriebsrädern verbundenen Induktionsmotoren enthält.

10. Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, und mit einem von der mehrphasigen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Treibrades, gekennzeichnet durch eine Frequenzbefehlseinrichtung (13), deren Ausgangssignal in schneller Änderung infolge Gleitens des Antriebsrad s unterdrückt wird,

eine Einrichtung (14) zur Steuerung dei Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Frequenzbefehl von der Frequenzbefehlseinrichtung,

einen zweiten Induktionsmotor (70), der mit der mehrphasigen Spannung gespeist wird, mit einem anderen als dem Antriebsrad gekuppelt ist und eine wesentlich kleinere Leistung hat als der Haupt-Induktionsmotor, eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den zweiten Induktionsmotor,

eine Einrichtung (19) zur Erfassung des Iststromes des zweiten Induktionsmotors und

eine Einrichtung (22, 17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen"dem Strombefehl (Sollstrom) und dem Iststrom.

11. Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, und mit einem von der mehrphasigen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Treib-

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rades, gek.ennzeichnet durch eine Frequenzbefehlseinrichtung (13), deren Ausgangssignal in schneller Änderung infolge Gleitens des Antriebsrades unterdrückt wird,

eine Einrichtung (14) zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Prequenzbefehl von der Frequenzbefehlseinrichtung,

eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor,

eine Einrichtung (400), der der Strombefehl, ein Ist-Geschwindigkeitssignal und der Frequenzbefehl zur Vorausbestimmung einer dem Induktionsmotor bei Haftung zugeführten Spannung zugeführt werden, und

eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der vorausbestimmten Spannung.

12. Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, und mit einem von der mehrphasisgen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Treibrades, gekennzeichnet durch eine Frequenzbefehlseinrichtung (13), deren Ausgangssignal in schneller Änderung infolge Gleitens des Antriebsrades unterdrückt wird,

eine Einrichtung (14) zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Frequenzbefehl von der Frequenzbefehlseinrichtung,

eine Einrichtung (16) zur Erfassung der Ausgangsspannung des Umrichters,

eine Einrichtung (101, 200), der das Ausgangs-Spannungssignal, der Frequenzbefehl und ein Istgeschwindigkeitssignal zur Vorausbestimmung eines bei Haftung in den Induktionsmotor fließenden Stroms zugeführt werden,

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eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor, und

eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der Differenz zwischen dem Strombefehl (Sollstrom) und dem vorausbestimmten Strom.

U. Eegelanordnung nach Anspruch 5, 6, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Vorausbestimmungseinrichtung eine Einrichtung (200) zur Vorausspeicherung einer Beziehung zwischen einer Frequenz, einer Spannung und einem Strom, die dem Induktionsmotor zugeführt werden, und der Drehzahl des Induktionsmotors sowie eine Eingabe/Ausgabe-Einrichtung (101) zum Empfang jedes der Eingangssignale und zur Ausgabe eines vorausbestimmten, in den Induktionsmotor fließenden Stromes enthält.

14. Regelanordnung für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem Umrichter zur Umwandlung der von einem Fahrdraht erhaltenen elektrischen Energie in mehrphasige Wechselspannungsenergie variabler Frequenz, und mit einem von der mehrphasisgen Spannung gespeisten Induktionsmotor zum Antrieb eines Treibrades, gekennzeichnet durch eine Frequenzbefehlseinrichtung (13), deren Ausgangssignal in schneller Änderung infolge Gleitens des Antriebsrades unterdrückt wird,

eine Einrichtung'(14) zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Umrichters entsprechend einem Frequenzbefehl von der Frequenzbefehlseinrichtung,.

Einrichtungen (101, 200) zur Vorausbestimmung eines Stromes des Induktionsmotors in einem Zustand, in dem das Treibrad Haftung bewirkt, zumindest wenn es nicht haftet,

eine Einrichtung zur Bildung eines Strombefehls für den Induktionsmotor und -

eine Einrichtung (17) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Umrichters entsprechend der-'Differenz zwischen de-? Strombefehl (Sollstrom) und dem vorausbestimmten Strom.

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