CH630304A5 - Method and device for controlling the circumferential speed of a plurality of vehicle wheels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auch ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Einrichtungen dieser Art sind bekannt.

Bekannte Gleitschutzeinrichtungen für Schienenfahrzeuge überwachen bei einem Bremsvorgang die an einem oder mehreren Fahrzeugrädern auftretende Verzögerung und lösen beim Überschreiten eines einstellbaren Schwellwertes die Bremse(n) des bzw. der überwachten Rades (Räder) für die Dauer des Gleitvorgangs. Die Öffnungszeiten der Bremse(n) wird von der Gleitschutzeinrichtung dadurch bestimmt, dass die zum Zeitpunkt der Schwellwertüberschreitung vorhandene, als elektrische Messgrösse vorliegende Fahrgeschwindigkeit bzw. Radumfangsgeschwindigkeit gespeichert und solange mit der fortlaufend weiter gemessenen Radumfangsgeschwindigkeit verglichen wird, bis das betreffende Rad den längs einer Verzögerungskurve reduzierten Speicherwert wieder erreicht hat. Damit ist gewährleistet, dass die Bremsleistung erst dann wieder eingesteuert wird, wenn sich das betreffende Rad wieder im Gleichlauf mit der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit oder innerhalb eines zulässigen Schlupfbereiches befindet. Aufgrund der dargelegten Funktionsweise werden derartige, seit einigen Jahren eingesetzte Gleitschutzeinrichtungen als «V-Speicher» bezeichnet.

Bei den vorgenannten V-Speicher-Gleitschutzeinrichtun-

gen ist es bekannt, die gemeinsame Führungsgrösse für mehrere, auf die einzelnen Räder eines Triebfahrzeugs oder Waggons einwirkende Gleitschutzregler von dem Maximal- ' wert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten des Triebfahrzeugs bzw. Waggons abzuleiten und bezogen auf diese Führungsgrösse einen bestimmten zur Übertragung der maximalen Leistung gewünschten optimalen Schlupf der Räder einzuregeln. Ähnliches gilt für Schleuderschutzregler, bei denen die vorzugebende Führungsgrösse von dem Minimalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten abgeleitet wird.

Es hat sich jedoch anhand zahlreicher im In- und Ausland durchgeführter Versuche gezeigt, dass die mit den letztgenannten Gleit-, oder Schleuderschutzreglern erzielten Ergebnisse unbefriedigend sind, da Räder jedes Triebfahrzeugs bzw. Waggons momentan nahezu gleiche Schierienzustände antreffen, mit der Folge, dass sämtliche Räder des Fahrzeugs das gleiche Schlupfverhalten zeigen. Dies führt wiederum dazu, dass die von der maximalen Radgeschwindigkeit abgeleitete Führungsgrösse keine Information der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit mehr darstellt und es damit an dem Bezugspunkt zur Einregelung des optimalen Schlupfes fehlt.

Die Aufgabe der Erfindimg besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass auch dann, wenn sämtliche Räder des Fahrzeugs einen unzulässigen Schlupf annehmen,

eine auf die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit bezogene Einregelung eines optimalen, vorbestimmten Schlupfes möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 (Verfahren) bzw. 2 (Einrichtung) gelöst.

Die erfindungsgemässe Lehre geht von der Erkenntnis aus, dass es für eine optimale Schlupfregelung von z.B. 0% Schlupf bis 10% Schlupf notwendig ist, jederzeit eine Information über die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit zur Verfügung zu haben. Da die Fahrgeschwindigkeitsermittlung stets über eine Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit eines oder mehrerer, dem Schlupf unterworfener Fahrzeugräder erfolgt, mithin also beim Schlüpfen aller Fahrzeugräder die so ermittelte Fahrgeschwindigkeit falsch ist, wird erfindungsgemäss der unzulässige Schlupf des zuletzt schlüpfenden Rades so schnell wie möglich durch gezielte Gegenmassnah-men, wie z.B. impulsweises oder dauerndes Öffnen der Bremse des betreffenden Rades (Gleiten) bzw. Verringern der Antriebsleistung (Schleudern), beseitigt, um möglichst rasch die erforderliche Information über die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit wiederzugewinnen. Innerhalb des Zeitintervalls bis zur Wiederherstellung des zulässigen Schlupfzustandes (z.B. 0% bis 10% Schlupf) am zuletzt schlüpfenden Rad wird die Führungsgrösse künstlich vorgegeben, z.B. durch einen Kondensator, der die gemessene Fahrgeschwindigkeit laufend speichert und bei Auftreten eines unzulässigen Schlupfes an dem zugeordneten Rad über einen Widerstand entladen wird, wobei die Entladungskurve des Kondensators dem Verlauf der Fahrgeschwindigkeit des gebremsten Fahrzeugs (Gleiten) bzw. dem reziproken Verlauf der Fahrgeschwindigkeit des beschleunigten Fahrzeugs (Schleudern) entspricht.

Falls innerhalb des erwähnten Zeitintervalls bis zur Wiederherstellung des zulässigen Schlupfzustandes am zuletzt schlüpfenden Rad ein anderes Rad als das zuletzt schlüpfende in den zulässigen Schlupfbereich zurückkehrt, so wird von diesem Rad die Führungsgrösse abgeleitet und die Ge-genmassnahme an dem zuletzt schlüpfenden Rad beendet.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Zeitdiagramm des Verlaufs der Radumfangsgeschwindigkeiten bei einem schlupfgeregelten Fahrzeug

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nach dem Stand der Technik vor und nach Ausgleiten des zuletzt schlüpfenden Rades;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Verlaufs der Radumfangsgeschwindigkeiten eines erfindungsgemäss geregelten Fahrzeugs vor und nach Ausgleiten des zuletzt schlüpfenden Rades, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung für ein vierrädriges Fahrzeug.

Bei dem Zeitdiagramm nach Fig. 1 sei angenommen,

dass ein vierrädriges Fahrzeug ab dem Zeitpunkt t0 gebremst wird, wodurch sich im Falle einer Schlupfregelung nach dem Stand der Technik die für jedes einzelne der Räder 1 bis 4 eingezeichneten Umdrehungsgeschwindigkeitsverläufe ergeben. Es sei ferner angenommen, dass die Räder 1 bis 4 zu unterschiedlichen Zeitpunkten tx bis t4 einen unzulässigen Schlupf annehmen. Solange, wie noch eines der vier Räder 1 bis 4 keinen Schlupf zeigt, also bis zum Zeitpunkt entspricht der selektierte Maximalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten vi bis v4 der tatsächlichen Lineargeschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund (= Fahrgeschwindigkeit) und kann zur Ableitung einer fahrgeschwindigkeitsrichtigen Führungsgrösse für die Regelung des Schlupfes der schlüpfenden Räder herangezogen werden. Als einzuregelnder optimaler Schlupf hat sich im Falle von Eisenbahnfahrzeugen ein Schlupf bis zu 10% ergeben, bei dem im Gegensatz zu einem 0%-Schlupf ein dauerndes Entlüften und Wiederlüften der Bremsen und damit eine Verschlechterung der Bremsleistung vermieden wird.

Sobald jedoch auch das letzte Rad, z.B. 4, zu schlüpfen beginnt, entspricht der gemessene Maximalwert der Radgeschwindigkeiten nicht mehr der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit, was zur Folge hat, dass die davon abgeleitete Führungsgrösse falsch ist und der Radschlupf ab dem Zeitpunkt t4 immer stärker herabgeregelt wird.

Das anhand von Fig. 2 veranschaulichte erfindungsge-mässe Verfahren sieht demgegenüber vor, dass das Auftreten eines unzulässig hohen Schlupfes zum Zeitpunkt t4 an dem von allen Rädern 1 bis 4 zuletzt schlüpfenden Rad 4 festgestellt wird und in Abhängigkeit von dieser Feststellung durch gezielte Gegenmassnahmen, z.B. Verringerung der Antriebs- oder Bremsleistung, impulsweises oder dauerndes Sanden usw., an dem zuletzt schlüpfenden Rad der dort aufgetretene unzulässige Schlupf so rasch wie möglich beseitigt wird. Hierdurch ergibt sich der in Fig. 2 im Zeitintervall t4 bis t5 eingezeichnete birnenförmige Verlauf der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades 5. Als Kriterium zur Feststellung, dass das Rad 4 einen unzulässigen Schlupf angenommen hat, wird eine empirisch ermittelte Verzögerung von z.B. 2,5 m/s2 herangezogen, die einem in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichneten Geschwindigkeitsverlauf entspricht.

Das Zeitintervall AT = t5 — t4 wird als «Schlupfdauer , des letzten Rades» bezeichnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat das Rad 4 zum Zeitpunkt t5 den schlupffreien Zustand bzw. einen zulässigen Schlupfzustand wiedergewonnen, mit der Folge, dass ab dem Zeitpunkt t5 der gemessene Maximalwert aller Radgeschwindigkeiten — im betrachteten Beispielsfall die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades 4 — der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit wieder entspricht und damit die von diesem Maximalwert abgeleitete Führungsgrösse die gewünschte optimale Schlupfregelung wieder gewährleistet. Während des Zeitintervalls AT, in welchem der gemessene Maximalwert aller Radgeschwindigkeiten nicht der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit entspricht, wird zur Vorgabe der Führungsgrösse für die Schlupfregelung die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Kurve z.B. mit Hilfe des vorstehend bereits erwähnten Kondensators erzeugt.

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Falls während des Zeitintervalls AT eines der anderen schlüpfenden Räder 1 bis 3 z.B. infolge verbesserter Fahrbahn- bzw. Schienenverhältnisse den schlupffreien Zustand bzw. Zustand zulässigen Schlupfes wiedergewinnt, werden die am Rad 4 eingeleiteten Gegenmassnahmen sofort beendet und der Geschwindigkeitswert des schlupffreien Rades, welcher dann der maximale Geschwindigkeitswert ist, zur Ableitung der Führungsgrösse herangezogen.

Die in Fig. 3 veranschaulichte erfindungsgemässe Einrichtung dient zur Durchführung des anhand von Fig. 2 erläuterten Verfahren für eine optimale Gleitregelung und umfasst eine Reihe bekannter Teile, die nur kurz erläutert werden sollen. Hierzu zählen: Die Schlupfregler RI bis R4 für jeweils eines von vier Fahrzeugrädern; die mit jeweils einem der Räder 1 bis 4 gekoppelten Geschwindigkeitssen-soren Gl bis G4, welche elektrische, den betreffenden Umfangsgeschwindigkeiten der Räder 1 bis 4 entsprechende Ausgangssignale vllst bis v4ist führen; das mit den Ausgängen der Sensoren Gl bis G4 verbundene Glied F zum Ableiten der Führungsgrösse vso!1; die mit der Führungsgrösse vsolI sowie jeweils einem der Signale vlist bis v4ist gespeisten Vergleichsglieder Kl bis K4, deren Ausgänge die Fehlersignale Avi bis Av4 führen, welche den jeweils zugeordneten Reglern RI bis R4 zugeleitet werden; die von den Reglern RI bis R4 gesteuerten Stellglieder MV1 bis MV4, welche an den die Regelstrecke bildenden Fahrzeugrädern 1 bis 4 eine Beschleunigung oder Verzögerung hervorrufen. Der insoweit beschriebene Schlupfregelkreis gemäss Fig. 3 entspricht dem eingangs beschriebenen Stand der Technik.

Erfindungsgemäss führen die Ausgänge der Vergleichsglieder Kl bis K4 auch zu einer Auswahlschaltung L, deren vier Ausgänge LI bis L4 zu jeweils einem Verknüpfungsglied VI bis V4, z.B. ODER-Gliedern, führen, welche zwischen jeweils einem der Regler RI bis R4 und dem zugeordneten Stellglied MV1 bis MV4 angeordnet sind. Die Verknüpfungsglieder VI bis V4 ermöglichen eine Ansteuerung der Stellglieder MV1 bis MV4 sowohl durch ein Ausgangssignal des zugeordneten Reglers RI bis R4 als auch durch ein Ausgangssignal der Auswahlschaltung L auf dem zugeordneten Ausgang LI bis L4.

Die Auswahlschaltung L besitzt ferner einen Aktivierungseingang, der von dem Glied F zum Zeitpunkt t4 (Fig. 2) angesteuert wird, wenn der Maximalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten vlist bis v4ist unter das vorstehend erwähnte Schlupfkriterium von z.B. 2.5 m/s2 abgesunken ist. Nach erfolgter Aktivierung stellt die Auswahlschaltung L fest, welches der vier Fahrzeugräder 1 bis 4 als letztes gleitet bzw. schleudert, d.h., welches von allen Fehlersignalen Avi bis Av4 das kleinste ist. In Abhängigkeit von dieser Feststellung beaufschlagt die Auswahlschaltung L das dem zuletzt schlüpfenden Rad zugeordnete Stellglied mit einem Steuersignal, worauf dieses und nur dieses Stellglied geeignete Gegenmassnahmen an dem zuletzt schlüpfenden Rad solange auslöst, bis der aufgetretene unzulässige Schlupf an dem zuletzt schlüpfenden Rad 4 beseitigt ist (Zeitpunkt t5 gemäss Fig. 2).

Es versteht sich, dass die auf den Maximalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten vlist bis v4ist bezogenen Ausführungen im vorstehenden bei Verwendung der Einrichtung nach Fig. 3 zur optimalen Schleuderregelung auf den Minimalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten zu beziehen sind.

Die genaue schaltungstechnische Ausbildung der Auswahlschaltung L ist eine Frage fachmännischen Handelns und braucht daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (2)

630304 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln der Umfangsgeschwindigkeit einer Mehrzahl von Fahrzeugrädern, insbesondere der Räder eines Eisenbahnwaggons, bei dem die Geschwindigkeit jedes Rades erfasst und mit einer Führungsgrösse verglichen wird und mit dem daraus resultierenden Fehlersignal die Brems- bzw. Antriebskraft des betreffenden Rades gesteuert wird, wobei als Führungsgrösse der auf einen zulässigen Wert begrenzte Maximalwert oder Minimalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird, welches Rad als letztes aller geregelten Räder einen unzulässigen Schlupf annimmt und dass in Abhängigkeit von dieser Feststellung die Bremsbzw. Antriebskraft des letzten Rades während einer bestimmten Dauer verringert wird, welche so vorgegeben bzw. dahingehend ermittelt wird, dass der an dem letzten Rad aufgetretene, unzulässige Schlupf beseitigt ist.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Gleit- bzw. Schleuderschutzreglern zum Steuern der Brems- bzw. Antriebskraft jedes Rades, mit Messfühlern zur Erfassung der Geschwindigkeit jedes Rades, mit einer Anordnung zum Erzeugen einer Führungsgrösse aus dem auf einen zulässigen Wert begrenzten Maximalbzw. Minimalwert aller gemessenen Radgeschwindigkeiten und mit Vergleichsgliedern zum Vergleichen der gemessenen Geschwindigkeiten mit der Führungsgrösse, gekennzeichnet durch eine Auswahlschaltung (L), welche eingangsseitig mit den Vergleichsgliedern (Kl bis K4) verbunden ist und eine der Anzahl der Regler (RI bis R4) entsprechende Anzahl von Ausgängen aufweist, die jeweils mit einem zugeordneten Reglerausgang über ein Verknüpfungsglied (VI bis V4) verknüpft sind, wobei die Verknüpfungsglieder (VI bis V4) ausgangssseitig zu jeweils einem zugeordneten Stellglied (MV1 bis MV4) führen und die Ausgangsschaltung (L) derart ausgebildet ist, dass sie feststellt, welches Rad als letztes der Räder einen unzulässigen Schlupf annimmt und dass sie in Abhängigkeit von dieser Feststellung das dem letzten Rad zugeordnete Stellglied solange mit einem Steuersignal beaufschlagt, bis der an dem letzten Rad aufgetretene unzulässige Schlupf beseitigt ist.