DD286055A5

DD286055A5 - Verfahren und anordnung zur regelung der antriebs- und/oder bremskraft der fahrmotoren eines laufachsenlosen triebfahrzeuges an der kraftschlussgrenze der raeder

Info

Publication number: DD286055A5
Application number: DD89334167A
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: DE3837908A1; DE3837908C2; IT8922261A1; ES2017199A6; PT92195B; IT1237121B; IT8922261A0; PT92195A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschluszgrenze der Raeder. Es geht um ein Verfahren zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschluszgrenze der Raeder. Dabei soll der UEbergang in den instabilen Schlupfbereich ermittelt und der Radsatz dann durch Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft wieder ueber das Kraftschluszminimum hinweg in den stabilen Schlupfbereich zurueckgefuehrt werden. Um einen eng um das Kraftschluszmaximum pendelnden Verlauf des Radschlupfes in allen Betriebszustaenden zu erreichen, wird vorgeschlagen, dasz der Zeitpunkt der Beendigung der Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors aus der wieder fallenden Tendenz der real auf die Schienen uebertragenen Zug- bzw. Bremskraft erkannt wird, indem die real an den Schienen wirksame Kraft aus der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors sowie der Radsatzmasse multipliziert mit der Radsatzbeschleunigung berechnet, daraus die 1. zeitliche Ableitung gebildet und diese als Tendenzsignal mit der bei fallender Tendenz entsprechenden Polaritaet einem Schaltmittel zugefuehrt wird. Fig. 1{Regelung; Antriebs- und/oder Bremskraft; Fahrmotor, laufachsenlos; Triebfahrzeug; Kraftschluszgrenze; Schlupfbereich; Zug- bzw. Bremskraft; Radsatzbeschleunigung}

Description

- 1 - Berlin, den 23. 1. 1990 73 048/13

Verfahren und Anordnung zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschlußgrenze der Räder

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschlußgrenze der Räder, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definiert ist.

Charakteristik des bekannten Stande») der Technik

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE-PS 34 07 309 bekannt. Bei diesem Verfahren ist eine recht genaue Einstellung der Betriebsparameter erforderlich, um die Abweichungen vom Kraftschlußmaximum in Grenzen zu halten. Insbesondere ist es schwierig, die Parameter zur Erzielung optimalen Verhaltens an die unterschiedlichen Betriebszustände anzupassen.

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung»liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Antriebs- und/oder Bromskraft

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Zb 055

der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschlußgrenze der Räder zu verbessern und toleranter zu machen und einen möglichst eng um das Kraftschlußmaximum pendelnden Verlauf dos Radschlupfes in allen Betriebszuständen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der jeweilige Zeitpunkt der Beendigung der Reduzierung der Antriebs· bzw. Bremskraft des Motors (Fm₀*.) aus der wieder fallenden Tendenz der real auf die Schienen übertragenen Zug- bzw. Bremskraft (F₂ bzw. F„) erkannt wird, in dem die real an den Schienen wirksame Kraft (F₂ bzw. F_ß) am Radaufstandspunkt aus der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors (F_Mot) sowie der Radsatzmasse (^mo_aHsatz) multiplizi "lit der gemessenen Radsatzbeschleunigung (⁸DQd₉Qt₂) bb.echnet, aus diesem Wert in einem Differenzierglied die 1. zeitliche Ableitung gebildet und diese als Tendenz-Signal mit der bei einer fallenden Tendenz entsprechenden Polarität (+ bzw. -) einem Schaltmittel zugeführt wird, das die Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors (F_Mot) bei Überschreitung eines Grenzwertes aufhebt.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines ersten Differenziergliedes, das für dia erste zeitliche Ableitung der ermittelten Antriebs- oder Bremskraft vorgesehen ist,-in der einer fallenden Tendenz entsprechenden Polarität an einen Schwellwertschalter angelegt ist, der das Signal für die zusätzlich entgegenwirkende Eingangsgröße zum Integrator abschaltet.

Nach einer anderen Ausführ ;ngsform ist es vorteilhaft, daß aus einer Achsdrehzahl f__ot über ein zweites Differenzier-

Ub O SS

glied die Achsbeschleunigung ermittelt und dieser Wert als negative Größe - für Fahren direkt und für Bremsen über einen Invertierer - einem Summationspunkt zugeführt ist« an dem das gemessene Motordrehmoment Md₁ als positive Größe anliegt und dessen Ausgang« an dem eine berechnete Zug- bzw. Bremskraft (F-, F_) abnehmbar ist, über das erste Differenzierglied und ein Negationsglied an den Schwellwertschalter angeschlossen ist« der mit einem Steuerschalter verbunden ist« über den das Signal für die zusätzlich entgegenwirkende Eingangsgröße zum Integrator abschaltbar ist.

Nach einem weiteren Merkmal ist die Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß das der Grenzwertstufe entnehmbare Signal Ii an einen ersten Eingang eines ODER-Gatters gelegt ist

2. über ein ansprechverzögertes Zeitglied einen vor dem Eingang zur Grenzwertstufe liegenden Schalter mit Ruhekontakt ansteuert und

3. auf den Setzeingang eineu ersten Zeitgliedes, geschaltet ist, das über ein zweites Zeitglied einen weiteren Schalter betätigt, der die erste oder über ein 3. Differenzierglied gewonnene zweite zeitliche Ableitung der Differenzgeschwindigkeit über eine Maximalwertauswahlstufe auf einen Schmitt-Trigger schaltet, der über den Steuerschalter mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters verbunden is';.

Bei oiner anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das 3. Differenzierglied an den Ausgang der Differenziervorrichtung für die erste zeitliche Ableitung der Differenzgeschwindigkeit über einen Invertierer angeschlossen.

Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das

itboss

-ΑΙ. Zeitglied ausschaltverzögert arbeitet und daß soin Ausgang an ein einschaltverzögertes Zeitglied angeschlossen und der Reseteingang über einen Invertierer mit dem Ausgang des ODER-Gatters verbunden ist.

Der Anspruch 2 bezieht sich auf eine spezielle Ausgestaltung mit einem Integrator als Pseudolaufachse, wie sie auch der DE-PS 34 07 309 zugrundeliegt. Für eine derartige Anordnung wird das Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 weitergebildet.

Die Erfindung k&nn bei allen Fahrmotoren angewendet werden, deren Motoren drehmoment- oder stromgeregelt betrieben werden. Voraussetzung ist hierzu, daß die Motorregelung reaktionsschnell ist, so daß die bei Drehmomentänderungen auftretenden Verzögerungszeiten genügend kurz gegenüber den Zeitabläufen bei Schleuderansätzen bleiben.

Ausführungsbeispiele

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im Nachstehenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild für die Regelung einer Treibachse mit wöchselrichtergespeistem Drehstrom-Fahrmotor;

Fig. 2: Zugkraftverläufe über dem Radschlupf.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Wechselrichter bezeichnet, der einen Drehstromfahrmotor 2 speist. Die Achsdrehzahl wird z. B. von einer Tachometermaschine 3 (oder einem Drehimpulsgeber mit Auswerter) erfaßt. An einen Eingang 4 ist der in der An-

triebsregelung aus dem Drehmomentsollwert abgeleitete Sollwert für die Schlupffrequenz f_s ,, des Motors gelegt. Bei 5 liegt anstelle der echt gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund jetzt eine Pseudo-Laufachsdrehzahl an, die an der Subtraktionsstelle 6 mit der gemessenen Achsdrehzahl aus der Tachometermaschine 3 verglichen wird. Die in der Subtraktionsstelle 6 ermittelte Drehzahldifferenz wird in einem Multiplizierer 7 mit einem geeigneten, bei θ eingegebenen konstanten oder von Geschwindigkeit und/oder Zugkraft abhängigen Faktor bewertet.

Der erhaltene Wert wird in einer Subtraktionsstelle 9 vom Sollwert der Motorschlupf frequenz f_g ,, abgezogen. In einem Summierer IO wird als Summe aus Rotationsfrequenz f_rot und gewünschter Motorschlupf frequenz die Wechselrichterfrequenz alo Ständerfrequenz des Fahrmotors 2 gebildet.

Bei 11 wird der Wert der erwarteten Beschleunigung bzw. Verzögerung zugeführt, abgeleitet aus der Zug- bzw. Bremskraft und der Fahrzeugmasse. In Lokomotive ist hierfür die Anhängelast zu berücksichtigen, was mit einer automatischen Adaptierung erfolgen kann. Dieser Wert wird in einem Integrator 13 zu einem Drehzahlwert einer Pseudo-Laufachse integriert. Der Integrator 13 ist so dimensioniert, daß er um einen kleinen Toleranzbereich schneller integriert, als es der Fahrzeugbeschleunigung entspricht, so daß die-Pseudo-Laufachsdrehzahl der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit langsam vorauslaufen würde. Der Integrator 13 erhält deshalb eine zusätzliche Rückführung über einen Komparator 14, die Schaltstellen 15 und 16, sowie die Einweg-Gleichrichter 17; 18 oder andere, jeweils nur Signale einer Polarität durchlassende Anordnungen, sowie eine Additionsstelle 12. Im'Komparator 14 wird der Inte-

gratorausgang, d. h. die Pseudo-Laufachsdrehzahl mit der Drehzahl der wirklichen Achse verglichen. Positive Differenz (xL h. die Pseudo-Laufachse läuft schneller) wird nur im Betriebszustand "Fahren" (15 geschlossen) über 17 an den Integrator 13 gegeben und steuert dann die Pseudo-Laufachse herunter, bis diese mit der Drehzahl der wirklichen Achse übereinstimmt. Negative Differenz (d. h. Pseudo-Laufachse läuft langsamer) wird nur im Zustand "Bremsen" (16 geschlossen) über 18 an den Integrator 13 gegeben und steuert dann die Pseudo-Laufachse aufwärts, bis Obereinstimmung mit der wirklichen Achse vorliegt. Hierdurch wird der Integratorausgang, solange die wirkliche Achse rollt, nicht mehr beschleunigt oder verzögert als das Fahrzeug. Die Drehzahlwerte stimmen überein, und an dor Subtraktionsstelle 6 treten keine Drehzahldifferenzen auf.

Bei auftretendem Radschlupf wird im Zustand "Fahren" letztlich die Achse stärker beschleunigen als das Fahrzeug. Der Integrator 13 kann jetzt nicht über die Rückführung mitgenommen werden, weil bei 17 ein Signal dieser Polarität nicht durchgelassen wird. Es entsteht an der Subtraktionsstelle 6 eine Drehzahldifforenz, wie zwischen Treibachse und einer echten Laufachse. Beim Bremsen kehrt sich die Polarität der Differenz um, wodurch das Rückführungssignal über 16; 18 geleitet wird. Des an der Subtraktionsstelle 6 auftretende Drehzahldifferenzsignal steuert dann, wie zu den Bezugszeichen 1 bis 10 beschrieben, das Drehmoment des Fahrmotors.

Detzt hat die Pseudo-Laufachsdrehzahl bereits einen Wert erreicht, der nicht mehr die Geschwindigkeit über Grund, sondern d9r einer sich bereits mit einem Schlupf auf der Schiene drehenden Achse entspricht, wie er zur Übertragung der maxi-

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mal möglichen Zugkraft notwendig ist. Während der Entstehung dieses Schlupfes· d. h. vom reinen Rollen der Treibachse an v/ird diese bereits kaum meßbar stärker beschleunigt als das Fahrzeug. Der Integrator 13 kann je<Och bis dahin noch der Achsdrehzahl folgen. Eine stärkere Beschleunigung der Treibachse setzt erst dann ein, wenn diese den Schlupf de3 maximalen Reibwertes überschritten hat.

Ohne weitere Maßnahmen würde nun der Pseudo-Laufachsintsgrator 13 frei weiterlaufen, wobei die Pseudo-Laufachse allmählich gegenüber dem Fahrzeug immer schneller wird. Die Treibachse würde ebenfalls immer größeren Schlupf annehmen und schließlich ins Schleudern geraten.

Dies zu verhindern ist die Regelung so ausgelegt, daß der Radsatz oder die Radsatzgruppe durch Reduzierung der Antriebskraft des Motors (F_Mot) (oder Bremskraft beim Bremsen) über das Kraftschlußmaximum hinweg wieder in den stabilen Schlupfbereich zurückgeführt wird. Hierbei bilden 19, 20 und 21 eine Umpolvorrichtung, die im Bremsbetrieb die Polarität des Drehzahldifferenzsignals tauscht. Mit 22 ist eine Differenziervorrichtung bezeichnet, die die erste zeitliche Ableitung des Drehzahldifferenzsignals bildet. Mit 40 ist ein Verzögerungsglied 1. Ordnung bezeichnet, das den Ac tleg des Ausgangssignals von 22 etwas verflacht. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 40 ist des weiteren über einen elektronisch betätigten Schalter 41 mit Ruhekontakt auf eine Grenzwertstufe A3 geführt, die ein binäres Signal auf ein ODER-Gatter 44 ausgibt. Eine Rückführung führt auf ein Zeitglied 42, das nach Erreichen einer Ansprechverzögerung den Schalter 41 öffnet und nach Ablauf einer weiteren Verzögerungszeit diesen wieder schließt. Damit werden unerwünscht lange Signale

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ausgeschlossen» im Sinne einer Prozeßüberwachung. Das JDER-Gatter 44 geht auf einen Schalter 31 und über einen Invertierer 45 auf den Reset-Eingang eines Zeitgliedes 46 mit Ausschaltverzögerung, das vom Ausgang der Grenzwertstufe 43 gesetzt worden ist. Das Zeitglied 46 stößt ein weiteres Zeitglied 47 an, das eine Einschaltverzögerung aufweist. Ober Zeitglied 47 wird ein weiterer Schaltsr 48 betätiat, der den Ausgang einer Maximalwertausw r<lstufe 5.1 an einen Schmitt-Trigger 52 legt und diesen au löst, wodurch über einen Steuerschalter 53 ein weiteres Signal auf ODER-Gatter 44 gelangen kann. Die Maximalwertauswahlstufe 51 erhält von der Differenzinrvorrichtung 22 und einem nachgeschalteten Invertierer 49 einerseits ein direktes Eingangssignal und andererseits ein über ein 3. Differenzierglied 50 zusätzlich differenziertes Eingangssignal. Die Maximalwertauswahlstufe 51 läßt dabei nur daa Signal mit dem größeren Wert von beiden durch. Der Steuerschalter 53, über den das Signal von Schmitt-Trigger 52 auf das ODER-Gatter 44 gelangen kann, wird von einer Auslösestufe betätigt, die aus den Elementen 54, 55, 56, 57, 58 besteht, wobei die gemessene Achsdrehzahl f und z. B. das gemessene Motordrehmoment Md. Verwendung finden.

Die Achsdrehzahl f wird in einem 2- Differenzierglied 54 differenziert und als Achsbeschleur.,gung a_R . über Schalter (direkt beim Fahren bzw. invertiert beim Bremsen) einem Summationspunkt 55 zugeführt, an dem auch das gemessene Motordrehmoment Md. anliegt. Der Ausgang von Cumiiiationspunkt 55 ist die berechnete Zugkraft F_z, die dae Rad im selben Zeitpunkt auf die Schiene überträgt. Bei einem Schleudern ergibt sich eine Kraftverteilung, bei der nur ein Teil der Zugkraft noch auf die Schiene übertragen wird und der über-

schüssige Teil die rotierende Radmasse beschleunigt. Umgekehrt wird bei einem Verzögern des Radsatzes die kinetische Energie wieder frei für Zugkraftübertragung und addiert sich zum Motordrehmoment. 0. h. man muß - wenn mon die reale, auf die Schiene übertragene Zugkraft ermitteln will - die kinetische Energie des Radsatzes berücksichtigen. Dies geschieht indem man im Summationspunkt 55 zur gemessenen Motorzugkraft F_M «. bzw. dem Motordrehmoment Md.„. die (ebenfalls ge-Mot ist ^{v ö}

messene) Radsatzbeschleunigung ι mit der Radsatzmasse entsprechend bewertet, hinzuaddiert (beim Fahren negativ, beim Bremsen positiv, wie in 54, 59, 55 dargestellt).

Der so ermittelte Zugkraftwert F- wird in einem 1. Differenzierglied 56 differenziert und über ein Negationsglied 57 einem Schwellwertschalter 58 zugeführt, der den bewußten Steuerschalter 53 steuert. Nur bei negativem Ausgang des 1. Differenziergliedes 56, d. h. bei abnehmender übertragener Zugkrafc, spricht der Schwellwertschalter 58 an, wodurch das ODER-Gatter 44 über den b-Eingang kein weiteres Eingangs signal erhält und - wenn am a-Eingang zu diesem Zeitpunkt ebenfalls kein Eingangssignal ansteht - kein Ausgangssignal mehr abgibt. Dadurch wird das 1. Zeitglied 46 über den Reset Einc,ang zurückgesetzt. Es wird erst wieder eingeschaltet, wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung die Grenzwertstufe 43 auslöst und über das ODER-Gatter 44 den Schalter 31 zur Beeinflussung des Pseudo-Laufachsintegrators 13 betätigt, d. h. ein neuer Schleuderansatz beginnt.

Die Anordnung wirkt wie folgt:

Wenn am Differenzbildner 6 eine Drehzahldifferenz erscheint, haben die Räder, wie vorstehend beschrieben, den Schlupf auf den Schienen überschritten, der die größte Kraftübertragung

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ermöglicht. Sie laufen in den instabilen Schlupfbereich ein« d. h. mit noch größer werdendem Schlupf wird der Haftwert wieder kleiner. Der jetzt größer werdende Drehmomentüberschuß beschleunigt die im Vergleich zur Fahrzeugmasse nur kleine rotierende Masse des Radsatzes mit Fahrmotor relativ schnell. Der Anstieg der Drehzahldifferenz wird im Differenzierer 22 erfaßt und bringt über das Verzögerungsglied 40 (zur Ausfilterung kurzzeitiger Störungen), und den Schalter 41 die Grenzwertstufe 43 zum Ansprechen. Deren Ausgangssignal betätigt über das ODER-Gatter 44 den Schalter 31, wodurch ein aus dem erwarteten Beschleunigungswsrt 11 und einer dazu addierten Konstanten (bei 33) gebildetes und im Invertierer 34 invertiertes Signal über die Zeitstufe 32 und das Additionsglied 12 am Eingang des Integrators 13 wirksam wird. Die Zeitstufe 32 läßt einen Teil des Signals sofort passieren, den Rest mit einer Verzögerung erster Ordnung bis zur vollen Höhe ansteigen. Eine Abfallverzögerung für das Signal enthält die Zeitstufe 32 nicht, wie symbolisch angedeutet. Der Integrator 13 wird dadurch langsamer und beginnt, sobald das Zusatzsignal das direkte Signal übersteigt, in umgekehrter Richtung zu integrieren. Die Pseudo-Laufachsdrehzahl wird damit kleiner. Hierdurch steigt zwar die Drehzahldifferenz an der Subtraktionsstelle 6 zunächst noch schneller an, gleichzeitig wird jedoch mit dem größeren Drehzahldifferenzsignal auch das Drehmoment des Fahrmotors stärker reduziert. Die weitere Beschleunigung des Radsatzes hurt dadurch auf, der Radsatz beginnt sich wieder zu "fangen", d. h. in den stabilen Schlupfbereich zurückzulaufen. Da sich hierbei die Radsatzdrehzahl wieder der Pseudo-Laufachsdrehzahl nähert, wird auch das Drehzahldifferenzsignal an der Subtraktionsstelle 6 wieder kleiner. Die Abwärtssteuerung des Integrators 13 über den Schalter 31 muß jedoch noch so lange auf-

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rechterhalten werden ι bis der Radsatz wieder den stabilen Schlupfbereich erreicht hat, d. h. über das Haftwert-Maximum der Haftwert/Schlupfkurve zurückgelaufen ist. Anderenfalls würde das System im instabilen Bereich verbleiben und schließlich doch ins Schleudern geraten.

Diesem Zweck dient der Schmitt-Trigger 52, der durch den Invertierer 49 für negatives — , also Verringerung des Drehzahldifferenzsignals empfindlich ist und sein Signal ebenfalls an das ODER-Gatter 44 abgibt. Er wird nach Ansprechen der Grenzwertstufe 43 nach Ablauf des 2. Zeitgliedes 47 und einem weiteren Schalter 48 wirksam. Ober das 3. Differenzierglied 50 erhält der Schmitt-Trigger 52 mittels der Maximalwertauswahlstufe 51 ein zusätzliches voreilendes Signal« wodurch er schon ansprechen kann, bevor die Grenzwertstufe 43 wieder zurückgefallen ist. Hierdurch wird eine Lücke im Ausgangssignal des ODER-Gatters 44 beim Nulldurchgang des

-Signals vermieden. Dies könnte auch - alternativ durch eine zusätzliche Abfallverzögerung der Grenzwertstufe 43 bei Wegfall der Elemente 50 und 51 erreicht werden. Durch die Verzögerungszeit des 2. Zeitgliedes 47 kann der Schmitt-Trigger 52 erst ansprechen« wenn die Grenzwertstufe 43 um diese Mindestzeit eingeschaltet hatte; dadurch bleiben kurzzeitige Störungen« die keine wirklichen Schleuderansätze darstellen« hier ohne weitere Wirkung. Die Rückfallzeit des 1. Zeitgliedes 46 sorgt dafür, daß der Schmitt-Trigger 52

gg

während einer angemessenen Dauer des negativen — - -Signals wirksam bleiben kann« wenn die Grenzwertstufe 43 schon wieder ausgeschaltet hat.

Damit erhält der Schmitt-Trigger 52 dv ο Zusatzsignal für den Pseudo-Laufachs-Integrator 13 so lange aufrecht, bis das

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(negative) — -Signal wieder durch Null geht.

f-]it der erfindungsgemäßen Zusatzanordnung aus den Elementen 54 bis 58 (bzw. 59), die aus dem Schwellwertschalter 58 immer dann ein Signal abgibt, wenn die auf die Schienen übertragene Zugkraft eine fallende Tendenz zeigt, wird eine genauere Bestimmung des Zeitpunktes möglich, in dam der Radsatz über das Kraftschlußmaximum wieder in den stabilen Schlupfbereich einzulaufen beginnt. Genau in diesem Zeitpunkt erscheint das Signal am Schwellwertschalter 58 und schaltet mittels des Steuerschalters 53 ein am Schmitt-Trigger 52 noch anstehendes Signal ab, wodurch das Zusatzsignal des Integrators 13 der Pseudo-Laufachse unterbrochen wird und diese wieder beschleunigen kann.

Anhand der Fig. 2 sollen die Vorgänge weiter veranschaulicht werden* Die Fig. 2 zeigt eine Kraftschlußkurve H für eine übertragbare Zugkraft F zwischen Rad und Schiene in Abhängigkeit vom Schlupf ^n oder Δν, Die Wirkungsweise ist hierbei für den Fall dargestellt, daß der Zugkraftsollwert relativ dicht über der Kraftschlußgrenze liegt. Mit (loJ) bis (lOÖ sind nacheinander durchlaufende Drehmoment/Drehzahlarbeitspunkte des Radsatzes bezeichnet. Die Bezugszeichen 101* bis 106' sind die entsprechenden Punkte auf der Sollwertlinie, durch die von der Motorregelung jeweils die Motorkennlinien 101" bis 106" gelegt sind. Die waagerechten Pfeile von den Motorkennlinien (z. B. 101") zu den zugehörigen Arbeitspunkten (z. B. uLQj) ) zeigen, wieviel dasAn-Signal die jeweilige Motorkennlinie über die Elemente 7, 9 und 10 nach Fig. 1 verschoben hat. Die Pfeillänge ist also dem Δη-Signal proportional.

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Der Vorgang sei vom Arbeitspunkt' 0.OJj ausgehend betrachtet, da die Soll-Zugkraft als Rad-Umfangskraft auf der Schiene etwas höher liegt als die nach der Kraftschlußkurve bei knapp 2 km/h Schlupf maximal übertragbare Zugkraft, beginnt der Radsatz nach dem Maximum in den instabilen Schlupfbereich zu laufen. Durch die größere Beschleunigung iet bereits ein kleines Δη entstanden; vgl. die Motorkennlinie 101", ist etwas nach rechts verschoben und die Zugkraft von 101' auf U.Öl) verringert. Der verbleibende Zugkraftüberschluß von /ίθί bis zur Kraftschlußkurve H beschleunigt den Radsatz weiter; wobei nur die Restzugkraft bis zur Kraftschlußkurve als Zugkraft wirksam wird. Der Radsatz beschleunigt entlang dem Kurvenstück 107, wobei der Δη-Wert zu- und die Zugkraft abnimmt, wie die veränderten Werte z. B. bei ü.02 zeigen. Das ansteigende Δη-Signal bringt die Grenzwertstufe 43 in Fig. 1 zum Ansprechen und löst damit die Umkehr des Pseudo-Laufachs-Integrators 13 aus.

Die Pseudo-Laufachsdrehzahl wird rückläufig, dadurch wird das Δη-Signal zunächst noch größer und reduziert die Zugkraft über die Regelung so weit, daß diese die Kraftschlußkurve H unterschreitet. Der Zugkraftüberschuß wird negativ, d. h. der Radsatz beginnt zu verzögern und wieder dem Kraftschlußmaximum zuzustreben. Die dabei durchlaufenen Punkte ttOj) und U.03 zeigen, daß das Δη-Signal wieder kleiner wird. Der Radsatz nähert sich wieder der Drehzahl der Pseudc~-L.auf achse; er verlangsamt sich allerdings schneller als diese bei nun wieder steigender Zugkraft. Nach Durchlaufen des Punktes ^.OJy in Richtung uOa wird η nicht mehr kleiner. Zu diesem Zeitpunkt muß der Eingriff in die Pseudo-Laufachse möglichst schnell gestoppt werden, d. h. der Eingriff über die Elemente 33, 34, 31, 32, 12. geht über Null und wird schließ-

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lieh wieder positiv· Dieser Nulldurchgang wird von den Elementen 50» 51, 52 erfaßt. Der Schmitt-Trigger 52 schaltet zurück, und die Pseudo-Laufachse beschleunigt wieder. Der Radsatz läuft mit steigender Zugkraft wieder auf den Punkt (lOy zu, und der Vorgang beginnt von neuem. Auf diese Weise pendelt der Radsatz ständig um das Kraftschlußmaximum herum, solange es vom vorgegebenen Drehmomentensollwert überschritten wird. Es kommt nun darauf an, diesen Pendelbereich möglichst eng zu halten. Hierzu ist eine genaue Dosierung des Eingriffs in den Pseudo-Laufachs-Integrator 13 notwendig. Ist der Eingriff zu stark, wird die Pseudo-Laufachs-Drehzahl zu schnell zurückgeführt, dann erfolgt der Nulldurchgang von

^{8r3t etwas} später, und der Arbeitspunkt in Fig. 2 läuft über 6.0a hinaus weiter nach links auf der Kurve H. Die Zugkraft wird viel zu stark reduziert, ehe die Pseudo-Lauf achse wieder beschleunigen kann. Bei zu schwachem Eingriff, also zu langsamem Zurückführen der Pseudo-Laufachse, kann der Nulldurchgang schon vor dem Passieren des Maximums der Kraftschlußkurve H, rechts vom Punkt 6.09 in Fig. 2, erfolgen. Dann bleibt das System im instabilen Schlupfbereich, und die Regelung versagt durch "schleichendes" Durchgehen des Treibradsatzes. Diese Abstimmung war bisher kritisch, zumal die Kraftschlußkurve von der Oberflächenbeschaffenheit der Schiene abhängig ist.

Durch die Erfindung werden die Abstimmung&echwierigkeiten entschärft« indem nun der Eingriff in die Pseudo-Laufachse großzügig bemessen werden kann. Der richtige Zeitpunkt seiner Beendigung, der nach dem bisherigen Verfahren dann zu spät ermittelt würde, wird jetzt durch die überlagerte Funktion, bei der in Abhängigkeit von der Radsatzdrehzahl und dem Motordrehmoment die wirkliche Zugkraft und ihre Tendenz berechnet wird, genauer als vorher such bei bestmöglicher Einstellung bestimmt. Durch die Ansteuerung des Steuerschalters 53 wird dann das Eingriffssignal abgeschaltet.

Claims

- 15 - Patentansprüche X. Verfahren zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschlußgrenze der Räder« bei dem für jeden angetriebenen Radsatz oder jede angetriebene Radsatzgruppe in sich wiederholenden Spielabläufen jeweils durch Steigerung der Antriebs- bzw. Bremskraft der Obergang in den instabilen Schlupfbereich anhand der einsetzenden stärkeren Beschleunigung (Verzögerung) ermittelt, der Radsatz oder die Radsatzgruppe dann durch Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft wieder über das Kraftschlußmaximum hinweg in den stabilen Schlupfboreich zurückgeführt wird und anschließend die Antriebs- bzw. Bremskraft nach Beendigung der Reduzierung wieder eine Steigerung erfährt, usw., dadurch gekennzeichnet« daß der jeweilige Zeitpunkt der Beendigung der Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors (FM„t) aus c'er wieder fallenden Tendenz der x not' real auf die Schienen übertragenen Zug- bzw. Bremskraft (Fy bzw. Fß) erkannt wird, in dem die real an den Schienen wirksame Kraft (Fz bzw. F_) am Redaufstandspunkt aus der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motors (>cMot) sowie der Radsatzmasse (mRa(jgatz) multipliziert mit der gemessenen Radsatzbeschleunigung (aDacj8atz) berechnet, aus diesem Wert in einem Difforenzierglied die 1. zeitliche Ableitung gebildet und diese als Tendenz-Signal mit.der bei einer fallenden Tendenz entsprechenden Polarität (+ bzw. -) einem Schaltmittel zugeführt wird, das die Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskraft des Motor"· i^Mot) bsi Überschreitung eines Grenzwertes aufhebt.

1. an einen ersten Eingang (a) eines ODER-Gatters (44) gelegt ist,

2. über ein ansprechverzögertes Zeitglied (42) einen vor dem Eingang zur Grenzwertstufe (43) liegenden Schalter (41) mit Ruhekontakt ansteuert und

2. Anordnung zur Regelung der Antriebs- und/oder Bremskraft

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der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeuges an der Kraftschlußgrenze der Räder, wobei das Triebfahrzeug mit einem Integrator als Pseudolaufachse ausgerüstet ist, bei der jeweils die Differenz der Auegangsgröße des Integrators und der Drehzahl einer zugeordneten Treibachse als Maß des Radschlupfes und zur Reduzierung des Antriebsoder Bremsmomentes dient, bei der mittels einer Differenziervorrichtung über die erste zeitliche Ableitung der Drehzahldifferenz der Obergang in den instabilen Schlupfbereich anhand der einsetzenden stärkeren Beschleunigung erfaßbar ist und bei der eine Grenzwertstufe vorgesehen ist, deren Signal dem Integrator eine zusätzliche, dem zugeführten Sollwert für Beschleunigung oder Verzögerung entgegenwirkende Eingangsgröße bis zum Rücklauf in den stabilen Schlupfbereich aufschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines ersten Differenziergliedes (56), das für die erste zeitliche Ableitung der ermittelten Antriebs- oder Bremskraft vorgesehen ist, in der einer fallenden Tendenz entsprechenden Polarität a;i einen Schwellwertschalter (58) angelegt ist, der das Signal für die zusätzlich entgegenwirkende Eingangsgröße zum Integrator (13) abschaltet.

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Achsdrehzahl f_pot über ein zweites Differenzierglieu (54) die Achsbeschleunigung ermittelt und dieser Wert als negative Größe - für Fahren direkt und für Bremsen über einen Invertierer (59) - einem Summationspunkt (55) zugeführt ist, an dem das gemessene Motordrehmoment ^Mdist ^a^^s P^ositive Größe anliegt und dessen Ausgang, an dem eine berechnete Zug- bzw. Bremskraft (F₂, F„) abnehmbar ist, über das erste Differenzierglied (56) und ein Negationsglied (57) an den Schwellwertschalter (58) ange-

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schlossen ist« der mit einem Steuerschalter (53) verbunden ist, über den das Signal für die zusätzlich entgegen-• wirkende Eingangsgröße zum Integrator (13) abschaltbar ist.

3. auf den Setzeingang eines ersten Zeitgliedes (46) geschaltet ist, das über ein zweites Zeitglied (47) einen weiteren Schalter (48) betätigt, der die erste oder über ein 3. Differenzierglied (50) gewonnene zweite zeitliche Ableitung der Differenzgeschwindigkeit über eine Maximalwerteuswahlstufe (51) auf einen Schmitt-Trigger (52) schaltet, der über den Steuerschalter (53) mit einem zweiten Eingang (b) des ODER-Gatters (44) verbunden ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Grenzwertstufe (43) entnehmbare Signal

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das 3. Differenzierglied (50) an den Ausgang der Differenziervorrichtung (22) für die ersto zeitliche Ableitung der Differenzgeschwindigkeit über einen Invertierer (49) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4,. dadurch gekennzeichnet, daß das 1. Zeitglied (46) ausschaltverzögert arbeitet und daß sein Ausgang an ein einschaltverzögertes Zeitglied (47) angeschlossen und der Reseteingang über einen Invertierer (45) mit dem Ausgang des ODER-Gatters (44) verbunden ist.

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