Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Fahrzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steue rung eines elektrischen Fahrzeuges, bei welchem ein Steuerstrom eingestellt wird, dessen Grösse ein Mass für die Beschleunigung des Fahrzeuges ist, wobei der Steuerstrom mit dem Strom eines Antriebsmotors verglichen und der Motorstrom geregelt wird, bis zwischen den beiden Strömen Gleichgewicht herrscht.
Bei einem bekannten Steuerverfahren dieser Art kann mit Hilfe eines vom Lokomotivführer betätigbaren Stufenschaltwerkes eine bestimmte Fahrstufe einge stellt werden, wobei über eine Steuereinrichtung prak tisch stufenlos von einer zur nächsten Fahrstufe über gehend bis zu der gewählten Fahrstufe durchgeschal tet wird. In der Steuereinrichtung werden der Mo torstrom und der Steuerstrom miteinander vergli chen. Der beschriebene Schaltvorgang erfolgt bei die ser Ausführung verhältnismässig langsam, d. h. wäh rend einer Zeit von mehreren Sekunden, und es hängt von der Geschicklichkeit des Fahrers ab, ob er je weils jene Fahrstufe wählt, die auf Grund der gesam ten Gegebenheiten am günstigsten erscheint.
Wegen der Langsamkeit des beschriebenen Verfahrens ist es an und für sich nur für reine Eisenbahnfahrzeuge die einen eigenen unabhängigen Bahnkörper besit zen - anwendbar, während das Steuerverfahren für Schienenfahrzeuge im Strassenverkehr viel zu lang sam arbeitet und keinen Angleich an die Fortbewe gungsart der übrigen Strassenverkehrsfahrzeuge ge statten würde.
Zweck der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung eines elektrischen Fahr zeuges der eingangs genannten Art, mit dem die auf gezeigten Nachteile beseitigt werden und das die bestmögliche und gleichmässige Beschleunigung des Fahrzeuges unabhängig von der Beurteilung des Fah rers gewährleistet sowie eine hohe Marschgeschwin digkeit des Fahrzeuges ermöglicht. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Vergleich des Steurstromes mit dem Motorstrom mit Hilfe eines Rechengerätes vorgenommen wird, in welchem eine strompropor tionale Nachbildung des Motorstromkreises mittels Schaltmittel vorgenommen wird, um die erforder liche Einstellung des Motorstromkreises zu ermitteln.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung er läutert, die beispielsweise und schematisch eine elek trische Anlage eines Schienenfahrzeuges zur Durch führung des Verfahrens zeigt.
Bei der auf der Zeichnung dargestellten Einrich tung zur Regelung eines elektrischen Schienenfahr zeuges erfolgt der Antrieb durch vier Motoren 1, 2, 3 und 4, die mit ihren zugehörigen Radachsen gekuppelt sind. Die Motoren werden von einem Fahrdraht L ge speist. Im Fahrstromkreis liegen ausser einer Umschal ter U für Umschalten der Motoren auf Fahren und Bremsen sowie üblichem überstromschalter M und einem Differentialrelais D ein in Teilwiderstände auf geteilter Regelwiderstand W und eine Wicklung 10 einer elektromechanischen Bremse P, wobei durch die Wicklung 10 die Bremse gelüftet wird, so dass diese Wicklung auf Grund der gelüfteten und un wirksamen Bremse ohne Einfluss auf das Fahren ist.
Der Regelwiderstand W mit seinen Teilwiderständen wird durch Schaltschütze K in bezug auf seinen Ge samtwiderstand umgeschaltet. Die Schaltschütze K werden ihrerseits von einem Regelgerät R betätigt, das als Gehirn der elektrischen Gesamtanlage be zeichnet werden kann. Dieses Gehirn erhält beim Fahren seine Informationen teils als Steuerstrom über die Steuerleitung C von einem Fahrsteuerorgan F oder einem Bremssteuerorgan B, die beide am Fahrerstand angeordnet sind und vom Fahrer bedient werden, teils beim Fahren als Spannung m von dem am Regelwiderstand W herrschenden Spannungsfall.
Die Steuerorgane F und B sind als Pedale ausgeführt, die mit einem Fahrtregelwiderstand 12 bzw. einem Bremsregelwiderstand 14 gekuppelt sind und einen Steuerstrom in einer Steuerleitung C bestimmen. Der Steuerstrom wird ausserdem von einem Gerät S be einflusst, das zur Feststellung von etwaigem Schlupf der Räder bestimmt ist. Dieses Schlupfentdeckungs- gerät <I>S</I> wird von Tachometern<I>T</I> gesteuert, die mit den Radachsen gekuppelt sind, und gibt seine In formationen ausser beim Fahren an die Steuerleitung C auch beim Bremsen als Spannung d an das Regel gerät R ab.
Die Spannung d bewirkt, dass bei Brems schlupf der Bremsgrad verringert wird, um den Schlupf zu beseitigen.
Wenn das auf der Zeichnung dargestellte Fahr zeug mit weiteren Anhängefahrzeugen gekuppelt ist, wird die Steuerleitung C bei A mit den gleichartigen Steuerleitungen C in diesen Fahrzeugen verbunden, die alle mit den übrigen auf der Zeichnung angege benen Geräten ausgerüstet sind. Der gesamte Zug kann dann vom Fahrerstand des Leitfahrzeuges aus gesteuert werden, wobei sämtliche Motoren des Zu ges ihren Antriebsteil selbst leisten und somit nicht geschleppt werden.
Beim Bremsen wird der Umschalter U automa tisch betätigt, so dass der Bremsstromkreis aus den als Generatoren geschalteten Motoren 1-4, dem jetzt als Belastungswiderstand wirkenden Regelwi derstand W und der nunmehr beim Abklingen des Motorbremsstromes wirksam werdenden Wicklung 10 der Bremse P gebildet wird.
Die Steuerung der Ein- und Ausschaltung der Teilwiderstände, die den Regelwiderstand W bilden, wird beim Bremsen ebenso wie beim Fahren durch das Regelgerät R aus geführt, das seinerseits alle hierfür erforderlichen Bremsinformationen von der Steuerleitung C (Steuer strom C) und von den Tachometern T über das Schlupfentdeckungsgerät S als drehzahlabhängige Spannung d bekommt, wobei ausserdem das Schlupf entdeckungsgerät S nach Auswertung der von den Tachometern erhaltenen Informationen die Steuer leitung C und somit den Steuerstrom C beeinflusst.
Das Regelgerät R speist weiterhin auf Grund der ihm zugeführten Informationen eine Wicklung 16 der Bremse P, die nach Abklingen der elektrodyna mischen Bremsung mit den als Generatoren geschal teten Motoren 1-4, d. h. nach Erreichen einer für wirksame Bremsung zu niedrigen Raddrehzahl in Tätigkeit gesetzt wird, wobei die beiden Wicklungen 10 und 16 in Funktion treten. Die Wicklung 16 dient zur Einstellung des auf das jeweilige Rad ausgeübten Bremsdruckwertes.
Die Steuerung der elektrischen Anlage mit dem Pedal F bzw. B geschieht so, dass durch Einstellen des Regelwiderstandes 12 bzw. 14 der Grad der Be schleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges ge wählt wird. Der Strom der Steuerleitung C nimmt in Abhängigkeit von dem Widerstand 12 oder 14 einen bestimmten Wert an, der dem Regelgerät R zugeführt wird, das ohne weitere Beinflussung durch den Fahrer mit Hilfe der ihm zugeführten Informa tionen den Motorstrom automatisch an den gewähl ten Steuerstrom C anpasst, so dass der Fahrtstrom im Rahmen der Abstufung des Gesamtwiderstandes W mit den Teilwiderständen konstant bleibt.
Es sei angenommen, dass vom Fahrer mittels des Pedals ein Fahrtstrom von 15 A für Anfahren gewählt wurde. Das Regelgerät R schaltet dann so viel Teilwiderstände W ein, dass ein dem Steuer strom C entsprechender Motorstrom von 15 A fliesst. Die Motoren setzen sich in Bewegung und nach Erreichen einer bestimmten, in diesem Fall noch sehr niedrigen Drehzahl ist die EMK-Spannung der Motoren soweit angestiegen, dass sich der an fängliche Strom von 15 A auf beispielsweise 14 A verringert hat. Jetzt sucht das Regelgerät R eine neue, veränderte Anzahl von Teilwiderständen W aus, die nach Einschaltung in den Motorstromkreis wieder den gewählten Stromwert von 15 A ergeben.
Die Veränderung des Regelwiderstandes R zur Ein regelung des Stromwertes von 15 A nimmt so lange ihren Fortgang, bis keine weitere Drehzahlerhöhung stattfinden kann und Gleichgewicht eingetreten ist. Erst dann, wenn der Fahrer mit dem Pedal einen veränderten Steuerstrom der Leitung C einstellt, wird der Regelwiderstand W vom Regelgerät R erneut in Abhängigkeit vom Steuerstrom C und der Informa tionsspannung m auf einen entsprechenden Wert er höht oder gesenkt.
Eine Voraussetzung dafür, dass die dem Regel gerät zugeführten Informationen ohne Verzögerung in Befehle an die Schaltschütze K umgesetzt werden, die die Teilwiderstände zum Gesamtwiderstand W zusammenschalten, ist, dass das Regelgerät sehr schnell arbeitet. Eine Lösung dieses Problems be steht darin, dass die Organe, die beispielsweise den Steuerstrom C mit der Informationsspannung rn von den Motoren vergleichen, als Servomotor oder als schnellschaltende Relaiskette ausgeführt werden. Wei ter muss das Regelgerät R den Widerstandswert aus rechnen, für welchen der Regelwiderstand W einzu stellen ist. Auch dies muss augenblicklich geschehen.
Hierzu wird ein Stufenwiderstand benutzt, der eine widerstandsproportional getreue Nachbildung des Re gelwiderstandes W ist und der mit der Informations- spanung m beim Fahren bzw. mit der Informations spannung d beim Bremsen gespeist wird. Bevor der Regelwiderstand W mit den Schaltschützen K auf seinen erforderlichen Wert eingestellt wird, nimmt das Regelgerät R zuerst eine Probeschaltung mit dem genannten Nachbildungswiderstand vor und stellt da bei den einzustellenden Wert des Regelwiderstandes W fest. Wenn dieser Wert ermittelt worden ist, wer den die diesem Wert entsprechenden Befehle vom Regelgerät R an die Schaltschütze K zur Einstellung des Regelwiderstandes W weitergegeben.
Das Aus rechnen erfolgt durch stufenweise Zu- und Abschal tung von Teilwiderständen des Nachbildungswider standes so lange, bis Gleichgewicht zwischen dem Steuerstrom C und dem Strom des Nachbildungs- widerstandes herrscht. Hierbei werden die Organe, die das Zu- und Abschalten der Nachbildungsteil widerstände ausführen, schrittweise vor- oder zurück geschaltet. Das bei dieser Schrittschaltung und dem s erfolgten Erreichen des Gleichgewichts zuletzt stehen gebliebene Nachbildungsschaltorgan ist dann aus schlaggebend und bestimmend für die Abgabe des richtigen Befehls an eines der Schaltschütze K für Einstellung des erforderlichen Regelwiderstandswer- D tes W.
Die Schaltorgane für das Aussuchen des @Vachbildungswiderstandswertes können beispiels weise als schnellschaltende Relais in einer Kette ausgeführt sein, während man als Organ für den Vergleich des Steuerstromes C mit dem Nachbil dungsstrom beispielsweise ein polarisiertes Relais be nutzen kann. Hierbei tragen die Relais in der Relais kette Kontakte, die die Einschaltung der Schalt schütze K übernehmen.
Beim Bremsen kann ebenfalls die genannte Ein s richtung mit dem Nachbildungswiderstand verwendet werden, da auch 'beim Bremsen der dem Nach bildungswiderstand entsprechende Regelwiderstand W in den Bremsstromkreis eingeschaltet wird. Hier bei ist es zweckmässig, als Spannungsquelle für Spei ; sung des Nachbildungswiderstandes die Tachometer T zu benutzen, deren Spannung ein Mass für die Spannung der als Generatoren geschalteten Motoren 1-4 ist.
Da Relais als Schaltorgane für das Vergleichen des Steuerstromes C mit dem Nachbildungsstrom und für das Ausrechnen des erforderlichen Wider standswertes des Regelwiderstands W einerseits im mer eine gewisse Schaltzeit bedingen, die jedoch so weit wie möglich eliminiert werden soll, und ander seits selbst bei bester Ausführung einem Verschleiss unterliegen und nicht zuletzt auch gegen Erschütte rungen und Vibrationen empfindlich sind, die bei Fahrzeugen fast immer vorkommen, wäre es wün schenswert, diese Relais durch trägheitslose elektro nische Schaltorgane zu ersetzen, um die von dem er findungsgemässen Steuerungsverfahren eingebrachten Vorteile ganz ausnutzen zu können.
Dies ist möglich, wenn man alle beweglichen Schaltorgane des Regel gerätes R mit Ausnahme der Schaltschütze K, deren zu schaltende Ströme zu hoch sind, gegen Halbleiter organe wie Dioden und Transistoren austauscht, wo bei zweckmässig die zu vergleichenden Ströme und Spannungen in pulsierende Ströme und Spannungen oder Impulse umgewandelt werden, die den Halb leiterorganen zugeführt werden, da diese Wechsel ströme und -spannungen sicherer auswerten als Gleichströme.
Hierbei kann auch das vergleichende Organ als rein elektronische Schaltungseinrichtung ausgeführt werden, die - solange das Gleichgewicht 5 zwischen dem Steuerstrom und dem Nachbildungs strom noch nicht erreicht ist - Impulse an einen elektronischen Speicher weitergibt, welcher seiner seits mit Hilfe der gespeicherten Impulse den Nach bildungswiderstand und die Schaltschütze K durch Transistoren steuert, die vorzugsweise als logische Kreise geschaltet sind. Der elektronische Speicher kann zweckmässig als binärer Rechner ausgeführt sein.
Mit dieser Ausbildung des Regelgerätes R unter Verwendung von Bauelementen der elektronischen Rechenmaschinentechnik gelingt es, sowohl die An sprech- und Ausrechnungszeit der Regelgerätes äusserst klein zu halten und somit die Wirkungsweise der gesamten Anlage voll auszunutzen als auch eine hohe Betriebssicherheit zu erlangen, und die Störungs- und Fehlermöglichkeiten auf ein Geringst- mass zu bringen.