DD286049A5

DD286049A5 - Verfahren und anordnung zur geschwindigkeits- und wegerfassung bei laufachsenlosen triebfahrzeugen

Info

Publication number: DD286049A5
Application number: DD89334168A
Authority: DD
Inventors: Karl Hahn
Original assignee: ��`��`��`��k��
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-01-10
Also published as: IT1237122B; IT8922262A0; DE3837909C1; IT8922262A1; PT92196A; ES2017304A6; PT92196B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Geschwindigkeits- und Wegerfassung bei laufachsenlosen Triebfahrzeugen. Es soll ein einfaches Verfahren mit ebensolcher Anordnung fuer eine Geschwindigkeits- und Wegerfassung hoeherer Genauigkeit angegeben werden, mit dem die Radschlupffehler auch ohne Herabsetzung der Zug- oder Bremskraft weitgehend eliminiert werden koennen. Fuer laufachsenlose Triebfahrzeuge mit Zug-/Bremskraftregelung und unterlagerter Regelung des Radschlupfes, bei denen die Radsaetze bei UEberschreitung des Kraftschluszes und Ansprechen des Radschlupfreglers ueber die Zug-/Bremskraft so gesteuert werden, dasz sie sich im Kraftschluszoptimum oder in dessen Naehe bewegen, wird erfindungsgemaesz vorgeschlagen, dasz die aus Drehzahlen ermittelbare schlupfbehaftete Geschwindigkeit oder der entsprechende Weg um Schlupfbetraege korrigiert wird, die unterschiedlich und abhaengig vom Ansprechen oder Nichtansprechen des Radschlupfreglers sind, wobei in diesen beiden Betriebszustaenden jeweils die Schlupf-Korrekturbetraege aus den dort statistisch am haeufigsten vorkommenden Radschluepfen bei bestimmten Zug-/Bremskraeften * f2 &F! ) und Geschwindigkeiten * f2&v! ) unter Beruecksichtigung der Schienenzustandsparameter bestimmt werden. Es kann so auf einfache Weise eine ausreichend genaue Geschwindigkeits- und Wegerfassung erzielt werden. Fig. 1{Geschwindigkeits- und Wegerfassung; Radschlupffehler; Zug- oder Bremskraft; laufachsenlose Triebfahrzeuge; Drehzahlen; schlupfbehaftete Geschwindigkeit; Radschlupfregler; Schienenzustandsparameter}

Description

- 1 - Berlin, den 30. 1. 199C 73 049/13

Verfahren und Anordnung zur Geschwindigkeits- und Wegerfassung bei laufachsenlosen Triebfahrzeugen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Geschwindigkeits- und Wegerfassung bei laufachsenlosen Triebfahrzeugen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind bereits Verfahren zur Regelung der Antriebs- oder Bremskraft der Fahrmotoren von laufachsenlosen elektrischen Triebfahrzeugen an der Haftreibungsgrenze der Räder bekannt. Mittels einer Radschlupfregelung werden die Radsätze bei Überschreitung des Kraftschlusses und Ansprechen des Radschlupf regiere über die zugeführte Zug- oder Bremskraft so gesteuert, daß sie sich im Kraftschlußoptimum oder dessen Nähe bewegen (z. B. DE-PS 34 07 309). Bei diesem Verfahren werden Tachometermaschinen und Integratoren als Pseudolaufachsen zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt. Allgemeine Voraussetzung ist die Verwendung von Motoren steiler Kennlinie oder schneller Motorregelung.

Für eine genauere Wegmessung, wie sie z. B. für automatischen Fahrbetrieb mit Linienzugbeeinflussung (LZB) oder ähnliche Einrichtungen benötigt wird, ist das Verfahren nicht ohne weiteres geeignet.

Am einfachsten wäre es, zur Fests-teilung des zurückgelegten

i M-Ü

ZU Οψ9

Weges die Radumdrehungen selbst auszuzählen und daraus den zurückgelegten Weg zu bestimmen. Genau ist dieses Verfahren jedoch nur« wenn kein Radschlupf durch Schleudern oder Gleiten in die Messung eingeht. Laufachsen« die das ermöglichen würden« gibt es heute bei Lokomotiven grundsätzlich nicht mehr. Es ist bereits versucht worden« auch angetriebene Räder für die Geschwindigkoits- und Wegerfassung auszunutzen. Dabei geht - wie erwähnt - der Redschlupf in die Messung ein und nacht diese Art von Wegerfassung ungenau und unbrauchbar. Eine gewisse Verbesserung läßt sich durch zeitweises Herabsetzen der Zug- bzw* Bremskraft einzelner Treibredsätze zum Herabsetzen des Schlupfes und Wiederfinden der Geschwindigkeit über Grund erzielen. Dieses Verfahren ist jedoch mit einer Zugkrafteinbuße verbunden und dadurch unwirtschaftlich. Wegbestimmungen durch Integration von durch Radar gewonnenen Geschwindigkeitsmeßwerten sind nicht zuverlässig genug« insbesondere infolge der Witterungsabhängigkeit der Radargeräte.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile weitgehend zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es« ein einfaches Verfahren mit ebensolcher Anordnung für eine Geschwindigkeits- und Wegerfassung höherer Genauigkeit über die Radumdrehungen anzugeben« bei dem die Radschlupf fehler auch ohne Herabsetzung der Zug- ode* Bremskraft weitgehend eliminiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst« daß die aus

Drehzahlen ermittelbare schlupfbehaftete Geschwindigkeit oder der entsprechende Weg um Schlupfbeträge korrigiert wird, die unterschiedlich und abhängig vom Ansprechen oder Nichtansprechen des Radschlupfreglers sind, wobei in diesen beiden Betriebszuständen jeweils die Schlupf-Korrekturbeträge »us den dort statistisch am häufigsten vorkömmenden Radschlüpfen bei bestimmten Zug-/Bremskräfton f.i(F); fo(^F) ^unc* Geschwindigkeiten f-(v); fo(v) unter Berücksichtigung der Schienenzustandsparameter bestimmt werden.

Das Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß als Schlupf-Korrekturbetrag während der Zeitspanne, in der der Radschlupfregler nicht wirksam ist, Radschlüpfe Verwendung finden, die sich im vorderen, ; 1 ansteigenden Teil der Kraftschlußkurve F/Δ ν als überlagerte Funktionen der Zug-/ Bremskraft f^F) und der Geschwindigkeit f^v) als am häufigsten auftretend ableiten lassen.

Es ist vorteilhaft, daß als Schlupf-Korrekturbetrag während der Zeitspanne, in der der Radschlupfregler wirksam ist und die Zug-/Bremskraft beeinflußt, Radschlüpfe Verwendung finden, die sich im oberen Teil der Kraftschlußkurve F/Δν um das Maximum herum als überlagerte Funktionen der Zug-/Bremskraft fpt^) ⁸^³ zeitliche Mittelwerte abhängig von den Schienenzustandsparametern und der Geschwindigkeit fp(v) als Q^m häufigsten auftretend ableiten lassen.

Anstelle von gemessenen Treibraddrehzahlen in der Schlupfregelung finden berechnete fiktive Drehzahlen, z. B. von "Pseudolaufachse", Verwendung.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die

aus fiktiven Drehzahlen ermittelte Geschwindigkeit zusätzlich um einen Betrag korrigiert wird, der den durch das Berechnungsverfahren bedingten» bekannten Abweichungen dieser fiktiven Drehzahlen von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der zu einem kraftschlußoptimalen Schlupf gehörenden Drehzahl entspricht.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Funktionsgeber vorgesehen sind, an deren Eingängen jeweils die gemessene Drehzahl n^_st des Radsatzes und die vorhandene Zug-/Bremskraft angelegt sind und deren Ausgänge Ober einen vom Radschlupfgeber steuerbaren gemeinsamen Umschalter in einen Summationspunkt speisen, der eingangsseitig die gemessene Drehzahl zugeführt erhält und ausgangsseitig mit einem Wegzähler verbunden ist.

Nach einer anderen Ausführungsform ist der Ausgang des Umschalters über zwei Parallelpfade mit einerseits einem Schalter für Fahren und andererseits einem Schalter für Bremsen auf verschiedene, das Vorzeichen bestimmende Eingänge des Summacionspunktes schaltbar.

Ausführungsbelspiele

Anhand der Zaichnungen und der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schaltung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2: eine Kraftschlußkurve F/Δν;

1Χ6ΟΨ9

Fig. 3: eine Kraftschlußkurvenschar F/Δν in Abhängigkeit von Schienenzustandsparametern;

Fig. 4a Abhängigkeiten des Radschlupfes über der Zugkraft F und 5a: _q1q _Fun|_<tion f^p) und f₂(F) in zwei definierten

Betriebszustand^ j

Fig. 4b Abhängigkeit des Radschlupfes über der Geschwindig» und 5b: _kelt ^ _{alQ Funktion} ^_n,) _und f₂(_v).

(Unter "Radschlupf" soll hier die Differenzgeschwindigkeit Δ ν zwischen Fahrzetggeschwindigkeit und Radumfangsgeschwindigkeit verstanden werden.)

Fig. 1 zeigt einen über ein Leistungsstellglied 1 (z. B. Stromrichter, Chopper oder Wechselrichter je nach Fahrmotor) betriebenen Fahrmotor 2 eines Schienenfahrzeuges, der seine Leistung Ober Getriebe und Räder auf die Schiene bringt und in Geschwindigkeit umsetzt. Ein Zug-/Bremskraf!regler 3 mit Eingaben für Soll-und Istwert steuert über die ausgegebene Stellgröße das Leistungsstellglied 1. Diesem wird einerseits der Zug-/Bremskraftsollwert F ,, sowie andererseits der gemessene Istwert Fj, _t zugeführt. Ober einen weiteren Eingang wird dem Zug-/Bremskraftregler 3 noch eine Sollwertreduziergröße 3 zugeführt, die von einem Radschlupfregler 5 ausgegeben wird. Der Radschlupfregler 5 erhält eine Drehzahlinformation über einen mit dem Fahrmotor 2 gekoppelten Drehzahlgeber 6 und bekommt ebenfalls die Soll- und Istgrößen der Zug-/Bremskraft zugeführt. Der Radschlupfregler 5 regelt den Radschlupf durch Beeinflussung des Fahrmotordrehmomentes über den Zug-/Bremskraftregler 3 und steuert beeinflussend über einen Umschalter 7 letztlich das Zählverhalten eines Wegzählers 8. Der Wegzähler 8 mißt grundlegend eine der Drehzahl

Hi OtS

proportionale Größe (Spannung oder Impulse) des Drehzahlgebers 6. Bei auftretendem Radschlupf wird durch den Radschlupfregler 5 der Sollwert F₃₀-Q reduziert. Der Radschlupfregler 5 betätigt damit gleichzeitig auch einen Umschalter 7, wodurch von einem ersten Funktionsgeber 9 auf einen zweiten Funktionsgeber IO umgeschaltet wird. Beide Funktionsgeber beeinflussen den Wegzähler 8 und werden von den Zug-/Bremskraft-Istwert3n F* . und der gemessenen Motordrehzahl η beeinflußt. Ihre Ausgabewerte gelangen über bei Fahren oder Bremsen geschlossene, das Vorzeichen bestimmende Schalter und 12 auf einen Summationspunkt 13 und werden dem erhaltenen Drehzahlistwert vom Drehzahlgeber 6 entweder zuaddiert (beim Bremsen) oder von diesem abgezogen (beim Fahren). Das korrigierte Ergebnis stellt den korrigierten Geschwindigkeitsmeßwert dar und wird dem Wegzähler 8 zugeführt. Zum weiteren Verständnis wird auf Fig. 2 verwiesen. Diese Figur zeigt eine Kraftschlußkurve, oft auch als Haftwertkurve bezeichnet j die Zugkraft F bzw. der Kraftschluß ist abhängig vom Radschlupf Δν dargestellt. Ersichtlich tritt ein Radschlupf nicht konstant auf. So ist der Radschlupf Δ ν zunächst klein und steigt mit steigender Zugkraft zunächst nur wenig und linear, Ab einer bestimmten Zugkraft steigt der Schlupf steil an und überschreitet ein Maximum übertragbarer Zugkraft. Man kann davon ausgehen, daß normalerweise erst bei einem Vorgeben einer größeren Zugkraft F, d. h. im Bereich £ als das angegebene Maximum der Kurve ein Radsatz ins Schleudern gerät, wobei generell dann der Schlupf groß und die auf die Schienen übertragene Zugkraft F kleiner wird. Der überschießende Teil der Zugkraft beschleunigt dann den Radsatz allein weiter. Eine moderne Schlupfregelung nutzt diesen Umstand, wobei die übertragene Zugkraft in gewissen Grenzen (hier z. B. zwischen X₁ und x„) um das Maximum der

Kurve nach Pig. 2 pendeln soll. Oer auftretende Radschlupf Δ ν ist weiterhin wesentlich abhängig vom Schienenzustand, fig. 3 zeigt in einer Kurvenschar mit den Kurven a bis d die ermittelten erfahrungsgemäßen statistischen Abhängigkeiten vom Parameter "Schienenzustand". Die Kurve d soll dabei für trockene Schiene, c für nasse Schiene, b für feuchte und verschmutzte Schiene (Laub), und die Kurve a für ölige Schiene galten. Ersichtlich sind die Kurven ähnlich, die Höhe der Maxima der übertragenen Zugkräfte nimmt von d nach a ab und die Schlupfbereiche um die Maxima verbreitern sich. Die durch die Maxima gezogene gestrichelte Kurve e gibt die maximal übertragbare Zugkraft bei verschiedenen Schienenzuständen wieder. Daraus ergibt sich die Lage der const nicht meßbaren Schlupfbereiche bei verschiedenen Schienenzuständen.

Fig. 4a gibt die Abhängigkeit des Radschlupfes Δν über der Zugkraft F als Funktion f.,(F) im ansteigenden - d. h, praktisch linearen - Teil der Kurve r.ach Fig. 2 zwischen den Punkten O und X₁ wieder. Dies ist der Bereich stabilen Mikroschlupfes. Die Fig. 4b zeigt eine schwächer ansteigende Funktion f₁(v) des Schlupfes Δν in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v. Die Funktionen f.,(F) und f₁(v) gelten im genannten Bereich zwischen den Punkten O und x^ nach Fig. 2, d. h., wenn der Radschlupf regler 5 noch nicht in Eingriff ist und somit kein Signal abgibt. In diesem Bereich hat der Radschlupf< regler 5 noch licht den Umschalter 7 betätigt, so daß der Funktionsgeber 9 die Funktionen f₁(F) und fAv) als überlagerte Korrekturwerte auf den Wegzähler 8 gibt. Ist z. B. beim Fahren dazu Schalter 11 geschlossen, erfolgt dadurch nur eine geringfügige Negativkorrektur. Beim Bremsen ist der Schalter 12 geschlossen, die Korrektur ist additiv.

Im Bereich eines Maximums übertragbarer Zugkraft F (d. h. zwischen x^ und x_g nach Fig. 2 bzw. 3) tritt ein größerer Schlupf auf. Dies würde der Radschlupfregler 5 erfassen und anfangen« auf ein übertragbares Zugkraftmaximum zu regeln. Er schaltet dabei den Umschalter 7 um, wodurch auf Funktionsgeber IO als Korrekturwertgeber umgeschaltet wird« Er verwertet im gleichen Sinne jetzt sich addiciv überlagernde Funktionen fg(F) und fg(v). Die Kurvenverläufe dafür sind in den Fig. 5a und 5b dargestellt. So zeigt Fig. 5a mit f₂(F) den Radschlupf im Maximumbereich in Abhängigkeit von der Zugkraft F und Fig. 5b mit f₂(^v) den Radschlupf im Maximumbereich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v. Die Kurve h in Fig. 5a gibt die jeweilige Lage der Maxima übertragbarer Zugkräfte F bei Veränderung der zugeführten Zugkraft wieder. Da die Schlupfregelung auf maximal übertragbare Zugkraft regelt, kann man über die übertragene Zugkraft auf den Schlupf schließen. Die Kurven nach Fig. 5a geben damit nach statistischen Erfahrungen an, wie groß der Schlupf wird, auf die die Schlupfregelung gerade regelt.

Fig. 5b zeigt entsprechend Fig. 4b auch hierbei eine geringfügige Abhängigkeit fies Radschlupfes von der Geschwindigkeit. Der Radschlupf ist von der Geschwindigkeit, wie es empirisch ermittelt wurde, nur geringfügig abhängig und nimmt mit steigender Geschwindigkeit ein wenig zu. Dies ist praktisch so zu verstehen, daß sich bei höherer Geschwindigkeit die in Fig. 3 gezeigte Kurvenschar mit der durch die Kulminationspunkte gezogene Linie e praktisch etwas parallel nach rechts verschiebt, entsprechend der strichpunktierten Linie g (die Kurve h in Fig. 5a entsprechend nach oben). Um diesen Betrag muß der Schlupf noch korrigiert werden, was in Fig. 1 im Funktionsgeber 10 durchgeführt wird.

on

Anstelle des Drehzahlgebers 6, der eine reale Treibraddrehzahl wiedergibt ι ist auch die Benutzung einer im Radschlupfregelsystem berechneten fiktiven Drehzahl, beispielsweise einer Pseudo-Laufachse nach DE-PS 34 07 309, zur Wegzählung denkbar* Eine Pseudo-Laufachsdrehzahl weist kleinere Pendelausschläge unt den Mittelwert im Kraftschlußmaximum auf als die Treibachse. Hierdurch könnte die Genauigkeit noch etwas verbessert werden. Hierbei muP aber das Berechnungsverfahren der Pseudo-Laufachsdrehzahl i der Schlupfregelung beachtet werden. Im Verfahren nach der DE-PS 34 07 309 beispielsweise stallt sich die Pseudo-Laufachsdrehzahl um einan kleinen Betrag Δη niedriger ein eis die Treibraddrehzahl, wenn ein wesentlich höherer Zugkraftsollwert vom Lokführer vorgegeben wird, als der Kraftschluß zuläßt, weil dieser Δη-Betrag der Zugkraftreduzierung proportional ist. Um diese voir, Zugkraftsollwert abhängige Differenz müßte dann der im übrigen nach dem bisher beschriebenen Verfahren gewonnene Weg-Meßwert zusätzlich korrigiert werden.

Durch die Erfindung kann mit Hilfe des ohnehin vorhandenen Radschlupfregiere 5 und des Drehzahlgebers 6 auf einfache Weise eine ausreichend genaue Geschwindigkeits- und Wegerfassung erzielt werden.

Eine evtl. für automatischen Fährbetrieb mit LZB geforderte signaltechnische Sicherheit der Geschwindigkeits- und Wegerfassung kann durch Redundanz erreicht werden, da in jedem Triebfahrzeug mehrere Radschlupfregler vorhanden sind, für jeden Treibradsatz einer oder mindestens für jede gemeinsam angetriebene Achsgruppe, im allgemeinen für jedes Drehgestell, Damit können immer mindestens zwei unabhängig voneinander

00 - ίο -

arbeitende Geschwindigkeits- und Wegerfassungssysteme ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand (evtl. mit der für die Rade.chlupfregler ohnehin vorhandenen Rechnerhardware) zur signaltechnisch sicheren Auswertung der LZB zur Verfugung gestellt werden.

Claims

-Ii-

PotentansprOche

1. Verfahren zur Geschwindigkeits- und Wegerfassung bei laufachsenlosen Triebfahrzeugen mit Zug-/Bremskraftregelung und unterlagevter Regelung des Radschlupfes, bei der die Radsätze bei Überschreitung des Kraftschlusses und Ansprechen des Radschlupfreglers über die Zug-/Bremskraft so gesteuert werden, daß sie sich im Kraftschlußoptimum oder dessen Nähe bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Drehzahlen ermittelbare schlupfbehaftete Geschwindigkeit oder der entsprechende Weg um Schlupfbeträge korrigiert wird, die unterschiedlich und abhängig vom Ansprechen oder Nichtansprechen des Radschlupfreglers sind, wobei in diesen beiden Betriebszuständen jeweils die Schlupf-Korrekturbeträge aus den dort statistisch am häufigsten vorkommenden Radschlüpfen bei bestimmten Zug-/Bremskräften Cf₁(F); f₂(F)) und Geschwindigkeiten (f-(v); fo(v)) unter Berücksichtigung der Schienenzustandsparameter bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schlupf-Korrekturbetrag während der Zeitspanne, in der der Radschlupfregler (5) nicht wirksam ist, Radschlüpfe Verwendung finden, die sich im vorderen, steil ansteigenden Teil der Kraftschlußkurve F/Δν als überlagerte Funktionen der Zug-/Bremskraft (f.,(F)) und der Geschwindigkeit (f^v)) als am häufigsten auftretend ableiten lassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schlupf-Korrekturbetrag während der Zeitspanne, in der der Radschlupf regler (5) wirksam ist und die Zug-/Bremskraft beeinflußt, Radschlüpfe Verwendung finden, die sich im oberen Teil der Kraftschlußkurve F/Δν um das Maximum

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herum als überlagerte Funktionen der Zug-/Bremskraft (fo(^F)) ^a^^s zeitliche Mittelwerte abhängig von den Schie-• nenzustandsparametern und der Geschwindigkeit (fp(^v)) ^a^^s am häufigsten auftretend ableiten lassen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet« daß anstelle von gemessenen Treibraddrehzahlen in der Schlupfregelung berechnete fiktive Drehzahlen, z. B. von "Pseudolaufachse" Verwendung finden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus fiktiven Drehzahlen ermittelte Geschwindigkeit zusätzlich um einen Betrag korrigiert wird, der den durch das Berechnungsverfahren bedingten, bekannten Abweichungen dieser fiktiven Drehzahlen von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der zu einem kraftschlußoptimalen Schlupf gehörenden Drehzahl entspricht.
6. Anordnung zur Geschwindigkeits- und Wegerfassung bei laufachsenlosen Triebfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, ddß zwei Funktionsgeber (9; 10) vorgesehen sind, an deren Eingängen jeweils die gemessene Drehzahl n, . des Radsatzes und die vorhandene Zug-/Bremskraft (F_ist) engelegt sind und deren Ausgänge über einen von Radschlupfgeber (5) steuerbaren gemeinsamen Umschalter (7) in einen Summationspunkt (13) speisen, der eingangsseitig die gemessene Drehzahl (n_ist) zugeführt erhält und ausgangsseitig mit einem Wegzähler (8) verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Umschalters (7) über zwei Parallelpfade mit einerseits einem Schalter (11) für Fahren und andererseits einem Schalter (12) für Bremsen auf verschiedene, das Vorzeichen bestimmende Eingänge des Summationspunktes (13) schaltbar ist. _-