CH627692A5

CH627692A5 - Antilocking device for wheel brakes of vehicles, particularly of rail vehicles

Info

Publication number: CH627692A5
Application number: CH29578A
Authority: CH
Inventors: Klaus Schirmer
Original assignee: Knorr Bremse Gmbh
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1982-01-29
Also published as: DE2701456A1; FR2377305B1; SE417933B; SE7800369L; FR2377305A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Blockierschutzvorrichtung für Radbremsen von Fahrzeugen, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei der die Differenz zwischen einem Bezugssignal, das annähernd der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und einem Radgeschwindigkeitssignal gebildet wird, wobei diese Differenz mit einem ersten und einem zweiten Schwellwert verglichen wird und in Abhängigkeit von diesem Vergleich bei Überschreiten des ersten Schwellwertes ein binäres Signal gebildet wird, welches bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes wieder gelöscht wird, und bei der bei Auftreten des vorgenannten Signals die Bremsen des überwachten Fahrzeugrades gelöst werden.

Aus der DE-AS 2 445 159 ist eine Blockierschutzvorrichtung dieser Art bekanntgeworden, bei der ein Geschwindigkeitsdifferenzsignal, das durch Integration eines Beschleuni-gungsdifferenzsignales (Differenz zwischen Rad- und geschätzter Fahrzeugbeschleunigung) erzeugt wird, mit zwei Schwellwerten verglichen wird, wodurch zwei Signale zum Lösen bzw. Wiederanlegen der Bremsen gebildet werden.

Weiterhin wird die Radverzögerung bzw. positive Radbeschleunigung mit zwei Schwellwerten verglichen, wobei zwei weitere Signale zum Lösen bzw. Wiederanlegen der Bremsen gebildet werden. Ein Wiederanlegen der Bremsen kann hierbei nur erfolgen, wenn beide Bremslössignale verschwunden sind und gleichzeitig mindestens ein Bremsen-Wiederanlegesignal aufgetreten ist. Diese Vorrichtung kann nur innerhalb eines geringen Veränderungsbereiches des Haftwertes zwischen Rad und Fahrbahn optimal arbeiten, insbesondere wird bei einer plötzlichen Verbesserung des Haftwertes die maximal mögliche Bremskraft nicht ausgenutzt, da in diesem Fall zwar ein +b-Signal auftritt, ein gleichzeitiges V-Signal jedoch ein Wiederanlegen der Bremse verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Blockierschutzvorrichtung der oben angegebenen Art anzugeben, bei der eine hohe Ansprechempfindlichkeit in einem weiten Bereich des Haftwertes gegeben ist und auch Änderungen des Haftwertes während einer Bremsblockierschutzauslösung zu einer optimalen Ausnutzung der maximal möglichen Bremskraft ausgenutzt werden.

Weiterhin soll die neue Vorrichtung insbesondere bei sehr geringen Haftwerten ein Wiedereinbremsen unter optimaler Ausnutzung des Haftwertes ermöglichen. Schliesslich sollen bei der Bremsblockierschutzschaltung differenzierende Elemente wegen der damit verbundenen bekannten Schwierigkeiten (Aufrauhung der Signale, Verstärkung hochfrequenter Störsignale, Instabilitäten) im normalen Betrieb vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das binäre Signal in einem Integrierer zeitlinear aufintegriert und bei Verschwinden des binären Signals der Ausgangswert des Integrierers zeitlinear abintegriert wird, dass das Ausgangssignal des Integrierers mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, wobei ein Hilfssignal erzeugt wird, solange der Ausgangswert des Integrierers grösser als der dritte Schwellwert ist, und dass der Bremsdruck der Fahrzeugbremse erst dann wieder erhöht wird, wenn sowohl das binäre Signal als auch das Hilfssignal gelöscht sind.

Durch diese Schaltung wird durch das Hilfssignal die Zeitdauer erfasst, die das Rad vom Überschreiten des ersten Schwellwertes (A V-Einschaltschwelle) bis zum Hochfahren des Rades zum zweiten Schwellwert (A V-Ausschaltschwelle) benötigt. Diese Zeitdauer steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem tatsächlich vorhandenen Haftwert zwischen Rad und Fahrbahn.

Je länger diese Zeitdauer war, desto schlechter ist der vorhandene Haftwert und desto länger verhindert das Hilfssignal ein erneutes Wiedereinbremsen und sorgt somit dafür, dass das Rad in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Haftwert in den Bereich des günstigsten Schlupfes der Haftwert-Schlupfkurve hochgefahren wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Blockierschutzvorrichtung,

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm im zeitlichen Ablauf,

Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel eines Teiles der Blockierschutzvorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.

Ein Radgenerator 1, der von dem überwachten Rad mechanisch angetrieben wird und eine der Radumdrehungsgeschwindigkeit proportionale Ausgangsspannung abgibt, ist mit

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einer ersten Einrichtung 2 zur Erzeugung eines Bezugssignales (fiktive Linie)Vfikt, das annähernd der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, verbunden.

Dieses Bezugssignal Vfikt wird durch zeitlineare Entladung eines Kondensatorschaltkreises erhalten, der zuvor von dem Radgenerator 1 mit der der Radumdrehungsgeschwindigkeit proportionalen Spannung aufgeladen wurde. Die Steilheit der Entladung des Kondensatorschaltkreises ist so gewählt, dass bei den bestmöglichen Haftwerten zwischen Rad und Fahrbahn bei nicht blockierenden Rädern die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Bremsung diesem Bezugssignal entspricht.

Weiterhin ist der Radgenerator 1 mit einer zweiten Einrichtung 3 verbunden, in der das Generatorsignal aufbereitet wird (Glättung, Proportionalitätsfaktor).

Die Ausgänge der Einrichtungen 2 und 3 werden einem Subtrahierer 4 zugeführt, der die Differenz zwischen dem Bezugssignal Vökt und der Radgeschwindigkeit VRad bildet. Die Differenz Vfikt — VRad wird einem Vergleicher 4 zugeführt und mit zwei intern erzeugten Signalen AVt und A V2 verglichen, um ein binäres Ausgangssignal A V zu erzeugen. Dieser Vergleicher kann beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet sein. Der Ausgang des Vergleichers 4 wird einem Integrierer 5 und einem ODER-Glied 6 zugeführt. Der Ausgang des Integrierers 5, der ein binäres Hilfssignal (HS) führt, wird einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 6 zugeführt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 6 ist mit einem Magnetventil 7, 8 verbunden, welches durch eine Sicherheitsschaltung 9 überwacht wird. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden anhand der Funktionsdiagramme der Fig. 2 erläutert.

Die mit VZug bezeichnete Linie stellt die tatsächliche Zuggeschwindigkeit, die mit Vfikt bezeichnete Linie das Bezugssignal (fiktive Linie, Ausgangssignal der Einrichtung 2) und die mit VRad bezeichnete Linie die Radgeschwindigkeit (Ausgangssignal der Einrichtung 3) dar.

Die Linie «A V-Signal» entspricht dem Ausgang des Substra-hierers 4, die Linie «HS-Signal» dem Ausgang des Integrierers 5, die Linie «A V-Schwelle» eine aus dem A V-Signal abgeleitete Schwelle, die Linie «Integral» einem internen Signal, das im Integrierer 5 erzeugt wird, und die Linie «Blockierschutzsignal» dem Ausgangssignal des ODER-Gliedes 6.

Im folgenden wird ein Regelzyklus der Blockierschutzvorrichtung beschrieben.

Zum Zeitpunkt tc wird eingebremst. Die Bildung des Bezugssignals (fiktive Linie) wird in bekannter Weise gestartet und die Radgeschwindigkeit löst sich von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt tj hat die Differenz zwischen Radgeschwindigkeit und Bezugssignal einen eingestellten Schwellwert (A Vt) überschritten. Am Ausgang des Subtrahierers mit Vergleicher 4 erscheint ein binäres V-Signal, welches über das ODER-Glied 6 das Magnetventil 7 betätigt und zu einem Blockierschutzsignal und damit zu einer Blockierschutzauslösung führt.

Gleichzeitig beginnt zum Zeitpunkt tx der Integrierer 5 das A V-Signal zeitlinear aufzuintegrieren, wobei als internes Signal des Integrierers 5 das der Linie «Integral» entsprechende Signal gebildet wird.

Überschreitet nun dieses Signal die Linie «A V-Schwelle» (Zeitpunkt t2), so erscheint am Ausgang des Integrierers das Hilfssignal (Linie «HS-Signal»).

Hat die Radgeschwindigkeit sich inzwischen durch die Blockierschutzauslösung wieder der fiktiven Linie genähert und zum Zeitpunkt t3 einend V-Rückschaltschwelle (A V2), die ungefähr halb so gross wie die A V -Einschaltschwelle {A Vj) ist, unterschritten, so verschwindet das A V-Signal und der Integrierer 5 beginnt von dem erreichten Wert aus abzuintegrieren. Da das Hilfssignal noch vorhanden ist, bleibt die Blockierschutzauslösung über das ODER-Glied 6 weiterhin bestehen. Erreicht nun die Linie «Integral» beim Abintegrieren zum Zeitpunkt t4 diezl V-Schwelle, so wird das Hilfssignal und damit auch das Blockierschutzsignal beendet, das Magnetventil wird geschlossen und der Bremsdruck wieder erhöht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Integrationskonstanten, die die Steilheit der Linie «Integral» bestimmen, für die Aufintegration (Zeit tj bis t3) und die Abintegration (Zeit t3 bis t5) getrennt einstellbar, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, diese Konstanten auch unterschiedlich einzustellen, und zwar in Abhängigkeit von dem gewählten Bereich des Haftwertes, der voraussichtlich anzutreffen ist. Weiterhin ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die «A V-Schwelle» dynamisch gewählt, d.h. sie ist abhängig von der angenommenen Zuggeschwindigkeit und gehorcht der Beziehung

A V-Schwelle = c (k • v + vo)

wobei c und k Konstanten sind, v die angenommene Zuggeschwindigkeit und vo eine untere konstante Zuggeschwindigkeit von beispielsweise 5 kg/h, unterhalb der eine Blockierschutzauslösung nicht mehr stattfinden soll.

Die Linie «A V-Schwelle» ist damit im Gegensatz zur Fig. 2 leicht abfallend geneigt, wobei die Neigung durch die Konstanten c und k bestimmt wird.

Ebenfalls sind die Schwellen A Vi und-d V2 entsprechend der oben angegebenen Beziehung dynamisch ausgebildet, wobei die Konstante c dort so gewählt ist, dass die A V-Einschalt-schwelle (A Vi) doppelt so gross ist, wie die A V-Ausschaltschwelle (A V2).

Zusammenfassend ist zu bemerken, dass die Zeitdauer der Blockierschutzauslösung durch die Erfindung dem tatsächlich vorhandenen Haftwert besser angepasst wird, da die Zeitdauer t2 bis t3 bzw. t4 direkt vom tatsächlichen Haftwert abhängig ist. Bei kleinen Haftwerten wird z.B. die Blockierschutzauslösung verlängert, wodurch sichergestellt ist, dass das gleitende Rad sich der Zuggeschwindigkeit trotz des langsameren Hochlaufes ausreichend genähert hat.

Für den Fall, dass während einer bestehenden Blockierschutzauslösung der Haftwert zunimmt, ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass beim Überschreiten der Radbeschleunigung über eine vorgegebene Schwelle der Integrierer (Linie «Integral») sofort auf Null gesetzt wird, wodurch das Hilfssignal verschwindet und sofort wieder eingebremst werden kann.

Wichtig ist jedoch, dass beim normalen Blockierschutzbe- . trieb ohne Haftwertsprünge auf den Einsatz von Beschleuni-gungs- bzw. Verzögerungssignalen verzichtet werden kann.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Teiles der erfin-dungsgemässen Vorrichtung dargestellt, und zwar des Integrierers 5.

Ein Transistor Tt ist mit seiner Basis mit einem Eingangsspannungsteiler Rl5 R2 mit seinem Kollektor über einen Arbeitswiderstand R3 mit Versorgungsspannung Ub und mit seinem Emitter mit Masse verbunden, dem Eingangsspannungsteiler Ri, R2 wird daszl V-Signal zugeführt.

Der Kollektor des Transistors Tj ist über einen Widerstand R6 und eine in Sperrichtung geschaltete Diode D2 mit der Basis eines Transistors T2 verbunden, wobei die Diode D2 ihrerseits über eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode Dt und einen Widerstand Rs mit einer dynamischen Versorgungsspannung (k • v + vo) verbunden ist. Die Durchlassrichtung der Diode ist hierbei von der Versorgungsspannung zur Basis hin gesehen. Der Emitter des pnp-Transistors T2 ist über einen einstellbaren Arbeitswiderstand R4 ebenfalls mit der dynamischen Versorgungsspannung verbunden.

Der Kollektor des Transistors T2 ist mit einem zur Integration dienenden Kondensator Ct verbunden. Der andere An-

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schluss des Kondensators Ct liegt auf Masse. Parallel zu dem Kondensator Cx liegt eine Transistorschaltung, die als sogenannter Stromspiegel ausgebildet ist und aus Transistoren T3 und T4 besteht.

Die Emitter der Transistoren T3 und T4 liegen hierbei auf Masse, der Kollektor des Transistors T4 ist mit dem Kondensator Clf seine Basis mit dem Kollektor und mit der Basis des Transistors T3 verbunden. Der Kollektor des Transistors T3 ist über einen verstellbaren Widerstand R7 mit dem Kollektor des Transistors T! verbunden.

Der Kondensator Ci ist mit einem Eingang (+Eingang) eines hysteresebehafteten, als Komparator wirkenden Verstärkers Vi verbunden. Ein zweiter Eingang (-Eingang) des Verstärkers V j ist mit dem Mittelabgriff eines Potentiometers R9 verbunden, der zwischen Masse und der dynamischen Versorgungsspannung liegt. Am Ausgang des Verstärkers Va liegt das Hilfssignal an (HS-Signal).

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator Q weiterhin mit dem Kollektor eines Transistors Ts verbunden, dessen Emitter auf Masse liegt und dessen Basis über einen Eingangsspannungsteiler R10, Ru mit einem +b-Signal beaufschlagt ist.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Liegt am Widerstand Rj ein binäres A V-Signal (von der Einrichtung 4), so wird der Transistor Ta leitend, sein Kollektor führt ein Potential von annähernd Null. Die Spannung am einen Ende des Widerstandes R6 ist somit ebenfalls Null. An der Basis des Transistors T2 liegt über den Spannungsteiler aus Rs und R6 und den in diesem Fall in Durchlassrichtung geschalteten Dioden Dj und D2 die halbe dynamische Versorgungsspannung (Rä und R6 haben je den gleichen Widerstand). Damit ist der Transistor T2 leitend und dient als Konstantstromquelle für den Integrationskondensator Ci. Es erfolgt also die Aufintegration, wobei die Integrationskonstante über den Widerstand R4 einstellbar ist.

Der Stromspiegel aus T3 und T4 ist hierbei ohne Wirkung, da die Kollektorspannung des Transistors T3 und damit auch die Basisspannung des Transistors T4 auf Null liegt und der Transistor T4 sperrt.

Die Spannung am Kondensator Ct steigt nun entsprechend der Linie «Integral» der Fig. 2 an. Erreicht sie den durch den

Widerstand R9 eingestellten dynamischen Schwellwert, so schaltet der Verstärker Vl durch, und an seinem Ausgang erscheint das Hilfssignal.

Verschwindet nun das A V-Signal, so sperrt der Transistor 5 Ti und seine Kollektorspannung ist annähernd 4- Ub. Am einen Ende des Widerstandes R6 liegt die Versorgungsspannung + Ub. Die Diode D2 sperrt. Es kann kein Basisstrom des Transistors T2 mehr fliessen, der Transistor T2 ist somit gesperrt und kann nicht mehr als Stromquelle für die Aufintegration des Konden-lo sators Ci dienen. Die Aufintegration ist somit beendet (Zeitpunkt t3).

Gleichzeitig liegt am Widerstand R7 die Versorgungsspannung + Ub und die Basis des Transistors T3 erhält eine positive Spannung: der Transistor T3 wird leitend, wobei der durch ihn 15 fliessende Strom durch die Widerstände R3 und R7 bestimmt wird und über R7 einstellbar ist.

Durch die Schaltung des «Stromspiegels» fliesst der gleiche Strom wie durch den Transistor T3 auch durch den Transistor T4, der Kondensator Ci wird somit mit konstantem, durch R7 20 einstellbarem Strom entladen, was einer Abintegration entspricht. Unterschreitet die Spannung am Kondensator Ci den über den Widerstand R9 eingestellten Schwellwert, so schaltet (unter Berücksichtigung der Hysterese) der Verstärker Vi zurück und das Hilfssignal am Ausgang des Verstärkers Vx ver-25 schwindet.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei Auftreten eines +b-Signals der Transistor T5 leitend und entlädt den Kondensator sehr schnell, so dass das Hilfssignal auch sehr schnell verschwindet.

30 Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Versorgungsspannung + Ub des Transistors Tt grösser sein muss als die dynamische Versorgungsspannung (entsprechend dem Signal kv + vo) des Transistors T2.

Die Versorgungsspannung des Transistors T2 kann auch 35 konstant gewählt werden, ist jedoch gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dynamisch, d.h. in Abhängigkeit von der fiktiven Zuggeschwindigkeit gewählt.

Die übrigen Massnahmen zur Herstellung einer vollständigen Blockierschutzvorrichtung sind aus der Erläuterung zu 40 Fig. 1 zu entnehmen und in ihrer technischen Realisierung jedem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Blockierschutzvorrichtung für Radbremsen von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, bei der die Differenz zwischen einem Bezugssignal, das annähernd der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und einem Radgeschwindigkeitssignal gebildet wird, wobei diese Differenz mit einem ersten und einem zweiten Schwellwert verglichen wird und in Abhängigkeit von diesem Vergleich bei Überschreiten des ersten Schwellwertes ein binäres Signal (A V) gebildet wird, welches bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes wieder gelöscht wird, und bei der bei Auftreten des vorgenannten Signals (A V) die Bremsen des überwachten Fahrzeugrades gelöst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das binäre Signal (A V) in einem Integrierer (5) zeitlinear aufintegriert und bei Verschwinden des binären Signals (A V) der Ausgangswert des Integrierers (5) zeitlinear abintegriert wird, dass das Ausgangssignal des Integrierers (5) mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, wobei ein Hilfssignal (HS) erzeugt wird, solange der Ausgangswert des Integrierers (5) grösser als der dritte Schwellwert ist, und dass der Bremsdruck der Fahrzeugbremse erst dann wieder erhöht wird, wenn sowohl das binäre Signal (A V) als auch das Hilfssignal (HS) gelöscht sind.
2. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert (A Va) grösser als der zweite Schwellwert (A V2) ist.
3. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert doppelt so gross wie der zweite Schwellwert ist.
4. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schwellwert linear von dem Bezugssignal abhängig ist.
5. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfssignal bei Auftreten einer festgelegten positiven Radbeschleunigung (+b) gelöscht wird.
6. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrierer (5) aus einem Kondensator (Q) besteht, der über eine von dem binären Signal (A V) eingeschaltete Stromquelle (T2) aufgeladen und über eine weitere von diesem Signal (A V) ausgeschaltete Stromquelle (T4, T3) entladen wird.
7. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Stromquelle eine Stromspiegelschaltung ist.
8. Blockierschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator (Cx) ein Transistor (T5) parallel geschaltet ist, um den Kondensator (Cj) schnell entladen zu können.