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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antischlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug im Schienenbetrieb durch gummibereifte Antriebsräder angetrieben wird, die über mindestens einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben werden, und die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors über einen Drehzahlregler erfolgt, der einen Sollwert von einem Sollwertgeber sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert des Antriebsstrangs erhält und eine Antriebsschlupfregelung aufweist.
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Als Zweiwegefahrzeuge sind Fahrzeuge bekannt, die sowohl auf einer normalen Verkehrsfläche, wie einer Straße, als auch auf Gleisen bzw. Schienen fahren können. Derartige Fahrzeuge sind zumeist Wartungsfahrzeuge, Baumaschinen oder Fahrzeuge für den Rangierdienst. Zweiwegefahrzeuge für den Rangierdienst werden überwiegend in Industriegeländen mit Gleisanschluss eingesetzt, um einzelne Güterwaggons bis hin zu ganzen Zügen auf den Gleisanlagen des Werksgeländes an ihre Be- und Entladeposition innerhalb des Werksgeländes bewegen zu können. Hierbei ist die Eigenschaft, auf eigener Achse auf Verkehrsflächen zwischen verschiedenen Punkten der Gleisanlagen versetzt werden zu können, sehr vorteilhaft, da die Gleisanlagen eines Werksgeländes im Regelfall nicht so umfangreich mit Weichen und Gleisverbindungen ausgestattet sind, dass ein Rangieren allein mit schienengeführten Fahrzeugen in jedem Fall möglich wäre.
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Neben verbrennungsmotorisch angetriebenen Lastkraftwagen als Zweiwegefahrzeugen sind auch Zweiwegefahrzeuge mit elektrischem Antrieb bekannt, mit denen es möglich wird, auch innerhalb von Hallen Waggons auf Gleisen verschieben zu können und die mit Verbrennungsmotoren verbundenen Abgase zu vermeiden. Eine genutzte Ausführungsform der elektrisch angetriebenen Zweiwegefahrzeuge ist ein Fahrzeug mit zwei vollgummibereiften Starrachsen, deren Räder nicht gelenkt werden können. Ein Lenken auf Verkehrsflächen erfolgt dann durch einen Einzelradantrieb mit voneinander differenzierenden Drehzahlen bis hin zu einem Drehen auf der Stelle, indem die Räder der einen Seite mit abweichenden Drehzahlen oder entgegengesetzt angetrieben werden zu denen der anderen Seite. Auch wenn solche Zweiwegefahrzeuge ein nicht unerhebliches Eigengewicht haben, so sind diese Gewichte jedoch schon im Vergleich zu einer Rangierlokomotive und zu dem Gewicht zumindest mehrerer gekoppelter Waggons bzw. kurzer Züge relativ klein. Es steht daher nur ein geringes Reibungsgewicht für die Erzeugung der Zugkraft durch die Antriebsräder auf Schienen zur Verfügung, auf dessen Grundlage eine maximale Zugkraft gewährleistet werden soll, um möglichst viele Waggons bzw. eine große Anhängelast schieben oder ziehen zu können.
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Ein Fahrzeug kann grundsätzlich seine maximale Zugkraft nur dann erreichen, wenn alle angetriebenen Räder nicht durchrutschen und unter maximaler Ausnutzung der jeweiligen Radlast und des Reibungskoeffizienten aller angetriebenen Räder, wenn folglich das gesamten Reibungsgewicht für den Vortrieb genutzt wird. Es ist daher bekannt, eine Antriebsschlupfregelung einzusetzen. Bei Schienenfahrzeugen ist die Gewährleistung der Spitzenzugkraft gegenüber einem Straßenfahrzeuge wesentlich problematischer, weil die Haftreibung der Kontaktpartner Rad zu Schiene auch bei einer Kombination eines gummibereiften Reifens mit einer Stahlschiene nur geringe Haftreibungskoeffizienten aufweist, die beispielsweise bei Nässe nochmals sich stark verringert. Dies erfordert für eine Antischlupfregelung genaue Regelkreise.
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Bekannt sind Antischlupfregelungen mit direkter oder indirekter Drehmomentverringerung des Antriebs. Bei einer Antischlupfregelung mit einer direkten Drehmomentregelung sowie Verringerung des Drehmoments im Falle eines unerwünschten Durchrutschens des Rades, wird durch das System als Sollwert ein gewünschtes Soll-Drehmoment vorgegeben. Bei dem hierdurch angesteuerten elektrischen Antrieb mit Drehmomentregelung wird das Ist-Drehmoments erfasst und durch den elektrischen Antrieb der mechanische Antriebsstrang mit den Antriebsrädern angetrieben. Ein Drehzahlsensor am Rad erfasst die Ist-Drehzahl, die mit einer erwarteten Drehzahl verglichen wird. Die erwartete Drehzahl wird durch ein Modell des Referenzsystems als sogenannter Beobachter gebildet. Zu einem Durchrutschen des Antriebsrades kann es kommen, wenn das Lastmoment an dem Antriebsrad kleiner ist als das Ist-Drehmoment des elektrischen Antriebs. Wenn daher bei glatter oder nasser Fahrbahn bzw. Schienenoberfläche das Lastmoment sich zu weit verringert, steigt die Ist-Drehzahl an und das Antriebsrad beginnt durchzurutschen. In diesem Fall bewirkt die unzulässig hohe Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl entsprechend dem durch den Beobachter bestimmten Wert eine Korrektur des Antriebsdrehmoments, indem der Sollwert für die Drehmomentregelung des elektrischen Antriebs korrigiert wird. Bei einem durchrutschen des Antriebsrades beim Beschleunigen wird somit das Rad so lange verzögert, bis kein Schlupf mehr auftritt.
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Bei einer bekannten Antischlupfregelung mit einer indirekten Drehmomentverringerung besteht grundsätzlich der gleiche Aufbau mit dem Unterschied, dass als Sollwert für den Antrieb eine Soll-Drehzahl von einem Fahrkommandogeber, etwa einem Gaspedal oder einer sonstigen Eingabevorrichtung, vorgegeben wird. Der elektrische Antrieb wird dann durch einen Drehzahlregler mit einer zusätzlichen Rückkoppelung der Ist-Drehzahl umgesetzt. Die Drehmomentkorrektur erfolgt bei dieser Ausführungsform über die Begrenzung des Drehzahlreglers, der wiederum die Vorgaben für das Drehmoment des elektrischen Antriebs verändert, etwa limitiert bzw. reduziert, um die Solldrehzahl zu erreichen.
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Bei beiden Varianten ergibt sich eine korrekte Drehmomentbilanz im Antriebssystem, die zu einem schlupffreien Antrieb führt, wie folgt:
wobei J
S das Trägheitsmoment des Systems darstellt sowie M
motor das Motordrehmoment und M
last das Lastdrehmoment.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass insbesondere bei Schienenfahrzeugen Probleme auftreten, wenn keine starre mechanische Verbindung vorliegt, sondern beispielsweise ein elastisches Antriebsrad wie ein gummibereiftes Antriebsrad, bei denen eine elastische Kopplung zwischen Antriebsmotor und Schiene auftritt. Bei Fahrzeugen auf Straßen, somit einer Paarung zwischen Gummireifen und Teer oder Betonoberflächen, liegt eine größere Haftreibung vor, als zwischen einer Paarung aus einem Gummireifen und einer Stahloberfläche, wie bei einer Schiene. Bei letzterer steht ein viel engerer Regelbereich bis zum Beginn des Durchrutschens zur Verfügung und daher wirken sich elastische Reifenverformungen sehr viel stärker aus auf die Antriebsschlupfregelung.
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Bei einem gummigereiften Zweiwegefahrzeug auf Schienen, sei es als Luftbereifung oder als Vollgummibereifung, etwa in Form einer Elastikbereifung, werden die Reifen durch das Drehmoment des Antriebs beim Ziehen mit hoher Last verformt. Diese elastische Reifenverformung nimmt zu, wenn das Zweiwegefahrzeug mit maximaler Last noch gerade ohne Durchrutschen der Antriebsräder anfährt. Es ergibt sich eine Wechselwirkung zwischen der Rollgeschwindigkeit des Zweiwegefahrzeugs sowie der Federsteifigkeit und Eigendämpfung der Reifen. Der Verformungsgrad der Reifen hängt dabei nicht nur von der statischen Belastung der Antriebsachse, sondern auch von der Reifentemperatur und den Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche ab. Werden diese Einflüsse der elastischen Kopplung im Antriebsstrang während der Antischlupfregelung vernachlässigt, kann die tatsächliche Drehzahl der Antriebsräder trotz Antischlupfregelung in ungewöhnlichen Bereichen liegen und es kann zu einem Durchrutschen bzw. zu einer Verschlechterung der Zugkraft kommen. Weiterhin ergibt sich auch ein eventuell unangenehmes Betriebsverhalten.
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Hinzu tritt, dass durch einen Drehzahlsensor am Antriebsrad selbst die elastische Verformung des Gummireifens gegenüber der Schiene nicht erfasst werden kann und es im Übrigen wünschenswert ist, Drehzahlsensoren im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer bevorzugt an der Welle des elektrischen Antriebsmotors vorzusehen, wodurch auch die Kosten optimiert werden können.
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Nachteilig ergibt sich insgesamt, dass eine präzise Regelung der einzelnen Antriebsräder mit klassischen Synthesemethoden nur sehr schwer umzusetzen ist, weil die Übertragungsfunktion einer solchen Regelstrecke „Motordrehmoment zur Reifendrehzahl“ durch die elastische Kopplung mit Polynomen zweiter Ordnung beschrieben werden kann. Dadurch erforderliche Regelglieder, wie beispielsweise evtl. ein PT2 Regelglied, weisen in ihrem Regelverhalten, dargestellt etwa durch ein Bode-Diagramm, zu hohen Frequenzen hin eine schnelle Absenkung der Phasen unter –180° auf. Für rasche Regelantworten, entsprechend hochfrequenten Signalen, wie sie für eine genaue und exakte Regelung nahe an der Grenze zum Durchrutschen der Antriebsräder bei einem elastischen Vollgummireifen erforderlich sind, wird daher sehr rasch der Bereich der Instabilität bzw. von Schwingungen erreicht.
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Weiterhin ist nachteilig, dass ein solches Betriebsverhalten zu Überschwingungen der Radrehzahl führen kann, die beispielsweise bei einem Anhaltesteuerbefehl des Zweiwegefahrzeugs zu einer ungewollten Bewegung in die Gegenrichtung bzw. zu einer Rückwärtsbewegung führen kann, nachdem das Zweiwegefahrzeug bereits zum Stillstand gekommen ist.
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Zusätzlich wird dieses Problem vergrößert, wenn die Drehzahlsensoren an der Welle des elektrischen Antriebsmotors montiert werden, was wünschenswert ist, jedoch eine Drehzahlerfassung bedeutet, die vor weiteren elastischen Kopplungen in dem Übertragungsweg zwischen Elektromotor bis zur Schienenoberfläche angeordnet ist.
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Im Falle einer direkten Drehmomentregelung hängt die Regelungsqualität der Regelstrecke vom Drehmoment des Motors bis zur Reifendrehzahl ausschließlich von Streckenparametern ab und es ist deshalb nicht möglich, die unerwünscht frühe Absenkung der Phase unter –180° über den Frequenzgang zu korrigieren mittels regelungstechnischer Elemente. Bei herkömmlichen Lösungen ergibt sich schnell eine hohe Komplexität, da die Drehfedersteifigkeit wie auch die mechanische Dämpfung im Antriebsstrang während einer elastischen Reifenverformung nicht konstant sind. Eine Optimierung der statischen und dynamischen Eigenschaften des Systems würde daher adaptive Regler, adaptive Beobachter sowie Speicher- und Rechenressourcen benötigen und ergäbe eine zeitaufwändige Synthese.
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Es ergibt sich nach dem Stand der Technik aufgrund der ungenauen Antischlupfregelung, insbesondere bei auf Schienen fahrenden Fahrzeugen mit elastisch verformbaren Gummirädern, eine schlechte Reproduzierbarkeit der Fahrkommandos mit der Folge einer schwierigen Positionierung des Zweiwegefahrzeugs nahe dem Fahrzeugstillstand. Auch wird der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems negativ beeinflusst mit der Folge eines erhöhten Energieverbrauchs und einer geringeren Reichweite mit der Energiekapazität einer Traktionsbatterie. Weiterhin kommt es zu Geräuschbildung sowie Vibrationen durch den elektrischen Antriebsmotor wie auch einer erhöhten Abnutzung der Gummireifen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug zur Verfügung zu stellen, mit dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und das eine genaue und optimierte Antriebsschlupfregelung auch bei hohen Zuglasten mit elastisch verformbaren Gummiantriebsrädern ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug im Schienenbetrieb durch gummibereifte Antriebsräder angetrieben wird, die über mindestens einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben werden, und die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors über einen Drehzahlregler erfolgt, der einen Sollwert von einem Sollwertgeber sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert des Antriebsstrangs erhält und eine Antriebsschlupfregelung aufweist, der Drehzahlregler den Sollwert aus einer Fahrrampe erhält, deren Gradientenwerte durch einen Kopplungsparameter für die elastische Kopplung im Antriebsstrang zwischen elektrischem Antriebsmotor und Schiene sowie durch einen Schlupfparameter beim Auftreten von Schlupf an den Antriebsrädern korrigiert werden.
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Durch den adaptiven Gradient der Fahrrampe in dem System mit einer indirekten Drehmomentverringerung als Antischlupfregelung wird eine erhöhte Genauigkeit erreicht. Beispielsweise wird bei einer Beschleunigung, wenn eine elastische Verformung der Gummibereifung auftritt, durch den Kopplungsparameter der Fahrrampengradient verringert und es kommt zu einem langsameren Drehmomentaufbau. Bevorzugt, aber nicht zwangsläufig, besteht die Gummibereifung dabei aus Vollgummireifen, etwa beispielsweise Elastikreifen. Durch das Verfahren werden die zuvor beschriebenen fehlerhaften Auswirkungen der elastischen Kopplung verringert bzw. vermieden. Auch die Verhinderung eines Schlupfes wird durch eine Korrektur an derselben Stelle bewirbt. Dadurch erfolgt nachfolgend eine einfache Drehzahlregelung des elektrischen Antriebs, die nicht die zuvor beschriebene Komplexität aufweist und stabil ist. Es ergibt sich vorteilhaft eine maximale Zugkraft im Schienenbetrieb aufgrund der höheren Qualität der Antischlupfregelung. Wiederholte Versuche bei der Gefälleüberwindung können vermieden werden und eine präzisere Positionierung des Zweiwegefahrzeug mit Anhängelast im Schienenbetrieb ist möglich, da das Fahrzeug kein „Ruckeln“ oder „Zittern“ aufweist. Vorteilhaft benötigt das beschriebene Verfahren auch keine zusätzlichen Hardware-Ressourcen und kann kostengünstig in bereits bestehende Antriebssysteme integriert werden. Es ergibt sich auch ein höherer Wirkungsgrad der elektrischen Antriebe sowie eine Verringerung mechanischer Vibrationen. Der Verschleiß der Gummibereifung wird minimiert und eine Kostenoptimierung sowie längere Lebensdauer des Zweiwegefahrzeugs erreicht.
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Vorteilhaft weist das Zweiwegefahrzeug Mittel zur Erfassung einer Anhängelast und/oder einer Schublast auf und wird nur bei einer Fahrt mit Anhängelast/Schublast eine Korrektur der Gradientenwerte durch den Kopplungsparameter durchgeführt.
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Bei einer Fahrt ohne Anhängelast oder Schublast werden die Reifen nicht bzw. nur minimal verformt und drehen sich im Wesentlichen schlupffrei. Die Drehzahl des elektrischen Antriebs und die Raddrehzahl sind folglich identisch und die Steuerung der Antriebe des Zweiwegefahrzeugs kann für diesen Fall stark vereinfacht werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt nur bei einer Fahrt mit Anhängelast/Schublast eine Korrektur der Gradientenwerte durch den Schlupfparameter beim Auftreten von Schlupf.
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Bei einem schlupffreien Fahrbetrieb während des Ziehens einer Anhängelast oder Schiebens einer Schublast werden die Gummireifen stark verformt. In diesem Fall wird zur Verhinderung von Überschwingungen der Rampengradient durch den Kopplungsparameter reduziert. Dabei erfolgt eine umso größere Korrektur der Fahrdynamik über den Weg der Anpassung des Rampengradienten der Fahrrampe, je deutlicher die elastische Kopplung im mechanischen Strang des Antriebs des Zweiwegefahrzeugs ausgeprägt ist.
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Es kann durch einen Identifikator eine Drehfedersteifigkeit und/oder Dämpfung der elastischen Kopplung erfasst werden.
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Aus der Drehfedersteifigkeit und/oder Dämpfung kann der Kopplungsparameter bestimmt werden.
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Durch den Identifikator werden die Werte der Drehfedersteifigkeit und der Dämpfung identifiziert und aus diesen in einem Rechenblock der Kopplungsparameter gebildet.
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Der Identifikator kann aus einem Identifikationsalgorithmus bestehen, der im Falle von kostenoptimierten Antrieben allein Informationen und Parameterwerten des elektrischen Antriebsmotors nutzt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens weist das Zweiwegefahrzeug eine Mehrzahl elektrischer Antriebsmotoren mit jeweils einer Regelung auf und sind die Antriebsräder einzeln durch jeweils einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben.
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Die optimale Zugkraft kann erreicht werden, wenn jedes Antriebsrad einen eigenen elektrischen Antriebsmotor hat, bei dem das beschriebene Verfahren zum Einsatz kommt. Dadurch kann an jedem Antriebsrades einzelnen eine optimale Zugkraft zur Verfügung gestellt werden und ergibt sich in der Summe die maximale Zugkraft bzw. Schubkraft, soweit Waggons auf Gleisen geschoben werden beim Rangieren. Vorteilhaft ist es daher für ein Zweiwegefahrzeug, wenn alle Räder angetrieben werden als Antriebsräder. Eine günstige Konfiguration ist dabei ein zweiachsiges Fahrzeug mit starr angeordneten Rädern, die nicht zum lenken eingeschlagen werden können, sondern bei dem ein Lenken im Straßenbetrieb durch Drehzahldifferenz der Antriebsräder auf beiden Seiten erzeugt wird.
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Der Schlupf eines Antriebsrades kann durch die Differenz der Drehzahl des Antriebsrades mit der durchschnittlichen Drehzahl der übrigen Antriebsräder erfasst und als Schlupfdrehzahl bestimmt werden.
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Der Schlupfparameter kann eine Funktion der Schlupfdrehzahl sein.
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Wenn der Schlupfparameter auf den Gradient der Fahrrampe aufaddiert wird, ist ein negativer Funktionswert einer Funktion der Schlupfdrehzahl zu nehmen.
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Vorteilhaft wird der Drehzahlwert des Antriebsstrangs durch einen Drehzahlsensor im Antriebsstrang erfasst, bevorzugt mit einem Drehzahlsensor an einer Motorwelle des elektrischen Antriebs.
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Durch eine solche Anordnung des Drehzahlsensor ergeben sich Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer und eine Optimierung der Kosten.
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Es ist grundsätzlich auch denkbar, das beschriebene Verfahren nicht nur bei Zweiwegefahrzeugen anzuwenden sondern auch bei anderen Fahrzeugen oder Maschinen mit einer elastischen Kopplung in dem mechanischen Antriebsstrang. Es kann dadurch auch bei anderen Fahrzeugen eine Antischlupfregelung umgesetzt werden, oder allgemeiner bei Maschinen einen „durchgehen“ eines Antriebs verhindert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 schematisch eine Antriebsschlupfregelung mit direkter Drehmomentregelung nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine Antriebsschlupfregelung mit indirekter Drehmomentregelung nach dem Stand der Technik und
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3 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug.
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Die 1 zeigt schematisch eine Antriebsschlupfregelung mit direkter Drehmomentregelung 4 nach dem Stand der Technik. Durch einen Sollwertgeber 1, der als Fahrpedalgeber 12 ausgebildet sein kann, jedoch beispielsweise bei einem autonomen Fahrzeugs auch durch eine Steuerung gebildet sein kann, wird ein Sollwert für das Drehmoment erzeugt. Hieraus wird eine Rampe 2 für die Drehmomentvorgabe gebildet, die als Eingabewert an den elektrischen Antriebsmotor 21 mit der Drehmomentregelung 4 weitergeleitet wird. Auf den elektrischen Antriebsmotor 21 wirkt das Lastmoment 5, das auf die Welle des elektrischen Antriebsmotors 21 einwirkt. Wenn das Lastmoment 5 kleiner ist als das Ist-Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors 12, dreht sich das Antriebsrad mit einer Drehzahl n_ist unter Berücksichtigung einer eventuellen mechanischen Übersetzung in dem mechanischen Antriebsstrang 6. Ein Drehzahlsensor 7 erfasst die Drehzahl des Antriebsrades und leitet sie an einen Rechenblock 9 für eine Drehmomentkorrektur des Antriebs bei einem Durchrutschen von Antriebsrädern weiter. Der Rechenblock 9 erhält von einem Beobachter 8 einen Referenzwert für die Drehzahl. Dabei wird durch den Beobachter 8 die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt bzw. eine zu erwartende Drehzahl. Alternativ kann ein weiterer Sensor unabhängig von dem Drehzahlsensor 7 die Fahrzeuggeschwindigkeit ermitteln. Der Rechenblock 9 erhält zusätzlich den Drehmomentsollwert und bestimmt aus diesem einen Drehmomentkorrekturwert der in einem Knoten 3 von dem Drehmomentsollwert abgezogen wird. Ein solcher Drehmomentkorrekturwert wird gebildet, wenn der Rechenblock 9 eine Differenz zwischen dem Wert des Drehzahlsensors 7 und dem Referenzwert des Beobachters 8 feststellt. In einem solchen Fall liegt ein Schlupf im Antriebssystem vor. Durch die Drehmomentverringerung wird sichergestellt, dass die in der Gleichung (1) wiedergegebene Drehmomentbilanz wieder erfüllt wird.
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Die 2 zeigt schematisch eine Antriebsschlupfregelung mit indirekter Drehmomentregelung nach dem Stand der Technik. Den Komponenten des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Durch den Sollwertgeber 1, der als Fahrpedalgeber 12 ausgebildet sein kann, wird ein Sollwert für die Drehzahl erzeugt, der in eine Rampe 13 des Drehzahlwerts umgeformt und als Eingabewert an einen Drehzahlregler 14 weitergeleitet wird, der wiederum den elektrischen Antriebsmotor 21 ansteuert. Auf den elektrischen Antriebsmotor 21 wirkt das Lastmoment 5 ein. Wenn das Lastmoment 5 kleiner ist als das Ist-Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors 21, dreht sich das Antriebsrad mit einer Drehzahl n_ist unter Berücksichtigung einer eventuellen mechanischen Übersetzung des mechanischen Antriebsstrangs 6. Der Drehzahlsensor 7 erfasst die Drehzahl des Antriebsrades und leitet diese als Rückkopplung an einen Knoten 23. Ebenso wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel wird die von dem Drehzahlsensor 7 erfasste Drehzahl des Antriebsrades an den Rechenblock 9 für eine Korrektur des Antriebs bei einem Durchrutschen von Antriebsrädern geleitet, wobei der Rechenblock 9 von dem Beobachter 8 einen Referenzwert für die Drehzahl erhält. Der Rechenblock 9 erhält zusätzlich den Drehzahlsollwert und bestimmt aus diesem einen Korrekturwert der als Begrenzung des Drehzahlreglers 14 dient und gebildet wird, wenn der Rechenblock 9 eine Differenz zwischen dem Wert des Drehzahlsensors 7 und dem Referenzwert des Beobachters 8 feststellt. In einem solchen Fall liegt ein Schlupf im Antriebssystem vor. Auch durch dieses Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik wird sichergestellt, dass die in der Gleichung (1) wiedergegebene Drehmomentbilanz wieder erfüllt wird. Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel der 1, wie auch der 2 ergeben sich jedoch die oben geschilderten Nachteile, wenn eine elastische Koppelung auftritt, wie etwa durch die Verformung der Vollgummireifen eines Zweiwegefahrzeugs.
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Die
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei einem Zweiwegefahrzeug. Der Sollwertgeber
1 in Form eines Fahrpedals
21 gibt einen Sollwert für eine Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors
21. Aus diesem Sollwert bildet die Einheit
2 eine Fahrrampe, durch die die Eingabewerte für den Drehzahlregler
14 erzeugt werden. Der Antriebsstrang des elektrischen Antriebsmotors
21 bis zur Schiene umfasst eine elastische Kopplung
7, insbesondere durch die Verformbarkeit der Vollgummireifen als Antriebsräder. Die elastische Kopplung
7 wirkt sich über ein Integralglied
20 mit der folgenden mathematischen Beschreibung:
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Auf die tatsächliche Drehzahl n_ist aus, wobei J1 das motorseitige Trägheitsmoment ist und Melast das Drehmoment durch Verformung der Reifen. Ein Signal eines mit dem elektrischen Antriebsmotor 21 verbundenen Drehzahlsensors 15 wird einem Generator 16 für den Gradient der Fahrrampe zugeleitet, der ein Signal HEAD-Steps für den gewünschten Gradient der Fahrrampe erzeugt. Ein Identifikator 17 erfasst eine Drehfedersteifigkeit und Dämpfung der elastischen Kopplung 7, aus denen in Block 18 ein Kopplungsparameter COUPL-Steps berechnet wird, der in dem Generator 18 von dem Signal HEAD-Steps abgezogen wird, wenn das Zweiwegefahrzeug mit Anhängelast oder einer Schublast im Schienenbetrieb fährt.
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Das Signal des Drehzahlsensor
15 wird weiterhin einem Auswahlblock
19 zugeführt, in dem die maximale Motordrehzahl bestimmt wird, die für das Antriebsrad zulässig ist, ohne dass Schlupf auftritt. Der Auswahlblock
19 erhält auch die Motordrehzahlen der weiteren drei angetriebenen Räder und gibt jeweils die maximal zulässige Motordrehzahl zurück. Dabei wird der Schlupf des Antriebsrades bestimmt als maximale Motordrehzahl minus dem Durchschnitt der anderen Motordrehzahlen entsprechend der Formel:
bei m ≥ 2 und m gleich der Anzahl der Motoren. Wenn sich ein entsprechender Wert n
schlupfk größer als ein zulässige Toleranzwert ergibt, wird in dem Generator
18 daraus ein Schlupfparameter SLIP_Step zur Korrektur des Gradienten gebildet wie folgt:
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Der Schlupfparameter SLIP_Step wird zu dem Signal HEAD-Steps addiert. Da der Funktionswert bei einer positiven Schlupfdrehzahl negativ ist, erfolgt dadurch eine Abflachung des Gradienten und eine flachere Rampe. Zur Verhinderung eines Schlupfes eines Antriebsrades entspricht dies im Ergebnis einem „Zurücknehmen des Gaspedals“.
