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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems
für ein
Fahrzeug, insbesondere für
ein Nutzfahrzeug und für
einen Stadtbus, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
dem Sonderdruck G 1407 der J. M. Voith GmbH ist ein dieselelektrisches
Antriebssystem für Nutzfahrzeuge,
insbesondere für
Stadtbusse, bekannt. Dieses umfaßt mindestens einen, mit einem Antriebsrad
wenigstens mittelbar gekoppelten und als sogenannter Radmotor fungierender
Elektromotor, welcher vorzugsweise als Transversalflußmaschine
ausgeführt
ist, der jeweils von einer Wechselrichtereinheit mit elektrischer
Leistung versorgt wird. Des weiteren ist eine als Generator betreibbare
elektrische Maschine vorgesehen, welche ebenfalls vorzugsweise als
Transversalflußmaschine
ausgeführt sein
kann, die mechanisch mit einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere
einem Dieselmotor, koppelbar ist. Zur Erzeugung der elektrischen
Leistung wird die als Generator betreibbare elektrische Maschine
durch einen 4-Quadranten-Wechselrichter angesteuert. Für die Vorgabe
der Sollwerte der Radmotoren (Drehmoment, Strom) sowie die Drehzahlsteuerung
des Dieselmotors ist eine übergeordnete Fahrsteuerung
vorgesehen, welche u.a. in der Lage ist, den Fahrerwunsch auszuwerten.
Die als Generator betreibbare elektrische Maschine wird wenigstens im
Fahrbetrieb als Generator betrieben. Daher wird diese nachfolgend
auch nur als Generator bezeichnet.
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Die
Wechselrichter für
die den Antriebsrädern
zugeordneten Elektromotoren und den Generator sind Ober einen Spannungszwischenkreis
in Form eines Gleichspannungszwischenkreises miteinander gekoppelt.
Hierbei besteht auch die Möglichkeit,
diese Wechselrichter zu einer einzigen Baugruppe zusammenzufassen.
Die Regelung des Spannungssollwertes des Gleichspannungszwischenkreises
während
des Fahrbetriebes erfolgt beispielsweise über das Generatormoment bei Überschreiten
einer Grenzspannung durch einen Lastwiderstand. Dazu ist in dem
Gleichspannungszwischenkreis eine Stelleinheit in Form eines Bremsstellers
zur Ansteuerung eines Bremswiderstandes vorgesehen, wobei der Bremswiderstand
als flüssigkeitsgekühlter Widerstand
ausgeführt
ist und seine Verlustwärme
direkt oder indirekt in den Kühlmittelkreislauf
des Verbrennungsmotors einspeist.
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Bei
Antriebssystemen, wie im VOITH-Druck G 1407 offenbart, sind insbesondere
während
der Inbetriebnahme des Fahrzeuges die Rotoren der als Radmotoren
fungierenden Elektromotoren einer sehr hohen mechanischen Beanspruchung
durch Temperaturspannungen und des weiteren Beanspruchungen, die
aus dem Fahrbetrieb resultieren, ausgesetzt. Diese hohe mechanische
Beanspruchung der Radmotoren schlägt sich in einer geringeren
Lebensdauer nieder. Auch arbeitet dieses Antriebssystem in bestimmten
Betriebsbereichen hinsichtlich Schadstoffemission und Verschleiß nicht
optimal, insbesondere im Anfahrbereich, wenn ein Losfahren des Fahrzeuges
beispielsweise nicht vor Füllung
des Luftpressers des als Druckluftbremsanlage ausgeführten Bremssystems
möglich
ist.
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US 5 629 596 A beschreibt
ein dieselelektrisches Antriebssystem, bei welchem die als Generator
im Traktionsbetrieb betreibbare elektrische Maschine über einen
Gleichspannungs-Zwischenkreis mit zwei Radantriebsmotoren gekoppelt
ist. Dabei gibt es keine Möglichkeit,
einen definierbaren Strom an die Wicklungen der Radantriebsmotoren
abzugeben und zur Erwärmung
eines Kühlmittels
zu nutzen.
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US 4 808 896 A beschreibt
einen elektrischen Motor, dessen Gehäuse mit Öl gefüllt und isoliert ist; das Öl übernimmt
die Funktionen der elektrischen Isolation und der Schmierung. An
manchen Stellen herrschen jedoch sehr niedrige Temperaturen, die
eine hohe Viskosität
nach sich ziehen. Deshalb ist es schwierig, den Elektromotor zu
starten.
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DE 1 721 276 U offenbart
eine kombinierte Kühleinrichtung
für Antriebsanlagen
mit flüssigkeitsgekühlter Brennkraftmaschine
und elektrischen Bremswiderständen.
Die Bremswiderstände
können zur
willkürlichen
Aufheizung der Motorkühlflüssigkeit und
zur Vorwärmung
der Brennkraftmaschine ausgenutzt werden. Die Erwärmung des
Kühlmittels
ist dabei nicht vorgesehen.
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DE 40 11 291 A1 beschreibt
eine Antriebseinheit, mit dem ein Verfahren gemäß des Oberbegriffes von Anspruch
1 durchführbar
ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Betreiben einer Antriebseinheit derart weiterzuentwickeln, daß schädigende Einflüsse weitestgehend
ausgeschaltet werden. Des weiteren soll dies mit geringem konstruktiven
Aufwand und geringen Kosten erzielt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert.
Die Antriebseinheit ist durch die Merkmale des Anspruches 16 charakterisiert.
Vorteilhafte Ausführungen
sind in den Unteransprüchen
wiedergegeben.
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Erfindungsgemäß wird dabei
folgende Betriebsweise ausgenutzt:
Bei Antriebssystemen, wie
im VOITH-Druck G 1407 offenbart, sind insbesondere während der
Inbetriebnahme des Fahrzeuges die Rotoren der als Radmotoren fungierenden
Elektromotoren einer sehr hohen mechanischen Beanspruchung durch
Temperaturspannungen und des weiteren Beanspruchungen, die aus dem
Fahrbetrieb resultieren, ausgesetzt. Diese hohe mechanische Beanspruchung
der Radmotoren schlägt
sich in einer geringeren Lebensdauer nieder. Auch arbeitet dieses
Antriebssystem in bestimmten Betriebsbereichen hinsichtlich Schadstoffemission
und Verschleiß nicht
optimal, insbesondere im Anfahrbereich, wenn ein Losfahren des Fahrzeuges beispielsweise
nicht vor Füllung
des Luftpressers des als Druckluftbremsanlage ausgeführten Bremssystems
möglich
ist.
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Da
bei Fahrzeugen, welche mit einer Druckluftbremsanlage ausgeführt sind,
nach einer längeren
Standzeit üblicherweise
der Druck in den Luftvorratsbehältern
für die
druckluftbetätigte
Bremsanlage so weit abgesunken ist, muß zunächst die Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere der Dieselmotor, für
eine Zeitspanne von einigen Minuten über den mit der Kurbelwelle über einen
Riementrieb gekoppelten Luftpresser den Vorrat an Druckluft auffüllen, um
erst dann ein Losfahren des Fahrzeuges zu ermöglichen. Während dieser Zeit wird auch
der Rotor der mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten und
als Generator betreibbaren elektrischen Maschine angetrieben. Erfindungsgemäß wird die
im Fahrbetrieb als Generator betreibbare elektrische Maschine bzw.
der Generator derart angesteuert, daß dieser die Verbrennungskraftmaschine
mit einem von einer Fahrsteuerung zu definierenden Drehmoment belastet,
so daß bereits
während
dieser Betriebsphase, d. h. im Stillstand des Fahrzeuges bei laufender
Verbrennungskraftmaschine eine bestimmte elektrische Leistung erzeugt
wird.
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Die
durch den Generator erzeugte Gesamtleistung wird dann in zwei Leistungsanteile
aufgeteilt – einen
ersten Leistungsanteil und einen zweiten Leistungsanteil. Der erste
Leistungsanteil wird dabei zur wenigstens mittelbaren Erwärmung der
Radmotoren und der zweite Leistungsanteil zur wenigstens mittelbaren
Erwärmung
des sich im Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine befindlichen Kühlmittels genutzt. Dabei besteht
die Möglichkeit, daß der erste
Leistungsanteil oder der zweite Leistungsanteil der durch den Generator
erzeugten Gesamtleistung entsprechen. In diesem Fall wird die Gesamtleistung,
welche durch den Generator erzeugt wird, entweder vollständig zur
wenigstens mittelbaren Erwärmung
der Radmotoren, insbesondere der Wicklungen der Radmotoren, oder
des im Kühlmittelkreislauf
befindlichen Kühlmittels
genutzt. Eine Aufteilung der Gesamtleistung in beide Leistungsanteile
ist ebenfalls möglich.
In diesem Fall kann vorgesehen werden, daß entweder die Erwärmung der Radmotoren
oder aber die Erwärmung
des im Kühlmittelkreislauf
befindlichen Kühlmittels
den Vorrang besitzt. Die zur Realisierung der beiden Funktionen erforderliche
zu erzeugende elektrische Leistung wird durch Ansteuerung des Generators,
insbesondere der dem Generator im normalen Fahrbetrieb nachgeordneten
Stromrichtereinheiten, vorgebbar.
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Zur
Realisierung der wenigstens mittelbaren Erwärmung der Radmotoren wird erfindungsgemäß der erste
Leistungsanteil der in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeisten
Gesamtleistung genutzt, um die Wicklungen der als Radmotoren fungierenden
Elektromotoren bereits mit einem bestimmten definierbaren Strom
zu beschicken und somit ein Aufheizen der als Radmotoren fungierenden Elektromotoren
durchzuführen.
Dies ist insbesondere an Tagen mit sehr tiefen Temperaturen von
großem
Vorteil, da hohe mechanische Beanspruchungen der Radmotoren aufgrund
der durch die hohen Temperaturunterschiede hervorgerufenen Temperaturspannungen
reduziert werden. Dies schlägt
sich in einer höheren
Lebensdauer bzw. Laufzeit der Radmotoren nieder.
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Der
Aufheizvorgang der Wicklungen der als Radmotoren fungierenden Elektromotoren
selbst kann wiederum gesteuert oder geregelt werden. Dazu sind beispielsweise
Temperatursensoren in den Radmotoren vorgesehen, welche den aktuellen Temperaturwert
des Radmotors zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Dieselmotors
ermittelt. Bei einer Abweichung von einem bevorzugten Betriebswert wird
die Wicklung des Radmotors mit einem entsprechend definierten Strom
beschickt, welcher zu einer Aufheizung dahingehend führt, daß die Temperaturdifferenz
beglichen wird.
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Zur
Realisierung der wenigstens mittelbaren Erwärmung des im Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine befindlichen Kühlmittels wird ein weiterer
zweiter Leistungsanteil der in den elektrischen Zwischenkreis der
Wechselrichter, d.h. den Gleichspannungszwischenkreis, eingespeisten
Leistung beispielsweise über
einen Bremswiderstand, welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis
wenigstens mittelbar gekoppelt ist, in Wärmeenergie umgewandelt, und
diese Wärmeenergie
wird in den Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine eingespeist, so daß die Aufheizzeit der Verbrennungskraftmaschine
verkürzt
werden kann. Die Einspeisung der über den Bremswiderstand erzeugten Verlustwärme in den
Kühlmittelkreislauf
kann dabei direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Einspeisung
wird als Kühlmittelkreislauf
für den
Bremswiderstand der Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine genutzt, d.h. der Bremswiderstand
gibt direkt die Wärme
an die Kühlmittelflüssigkeit
im Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine ab. Bei der indirekten Erwärmung ist
dem Bremswiderstand ein separater Kühlmittelkreislauf zugeordnet, dieser
Kühlmittelkreislauf
ist jedoch mit dem Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über einen Wärmetauscher gekoppelt.
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Die
Verkürzung
der Aufheizzeit des Dieselmotors schlägt sich in einer günstigen
Beeinflussung, d.h. Verringerung der Schadstoffemissionen und des Dieselmotorverschleißes nieder.
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Die
Vorgabe des der Verbrennungskraftmaschine durch den Generator belastenden
Drehmomentes bzw. einer, diese wenigstens mittelbar charakterisierenden
Größe kann
entweder
- 1) als fester Wert erfolgen, welcher
einer bestimmten zu erzeugenden elektrischen Leistung entspricht
oder
- 2) als ein auf der Grundlage der zur Realisierung der Funktionen
Aufheizung Elektromotor und/oder Aufheizung Verbrennungskraftmaschine theoretisch
benötigten
elektrischen Leistung wenigstens annähernd bestimmt oder errechnet
werden.
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Dementsprechend
bestimmen sich auch die Stellgrößen zur
Ansteuerung der Stelleinrichtung bzw. des Stellgliedes des Generators.
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Im
ersten Fall kann der Wert in einer Speichereinheit fest abgelegt
sein, die Stellgröße zur Ansteuerung
der Stelleinrichtung des Generators bleibt dabei unverändert oder
aber frei wählbar
sein.
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Im
zweiten Fall werden bei der Ermittlung der Sollwertvorgabe für den Generator,
insbesondere der Stellgröße zur Ansteuerung
der entsprechenden Stelleinrichtung, jeweils die aktuell vorliegenden Randbedingungen,
beispielsweise die Umgebungstemperatur der Elektromotoren und die
Kühlmitteltemperatur
des Kühlmittelkreislaufes
berücksichtigt.
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Vorrichtungsmäßig ist
dazu eine zentrale Fahrsteuerung vorgesehen, welcher eine erste
Steuerung bzw. Regelung und eine zweite Steuerung bzw. Regelung
unterlagert sind, vorgesehen. Die zentrale Fahrsteuerung dient der
Sollwertvorgabe für das
Generatormoment.
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Beide
Steuerungen bzw. Regelungen sind gemeinsam oder aber separat über die
zentrale Fahrsteuerung ansteuerbar. Die Ansteuerung kann nach vordefinierbaren
Kriterien erfolgen. Beispielsweise ist eine Abhängigkeit von den Randbedingungen,
insbesondere der Umgebungstemperatur des Fahrzeuges denkbar. Dies
kann dazu führen,
daß die
im Spannungszwischenkreis eingespeiste Gesamtleistung nicht zu gleichen
Leistungsanteilen zur Erwärmung der
Wicklungen der als Radmotor fungierenden Elektromotoren und zur
Erwärmung
des Kühlmittelkreislaufes
der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden, sondern eine Aufteilung
dahingehend erfolgt, daß entsprechend
den Erfordernissen entweder ein größerer Leistungsanteil zur Erwärmung der Wicklungen
der Elektromotoren oder aber ein größerer Anteil zur Erwärmung der
Kühlmittelflüssigkeit
genutzt werden. Diese Zuordnungen können in der Steuerung über elektrische
Schaltungen oder aber programmierbare Algorithmen realisiert werden.
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Vorrichtungsmäßig ist
eine zentrale Steuereinrichtung beispielsweise in Form eines Steuergerätes vorgesehen,
welche mit einer ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung und einer
zweiten Steuer- bzw. Regeleinrichtung koppelbar ist. Die beiden
Steuer- bzw. Regeleinrichtungen können auch Bestandteil der zentralen
Steuereinrichtung, d.h. in dieser integriert sein.
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Die
erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfaßt dabei wenigstens einen ersten
Eingang, der mit einer Meßeinrichtung
zur wenigstens mittelbaren Erfassung einer die aktuelle Temperatur
am Elektromotor wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe koppelbar
ist. Die erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfaßt des weiteren
eine Vergleichseinrichtung, welche den aktuell ermittelten Istwert
mit einem vorgebbaren Sollwert vergleicht und bei Abweichung ein Stellsignal
Y an einem ersten Ausgang zur Ansteuerung des Stellgliedes, welches
in der Regel vom, dem Rad zugeordneten, Wechselrichter gebildet
wird. Dieser Wechselrichter, welcher mit dem Elektromotor elektrisch
gekoppelt ist, ermöglicht
die Beschickung mit einem konkreten definierbaren Strom. Dieser konkrete
definierbare Strom ist abhängig
von der Stellgröße Y.
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Zur
Erwärmung
des Kühlmittels
im Kühlmittelkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine ist eine zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung
vorgesehen. Diese zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfaßt wenigstens
einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang ist dabei mit der zentralen
Fahrsteuerung verbunden und der Ausgang mit einem Stellglied zur Beeinflussung
eines Bremswiderstandes. Zu diesem Zweck wird eine Stellgröße Y2 an
einem ersten Ausgang der ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung ausgegeben.
Als erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung wird vorzugsweise die Steuer-
bzw. Regeleinrichtung Verwendung finden, welche im normalen Fahrbetrieb ein Überschreiten
eines bestimmten vorgebbaren Spannungssollwertes im Gleichspannungszwischenkreis
durch Ansteuerung eines Bremswiderstandes dient. In diesem Fall,
d.h. im Fahrbetrieb, wird an der ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung
ein vorgebbarer einzuhaltender Sollwert für eine bestimmte Spannung mit
dem aktuell vorliegenden Spannungs-Istwert im Gleichspannungszwischenkreis
verglichen und bei Abweichung der Bremswiderstand angesteuert. Während der
Stillstandsphase des Fahrzeuges, jedoch des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine,
erfolgt die Ansteuerung des Bremswiderstandes allein aufgrund eines
Signales von der zentralen Fahrsteuerung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann bei jeglicher Ausführung
von dieselelektrischen Antriebssystemen eingesetzt werden. Es spielt
dabei keine Rolle, ob es sich um einen Einzelradantrieb, einen Einzelraddirektantrieb
oder einen Radantrieb mit Leistungsverzweigung handelt.
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Des
weiteren ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur beim
erzwungenen Stillstand des Fahrzeuges und dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
bei Auffüllung
der Druckluft im Druckluftbehälter
bei druckluftbetätigten
Bremseinrichtungen gebunden. Unter gewissen Voraussetzungen ist
durchaus eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über eine
gewisse Zeitdauer auch bei Fahrzeugen ohne druckluftbetätigte Bremseinrichtung
gerechtfertigt, insbesondere bei einem start des Fahrzeuges nach
längerem
Stillstand bei sehr tiefen Temperaturen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert. Diese verdeutlicht anhand
einer vereinfachten Darstellung ein Antriebssystem 1 zur
Realisierung der erfindungsgemäßen Funktionen,
umfassend mindestens einen mit einem Antriebsrad 2 gekoppelten,
als Radmotor fungierender Elektromotor 3, welcher vorzugsweise
als Transversalflußmaschine
ausgeführt
ist, und welcher jeweils von einer Wechselrichtereinheit 4 mit
elektrischer Leistung versorgt wird. Des weiteren umfaßt das Antriebssystem 1 einen
im Normalbetrieb, d.h. Antrieb der Räder 2 über eine
Verbrennungskraftmaschine 6, als Generator betreibbare
elektrische Maschine, die nachfolgend als Generator 5 bezeichnet wird
und ebenfalls vorzugsweise als Transversalflußmaschine ausgeführt ist.
Der Generator 5 ist mechanisch mit einer Verbrennungskraftmaschine 6 koppelbar,
vorzugsweise ist diese Kopplung starr ausgeführt. Es besteht jedoch auch
die Möglichkeit
zusätzliche
Dämpfungseinrichtungen
vorzusehen. Weiterhin denkbar ist das Vorsehen einer Kupplung. Zur Steuerung
der erzeugbaren elektrischen Leistung wird der Generator 5 durch
einen Wechselrichter, vorzugsweise 4-Quadranten-Wechselrichter 7 angesteuert.
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Die
Wechselrichter für
den oder die Radmotoren 3 und den Generator 5 sind über einen
Spannungszwischenkreis, insbesondere einen Gleichspannungszwischenkreis 8 miteinander
gekoppelt. Dem Gleichspannungszwischenkreis ist im dargestellten
Fall eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 zugeordnet, welche
nachfolgend als zweite Steuer- und Regeleinrichtung bezeichnet wird,
mittels der der Spannungssollwert USoll des
Gleichspannungszwischenkreises 8 bei Überschreiten einer Grenzspannung
durch einen Lastwiderstand 10 geregelt wird. Die Regeleinrichtung 9 weist
dazu wenigstens einen Eingang 11 auf, welcher mit einer
Meßeinrichtung 12 zur
Ermittlung des Spannungsistwertes des Gleichspannungszwischenkreises 8 gekoppelt
ist. Des weiteren weist die Regeleinrichtung 9 wenigstens
einen Ausgang 14 auf, welcher mit einem Stellglied in Form eines
Bremsstellers 13 gekoppelt ist, um den Lastwiderstand 10,
der in Form eines Bremswiderstandes ausgeführt ist, anzusteuern. Der Bremswiderstand
ist als flüssigkeitsgekühlter Widerstand
ausgeführt,
welcher seine Verlustwärme
in einen, der Verbrennungskraftmaschine 6 zugeordneten
Kühlmittelkreislauf 17 einspeisen
kann. Im Kühlmittelkreislauf
ist wenigstens eine Kühleinrichtung 18 angeordnet.
Diese Kühleinrichtung 18 kann
beispielsweise als Kühler
oder aber als Wärmetauscher
ausgeführt
sein.
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Da üblicherweise
nach einer längeren
Standzeit des Fahrzeuges mit Druckluftbremsanlage der Druck in den
Luftvorratsbehältern
für die druckluftbetätigte Bremsanlage
so weit abgesunken ist, daß zunächst die
Verbrennungskraftmaschine 6, hier in Form eines Dieselmotors,
für eine
Zeitspanne von einigen Minuten über
einen, hier im einzelnen nicht dargestellten, mittels eines Keilriemens über die
Kurbelwelle angetriebenen Luftpresser den Vorrat an Druckluft auffüllt, um
erst dann ein Losfahren des Fahrzeuges zu ermöglichen, belastet der Generator 5 während dieser
Zeit die Verbrennungskraftmaschine 6 mit einem, von einer
Fahrsteuerung 25 vordefinierbaren Drehmoment. Somit wird
bereits eine bestimmte elektrische Leistung Pelektr. zu
diesem Zeitpunkt erzeugt. Diese elektrische Leistung Pelektr. wird in
den Zwischenkreis der Wechselrichter, d.h. den Gleichspannungszwischenkreis 8,
eingespeist.
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Die
zentrale Fahrsteuerung 25, welche die Sollwertvorgabe für den Generator 5 ermöglicht, weist
einen ersten Ausgang 22 auf, welcher mit einem Stellglied
zur Beeinflussung der vom Generator 5 erzeugten Leistung
koppelbar ist. Dieses Stellglied wird hier vom 4-Quadranten-Wechselrichter 7 gebildet.
Die Fahrsteuerung 25 ist somit über den Ausgang 22 mit
einem Eingang 21 an der 4-Quadranten-Wechselrichtereinheit 7 koppelbar.
Bei der Sollwertvorgabe für
den Generator 5 kann es sich dabei entweder um einen bestimmten
vordefinierbaren festen Wert oder einen Wert, welcher die entsprechend der
zu realisierenden Funktionen benötigte
tatsächliche
elektrischen Leistung charakterisiert, handeln.
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Die
in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingespeiste Gesamtleistung
kann in zwei Leistungsanteile unterteilt werden – einen ersten Leistungsanteil
und einen zweiten Leistungsanteil. Der erste Leistungsanteil der
eingespeisten Gesamtleistung wird genutzt, um die als Radmotoren
fungierenden Elektromotoren, insbesondere die Wicklungen der mit den
Antriebsrädern 2 verbundenen
Elektromotoren 3, mit einem bestimmten definierbaren Strom
zu beschicken und somit ein Aufheizen dieser durchzuführen. Zu
diesem Zweck ist eine erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 vorgesehen,
welche in der Fahrsteuerung 25 integriert sein kann oder
mit dieser entsprechend eines Über- bzw. Unterordnungsverhältnisses
verknüpft
ist, und wenigstens einen Eingang 15 aufweist, welcher
mit einem Temperatursensor 16 an den Radmotoren bzw. Elektromotoren 3 gekoppelt ist.
Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung umfaßt eine Vergleichseinrichtung 26,
welche einen vordefinierbaren Sollwert TSoll mit
dem aktuell ermittelten Istwert TIst vergleicht
und welche bei Auftreten einer Abweichung zwischen Sollwert und
Istwert die Wicklung mit einem bestimmten definierten Strom beschickt,
welcher von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 entsprechend
der Abweichung ermittelt wird. Zu diesem Zweck ist der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 wenigstens
ein Ausgang zugeordnet, dieser ist hier mit 20 bezeichnet,
welcher mit dem, dem Radmotor zugeordneten, Wechselrichter 4 gekoppelt
ist. Der, dem entsprechenden als Radmotor fungierenden Elektromotor 3 zugeordnete,
Wechselrichter 4 übernimmt hier
die Funktion eines Stellgliedes im Regelkreis. Als Stellgröße fungiert
dabei die von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 am Ausgang 20 abgegebene Stellgröße Y, um
dem Wechselrichter die entsprechende Vorgabe, d.h. ein Signal über die
Größe des aus
dem Gleichspannungszwischenkreis 8 zu entziehenden Leistungsanteils,
zu geben.
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Die
erste Steuer- und Regeleinrichtung 30 kann als separate
Steuer- und Regeleinrichtung ausgeführt sein oder aber, wie hier
dargestellt, Bestandteil der zentralen Fahrsteuerung 25.
In diesem Fall ist die Steuerung bzw. Regelung der Temperatur an
den als Radmotoren fungierenden Elektromotoren 3 der zentralen
Fahrsteuerung 25 untergeordnet. Die Eingangs- und Ausgangsgrößen der
ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 sind dann auch
die Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen der
Fahrsteuerung 25
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Die
Erwärmung
des Kühlmittelkreislaufes 17 der
Verbrennungskraftmaschine 6 erfolgt mittels dem, den Spannungssollwert
des Gleichspannungszwischenkreises 8 bei Überschreiten
einer Grenzspannung regelnden Lastwiderstandes 10. Die
zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 und der Bremssteller 13 werden
vorzugsweise ebenfalls zur Realisierung der Erwärmung des im Kühlmittelkreislauf 17 befindlichen
Kühlmittels
genutzt.
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Dazu
muß die
zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 von der Fahrsteuerung 25 ein
Signal erhalten. Die zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 weist dazu
einen weiteren Eingang 24 auf, welcher mit einem Ausgang 23 der
Fahrsteuerung 25 gekoppelt ist.
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Die
zweite Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 dient im normalen
Fahrbetrieb der Regelung des Spannungssollwertes des Gleichspannungszwischenkreises 8 und
vorzugsweise zur Realisierung der Funktion der Erwärmung des
Kühlmittels
im Kühlmittelkreislauf 17 während des
Fahrzeugstillstandes bei laufender Verbrennungskraftmaschine 6.
Beide – erste
Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 und zweite Steuer- bzw.
Regeleinrichtung 30 – sind
entweder Bestandteil der zentralen Fahrsteuerung 25 oder
mit dieser gekoppelt. Die mit der ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung
und der zweiten Steuer- bzw. Regeleinrichtung realisierten Steuerungen
und Regelungen zur Verwirklichung der oben genannten Funktionen
sind jeweils der zentralen Fahrsteuerung untergeordnet. In der zentralen
Fahrsteuerung können des
weiteren Mittel vorgesehen sein, welche die Bevorrechtigung zwischen
den beiden Steuerungen bzw. Regelungen regeln.
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Vorrichtungsmäßig ist
die zentrale Fahrsteuerung 25 beispielsweise in Form eines
zentralen Steuergerätes
ausgeführt.
In dieses zentrale Steuergerät
können
die erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 und die zweite
Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 bauteilmäßig integriert
sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das zentrale Steuergerät als separates
Bauteil außerhalb
dieser beiden Steuer- bzw. Regeleinrichtungen anzuordnen, wobei
jedoch immer eine elektrische Kopplung zur übergeordneten zentralen Fahrsteuerung,
d.h. zum Steuergerät
besteht. Bei ausschließlicher
Verwendung der in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingespeisten
Gesamtleistung zur Erwärmung
der Radmotoren 3 erfolgt lediglich über die Fahrsteuerung 25 eine
Ansteuerung der ersten Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30.
In dieser werden der Sollwert TSoll der
an den Wicklungen bzw. dem Elektromotor 3 anliegenden Temperatur mit
dem Istwert TIst ermittelt. Bei Abweichung
wird über
den ersten Ausgang 20 ein Stellsignal Y zum Stellglied,
der Wechselrichtereinheit 4, ausgegeben.
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Soll
die gesamte in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingespeiste
Leistung zur Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine 6 genutzt
werden, erfolgt über
die Fahrsteuerung 25 lediglich eine Ansteuerung der zweiten
Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9, über welche das Stellglied in
Form eines Bremsstellers 13 zur Ansteuerung eines Lastwiderstandes 10 angesteuert
wird.
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Für den Fall,
daß eine
Aufteilung der in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingespeisten
Gesamtleistung erfolgen soll, werden beide Steuer- bzw. Regeleinrichtungen,
die erste Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 und die zweite
Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9, von der übergeordneten
Fahrsteuerung 25 angesteuert. Da über die Fahrsteuerung 25 eine
Sollwertvorgabe für
die am Generator 5 zu erzeugende Leistung erfolgt, kann
innerhalb der zentralen Fahrsteuerung 25 eine Aufteilung
in die zwei Leistungsanteile entsprechend den Erfordernissen des
Einzelfalles herbeigeführt
werden. Im einzelnen ist dabei zu unterscheiden, ob der Aufheizung
der Wicklungen der Elektromotoren 3 oder aber der Verbrennungskraftmaschine 6 der
Vorrang gegeben wird. Eine Aufteilung der Gesamtleistung in gleiche Leistungsanteile
ist ebenfalls möglich.
In Abhängigkeit
von der zur Verfügung
stehenden Gesamtleistung im Gleichspannungszwischenkreis 8 werden dann,
je nach gewünschtem
Effekt, die Ausgangssignale zur Ansteuerung des Stellgliedes in
Form des Wechselrichters 4 zur Beeinflussung der Aufheizung der
Wicklungen der Elektromotoren 3 und der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 zur
Beeinflussung des Bremswiderstandes 10 gebildet. Diese
Ausgangssignale werden an den Ausgängen 20 und 23 abgegeben.
Wesentlich ist, daß während des
Stillstandes des Fahrzeuges die gesamte in den Gleichspannungszwischenkreis 8 eingespeiste
Leistung für
diese Aufgaben verwendet werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
daß die,
am mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine 6 gekoppelten
Generator 5, erzeugbare Leistung während des Stillstandes bei
Befüllung des
Druckluftbehälters
nicht als Verlustleistung dem Fahrzeug verlorengeht, sondern durch
entsprechende Einstellung der erzeugbaren elektrischen Leistung,
diese für
Funktionen genutzt wird, die eine geringe Belastung der einzelnen
Bauelemente sowie eine rasche Einstellung einer optimalen Betriebsweise
der Verbrennungskraftmaschine 6 ermöglichen.