DE102014110324A1 - Verfahren zur Antriebsregelung bei einem Zweiwegefahrzeug - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Antriebssteuerung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug 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 sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert (nB) des Antriebsstrangs erhält, und mit einem Beobachter (12), der aus dem Drehzahlsignal (nS) eines mit einer Welle des elektrischen Antriebsmotor verbundenen Drehzahlsensors (6) sowie aus einer Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanischen Dämpfung (d) des gummibereiften Antriebsrades den Drehzahlwert (nB) des Antriebsstranges bildet, bestimmt in Betriebszuständen mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder ein Identifikator (16) Werte für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanische Dämpfung (d) des gummigereiften Antriebsrades aus Parameterwerten des elektrischen Antriebsmotors, insbesondere dem Motordrehmoment, dem Drehzahlsignal (nS) des mit der Welle verbundenen Drehzahlsensors (6) und dem Trägheitsmoment des elektrischen Antriebsmotors bestimmt, die dem Beobachter (16) zugeführt werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebsregelung bei einem Zweiwegefahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Antriebssteuerung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug 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 sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert des Antriebsstrangs erhält, und mit einem Beobachter, der aus dem Drehzahlsignal eines mit einer Welle des elektrischen Antriebsmotor verbundenen Drehzahlsensors sowie aus einer Drehfedersteifigkeit und/oder mechanischen Dämpfung des gummibereiften Antriebsrades den Drehzahlwert des Antriebsstranges bildet.
  • 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.
  • Da diese Fahrzeuge häufig aus dem Gleis herausgenommen bzw. ausgegleist werden, über Straßenverkehrsflächen bewegt und wieder auf ein Gleis aufgesetzt bzw. aufgegleist werden, ist eine gute und exakte Lenkbarkeit des Zweiwegefahrzeugs im Straßenbetrieb erforderlich. Insbesondere beim Aufgleisen ist eine genaue und exakte Lenkbarkeit erforderlich. Neben verbrennungsmotorisch angetriebenen Lastkraftwagen als Zweiwegefahrzeugen sind auch Zweiwegefahrzeuge mit elektrischem Antrieb bekannt, mit denen es möglich ist, auch innerhalb von Hallen Waggons auf Gleisen zu verschieben und die mit Verbrennungsmotoren verbundenen Abgase zu vermeiden. Eine benutzte 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.
  • Dabei sind drei Betriebszuständen zu unterscheiden, die anspruchsvolle und mit besonderer Präzision durchzuführende Regelungen der Antriebsraddrehzahlen erfordern. Zunächst eine klassische Lenkung mit einem gefahrenen Kreisbogen, bei der durch vorgegebene Drehzahldifferenzen an den Rädern das Zweiwegefahrzeug ähnlich wie bei einem Kettenfahrzeug ein bestimmter Kreisbogen gefahren wird, jedoch die Antriebsräder beider Seiten zwar mit einer Drehzahldifferenz, jedoch im gleichen Drehsinn angetrieben werden. Daneben ist ein Drehen auf der Stelle möglich, indem die Antriebsräder der beiden Seiten des Zweiwegefahrzeugs in gegensätzlicher Laufrichtung angetrieben werden. Dieser Betriebszustand ergibt einen Drehen auf der Stelle, führt zu einer sehr hohen Wendigkeit und kann als „Bobcatlenkung“ oder auch „Panzerlenkung“ bezeichnet werden in Analogie zu den entsprechenden Fahrzeugen, die ebenfalls auf der Stelle drehen können. Als dritter Betriebszustand kann speziell bei einem solchen Zweiwegefahrzeug mit starr montierten Antriebsrädern, die nicht für eine Lenkbewegung eingeschlagen werden können, das Auf- und Abgleisen des Zweiwegefahrzeugs in ein Gleis angesehen werden. Dabei werden die Antriebsverfahren der beiden zuvor beschriebenen Betriebszustände kombiniert. Hier ist jedoch gerade im Fahrbereich beim Abbremsen kurz vor dem Stillstand wie auch umgekehrt beim Anfahren mit geringen Geschwindigkeiten und kleinen Fahrstrecken höchste Präzision erforderlich bei gleichzeitig eventuell starken Lenkbewegungen, um möglichst rasch eine Ausrichtung der Antriebsräder des Zweiwegefahrzeugs mit den Schienen des Gleises erreichen zu können.
  • Während des Straßenbetriebs des Zweiwegefahrzeugs werden die Gummireifen, beispielsweise Vollgummireifen wie etwa Elastikreifen, als Antriebsräder durch die Drehmomente der elektrischen Antriebe verformt, wobei die Reifenverformung beim Lenken wesentlich größer ist, als bei einer Geradeausfahrt. Ganz besonders bei der „Panzerlenkung“, aber auch beim Auf- und Abgleisen, nimmt die elastische Reifenverformung zu, wenn das Zweiwegefahrzeug aus dem Stillstand in eine Kurvenfahrt bzw. eine Wende auf der Stelle in Bewegung gesetzt wird. Es tritt eine große Verformung der Gummireifen auf und auch eine starke gleitende Bewegung der Aufstandsfläche der Bereifung auf der Fahrbahnoberfläche.
  • Durch diese elastische Kopplung im Antriebsstrang von dem elektrischen Antriebsmotor bis zur Straßenoberfläche verschlechtert sich die Feinfühligkeit der Regelung und dies kann in extremen Fällen zu unakzeptablem Betriebsverhalten führen, wenn die elastische Kopplung bei der Regelung der Antriebe vernachlässigt wird. Die Feinfühligkeit und das Handling des Zweiwegefahrzeugs können nur ausreichend genau gestaltet und verbessert werden, wenn die Elastizitäten in dem mechanischen Übertragungsweg berücksichtigt werden.
  • Um die dynamischen Eigenschaften der Drehzahlregelung im Falle einer solchen elastischen Kopplung im Antriebsstrang zu verbessern, ist es bekannt, einen Beobachter einzusetzen zur Verbesserung der Regelung der elektrischen Antriebsmotoren der Antriebsräder. Dabei erfolgt eine Drehzahlregelung, bei der zunächst für jedes Antriebsrad aus einem Drehzahlsollwert, der aus einem Fahrbefehl gebildet wird, ein korrigierter Drehzahlsollwert entsprechend dem gewünschten Lenkwinkel bzw. der gewünschten Lenkbewegung gebildet wird. Beispielsweise sind dies bei einer Wende auf der Stelle fahrzeugseitig gegenläufige gleich Drehzahlen. Mit diesem korrigierten Drehzahlsollwert wird die Drehzahlregelung des elektrischen Antriebsmotors des Antriebsrades angesteuert und das System erzeugt ein verbleibendes elastisches Drehmoment aus dem Motordrehmoment aufgrund der Auswirkungen der Beschleunigung des motorseitigen Trägheitsmoments. Ein Drehzahlsensor an einer Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors erfasst eine Motordrehzahl. In dem Antriebstrang folgt hierauf die elastische Kopplung in Form des verformbaren Gummireifens, dem eine Drehfedersteifigkeit und eine mechanische Dämpfung zugeordnet werden kann. Unter Berücksichtigung eventueller Getriebe und eines Ersatzmodells, in dem die Beschleunigung des lastseitigen Trägheitsmoments sowie das Lastmoment in Beziehung zu dem elastischen Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors gesetzt werden, ergibt sich eine tatsächliche Drehzahl des Antriebsrades in Beziehung auf den Umfang des Gummireifens.
  • Um die Auswirkungen der elastischen Kopplung zu berücksichtigen, wird als Rückführgröße der Drehzahlregelung nicht der Drehzahlwert des Drehzahlsensor genommen, sondern das Signal des Drehzahlsensor einem Beobachter zugeführt, der als weitere Informationen die Drehfedersteifigkeit und die mechanische Dämpfung erhält. Aus diesen Werten wird die tatsächliche Antriebsraddrehzahl mathematisch nachgebildet und dieser Drehzahlwert wird als Rückführgröße für die Drehzahlregelung verwendet.
  • Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die tatsächliche Antriebsraddrehzahl bzw. der Drehzahlwert oftmals nicht ausreichend genau ermittelt werden kann, weil die Drehfedersteifigkeit wie auch die mechanische Dämpfung aufgrund der elastischen Verformung des Reifens in der jeweiligen Betriebssituation nicht konstant sind. Eine ungenaue Bestimmung der Antriebsraddrehzahl bzw. des Drehzahlwertes als Rückführgröße für die Drehzahlregelung führt jedoch zu einer geringeren Qualität der Antriebsteuerung. Daraus ergeben sich Probleme bei der Positionierung des Zweiwegefahrzeugs, ein geringerer Wirkungsgrad des Systems mit der Folge einer schlechteren Ausnutzung der Energiekapazität einer Traktionsbatterie sowie durch Ungenauigkeiten Geräuschentwicklungen und Vibrationen im Antrieb, die zu zusätzlicher Reifenabnutzung und einem erhöhten Verschleiß des Zweiwegefahrzeugs führen können. Insgesamt wird insbesondere das Aufgleisen des Zweiwegefahrzeugs mühsamer, da vermehrte rasche Bewegungen aufgrund der ungenauen Positionierbarkeit erforderlich werden und es entsteht ein größerer Zeitaufwand.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Antriebsregelung bei einem Zweiwegefahrzeug zur Verfügung zu stellen, das die zuvor genannten Nachteile vermeidet und mit dem insbesondere bei einer Kurvenfahrt auf einer Straßenoberfläche eine verbesserte Regelung der elektrischen Antriebsmotoren möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Antriebsregelung für ein Zweiwegefahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Antriebssteuerung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug 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 sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert des Antriebsstrangs erhält, und mit einem Beobachter, der aus dem Drehzahlsignal eines mit einer Welle des elektrischen Antriebsmotor verbundenen Drehzahlsensors sowie aus einer Drehfedersteifigkeit und/oder mechanischen Dämpfung des gummibereiften Antriebsrades den Drehzahlwert des Antriebsstranges bildet, in Betriebszuständen mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder ein Identifikator Werte für die Drehfedersteifigkeit und/oder mechanische Dämpfung des gummigereiften Antriebsrades aus Parameterwerten des elektrischen Antriebsmotors, insbesondere dem Motordrehmoment, dem Drehzahlsignal des mit der Welle verbundenen Drehzahlsensors und dem Trägheitsmoment des elektrischen Antriebsmotors bestimmt, die dem Beobachter zugeführt werden können.
  • Der Identifikator kann beständig Werte für die Drehfedersteifigkeit und die Dämpfung bestimmen. Bevorzugt jedoch wird durch eine Steuerung in besonderen Betriebszuständen die Funktion des Identifikators zugeschaltet und werden in diesen Betriebszuständen der Wert für die Drehfedersteifigkeit und der Wert für die Dämpfung andauernd neu bestimmt und dem Beobachter zugeführt. Dadurch kann der Beobachter besonders genau und präzise in solchen Betriebszuständen den Drehzahlwert bestimmen, in denen es auf eine sehr genaue Antriebsregelung ankommt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein bestimmter Lenkwinkel überschritten wird und aufgrund einer Kurvenfahrt oder einer Wende auf der Stelle die Gummibereifung stark verformt wird. Gerade beim Aufgleisen eines Zweiwegefahrzeugs wirkt sich daher das Verfahren besonders vorteilhaft aus, da viele kleine Fahrbewegungen mit ständigem Anfahren, Anhalten und Kurvenfahrt durchgeführt werden. Vorteilhaft benötigt das Verfahren keine zusätzlichen Hardware-Ressourcen und kann kostengünstig in bestehende Steuerungen und Antriebsregelungen von Zweiwegefahrzeugen integriert werden. Es ergibt sich eine Verbesserung der Berücksichtigung der elastischen Kopplung auch in den Fällen, in denen aufgrund einer starken Verformung der Gummibereifung die angenommenen Werte für die Drehfedersteifigkeit und die Dämpfung stark von den tatsächlichen Werten abweichen. Auch das für das Zweiwegefahrzeug sehr wichtige Auf- und Abgleisen des Fahrzeugs wird vereinfacht durch die Möglichkeit eines präziseren Lenkens. Schließlich ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad des Zweiwegefahrzeugs und durch die bessere und feinfühligere Steuerung eine Zeitersparnis beim Arbeiten. Auch werden die den Verschleiß des Fahrzeugs erhöhenden Vibrationen und die Geräuschbildung vermieden, wie sie sich aus den oben geschilderten Regelungsproblemen nach Stand der Technik ergeben. Der Identifikator bestimmt die Werte für die Drehfedersteifigkeit und die Dämpfung, indem bei starken Änderungen der Drehzahl von dem Modell ausgegangen wird, dass im ersten Moment der Anpassung sowohl die Winkeländerung wie auch Kräfte nur Reaktion auf die Verformungsarbeit des Gummireifens sind.
  • Der von dem Identifikator bestimmte Wert für die Drehfedersteifigkeit kann in einem Speicher abgelegt werden.
  • Der von dem Identifikator bestimmte Wert für die Dämpfung kann in einem Speicher abgelegt werden.
  • Vorteilhaft weist der Beobachter für die Drehfedersteifigkeit und/oder für die Dämpfung voreingestellte feste Werte auf und erfasst eine Steuerung das Vorliegen eines Betriebszustandes mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder sowie führt in diesem Betriebszustand dem Beobachter von dem Identifikator bestimmte Werte für die Drehfedersteifigkeit und/oder die Dämpfung zu.
  • In bestimmten Betriebszuständen ist es nicht unbedingt erforderlich, den Identifikator einzusetzen. Beispielsweise, wenn das Zweiwegefahrzeug geradeaus fährt mit einer konstanten Solldrehzahl fährt, ist eine Korrektur nicht erforderlich, da die gummibereiften Antriebsräder nur sehr gering verformt werden. In einem solchen Betriebszustand kann der Beobachter mit Defaultwerten arbeiten.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Betriebszustandes mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder von einer Steuerung erkannt, wenn bei Straßenfahrt ein Mindestlenkwinkel und/oder eine Betriebsweise mit auf beiden Fahrzeugseiten gegenläufiger Drehrichtung der Antriebsräder vorliegt.
  • Vorteilhaft weist das Zweiwegefahrzeug eine Mehrzahl elektrischer Antriebsmotoren mit jeweils einer Regelung auf und sind die Antriebsräder einzeln durch jeweils einen elektrischen Antriebsmotoren angetrieben.
  • In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens weist die Regelung eines jeden Antriebsrades einen Identifikator auf.
  • Eine optimierte Regelung ergibt sich, wenn jedes Antriebsrad einzeln eine Korrektur des jeweiligen Beobachters in der Antriebsregelung durch die Werte eines jeweiligen Identifikators erhält.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebsräder an dem Zweiwegefahrzeug nicht lenkbar montiert und erfolgt ein Lenken durch eine Drehzahldifferenz zwischen rechter und linker Fahrzeugseite.
  • Diese Art von Zweiwegefahrzeugen ist sehr kompakt und hat gute Zugkrafteigenschaften bei Schienenfahrt. Die nötige Lenkung bei der Straßenfahrt lässt sich dann nur über eine Drehzahldifferenz zwischen den Fahrzeugseiten bewirken. Daher ist das vorliegende Verfahren für diese Art von Fahrzeugen besonders vorteilhaft.
  • Vorteilhaft bestimmt der Identifikator eine Dämpfung d wie folgt: Melast. = Mmotor – J1ω .motor und
    Figure DE102014110324A1_0002
    wobei Melast. dem elastischen Drehmoment des Antriebs, Mmotor dem Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors und ωmotor der Winkelgeschwindigkeit des elektrischen Antriebsmotors bzw. dem Drehzahlsignal des Drehzahlsensors entspricht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Drehfedersteifigkeit berechnet aus:
    Figure DE102014110324A1_0003
    wobei ∆φmotor dem Verdrehwinkel der elektrischen Antriebsmaschine entspricht, die aus ωmotor. berechnet wird.
  • Dabei wird unter Berücksichtigung der gesamten Trägheit des Systems davon ausgegangen, dass ein erster Verdrehwinkel, der entweder bei bisher konstanter Windgeschwindigkeit als relativer Zusatzdrehwinkel oder im Moment des Anfahrens aus dem Stillstand auftritt nur durch die Drehfedersteifigkeit des gummibereiften Antriebsrades verursacht ist.
  • Der Identifikator kann Werte für die Drehfedersteifigkeit und/oder mechanische Dämpfung bei sprungartigen Änderungen des Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine erfassen.
  • Der Identifikator kann Werte für die Drehfedersteifigkeit und/oder mechanische Dämpfung bei einem Anfahren aus dem Stillstand erfasst.
  • Besonders gut zutreffend ist die zuvor geschilderte Modellannahme bei starken sprunghaften Änderungen des Drehmoments bzw. einer entsprechend starken Änderung des Sollwerts der Drehzahl.
  • Die geschilderte Berechnungsmethode des Identifikators erfordert auch nur relativ geringe Rechenressourcen und ist invarianz bezüglich Lastmomenten am Antriebsrades beim Anfahren.
  • Grundsätzlich kann das beschriebene Verfahren nicht nur bei Zweiwegefahrzeugen sondern auch bei anderen drehzahlgeregelten Antrieben mit einer elastischen Kopplung in einem Verbindung zwischen einer elektrischen Antriebsmaschine und einer die Leistung aufnehmenden Arbeitsmaschine eingesetzt werden, soweit der Drehzahlsensor an einer Welle der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
  • 1 schematisch eine Antriebsdrehzahlregelung nach dem Stand der Technik und
  • 2 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Antriebsdrehzahlregelung.
  • Die 1 zeigt schematisch eine Antriebsdrehzahlregelung nach dem Stand der Technik. Eine Sollwertvorgabe 1 für eine Drehzahl des Antriebs und beispielsweise eine Lenkwinkelvorgabe 2 werden einem Korrekturblock 3 zugeführt, der für die einzelnen angetriebenen Antriebsräder die unterschiedlichen erforderlichen Solldrehzahl festlegt, um eine Kurvenfahrt durchzuführen. Die korrigierte Solldrehzahl wird dann den einzelnen Drehzahlregelungen 13 der unterschiedlichen Antriebsräder zugeführt, von denen die obere detaillierter dargestellt ist. Ein elektrischer Antrieb 4, bestehend aus elektrischer Antriebsmaschine und geregelten Umrichter, erhält die Solldrehzahl. Das sich ergebende Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine kann in einem Integralglied 5 wie folgt betrachtet werden:
    Figure DE102014110324A1_0004
    es ergibt sich ein elastisches Drehmoment Melast., abhängig von der Drehzahlbeschleunigung, dem Trägheitsmoment J1 und dem Drehmoment M_motor der elektrischen Antriebsmaschine. Danach auf der Motorwelle der elektrischen Antriebsmaschine ist ein Drehzahlsensor 6 angeordnet und erfasst ein Drehzahlsignal ns. Im Antriebsstrang folgt eine elastische Koppelung 7, die einer Gummibereifung entspricht. Dabei wirkt auf den Antriebsstrang das Lastmoment und durch ein Integralglied 8 kann die Drehmomentbilanz gebildet werden:
    Figure DE102014110324A1_0005
    mit M_last als Lastmoment wodurch sich die Istdrehzahl ω_reifen ergibt. Am Ende ergibt sich in dem Antriebsstrang eine Antriebsraddrehzahl nR. Ein Beobachter 12 erhält Drehmomentwerte, das Drehzahlsignal ns und Defaultwerte für die Drehfedersteifigkeit c, die in dem Block 10 abgelegt ist, sowie die Dämpfung d, die in dem Block 11 abgelegt ist. Hieraus bildet der Beobachter einen Drehzahlwert nB.
  • Die 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Antriebsdrehzahlregelung. Den Komponenten der 1 entsprechende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Sollwertvorgabe 1 für eine Drehzahl des Antriebs und die Lenkwinkelvorgabe 2 werden dem Korrekturblock 3 zugeführt, der eine jeweils korrigierte Solldrehzahl wird dann den einzelnen Drehzahlregelungen 13 der unterschiedlichen Antriebsräder zugeführt. Der elektrischer Antrieb 4, bestehend aus elektrischer Antriebsmaschine und geregelten Umrichter, erhält die Solldrehzahl, und das sich ergebende Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine kann in dem Integralglied 5 wie folgt betrachtet werden:
    Figure DE102014110324A1_0006
    es ergibt sich ein elastisches Drehmoment Melast., abhängig von der Drehzahlbeschleunigung, dem Trägheitsmoment J1 und dem Drehmoment M_motor der elektrischen Antriebsmaschine. Danach auf der Motorwelle der elektrischen Antriebsmaschine ist der Drehzahlsensor 6 angeordnet und erfasst ein Drehzahlsignal ns. Im Antriebsstrang folgt die elastische Koppelung 7, die einer Gummibereifung entspricht. Dabei wirkt auf den Antriebsstrang das Lastmoment und durch das Integralglied 8 kann die Drehmomentbilanz gebildet werden:
    Figure DE102014110324A1_0007
    mit M_last als Lastmoment wodurch sich die Istdrehzahl ω_reifen ergibt. Am Ende ergibt sich in dem Antriebsstrang eine Antriebsraddrehzahl nR. Der Beobachter 12 erhält Drehmomentwerte, das Drehzahlsignal ns und Werte für die Drehfedersteifigkeit c, die in dem Speicher 14 abgespeichert ist, sowie die Dämpfung d, die in dem Speicher 13 abgelegt ist. Hieraus bildet der Beobachter einen Drehzahlwert nB. Eine Steuereinheit 15 aktiviert in Betriebszuständen mit sich stark verformenden Vollgummireifen, beispielsweise eine Kurvenfahrt oberhalb eines bestimmten Lenkwinkel, einen Identifikator 16, der aus dem Drehmoment des Antriebs 4, dem Drehzahlsignal ns des Drehzahlsensor 6, somit motorseitigen Parameterwerten, Werte für die Drehfedersteifigkeit c und die Dämpfung d bestimmt. Diese Werte werden in den Speichern 13, 14 abgelegt und von der Steuerung 15 an den Beobachter 12 weitergeleitet. Dadurch kann der Beobachter 12 einen Drehzahlwert nB bilden, der auch bei sich verändernden Werten für die Drehfedersteifigkeit c und die Dämpfung d im Fall starker Verformungen der Gummireifen, sehr genau ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Antriebssteuerung bei einem Zweiwegefahrzeug für einen Schienenbetrieb auf Schienen und für einen Straßenbetrieb auf Verkehrsflächen, wobei das Zweiwegefahrzeug 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 sowie als Rückführgröße einen Drehzahlwert (nB) des Antriebsstrangs erhält, und mit einem Beobachter (12), der aus dem Drehzahlsignal (nS) eines mit einer Welle des elektrischen Antriebsmotor verbundenen Drehzahlsensors (6) sowie aus einer Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanischen Dämpfung (d) des gummibereiften Antriebsrades den Drehzahlwert (nB) des Antriebsstranges bildet, dadurch gekennzeichnet, dass in Betriebszuständen mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder ein Identifikator (16) Werte für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanische Dämpfung (d) des gummigereiften Antriebsrades aus Parameterwerten des elektrischen Antriebsmotors, insbesondere dem Motordrehmoment, dem Drehzahlsignal (nS) des mit der Welle verbundenen Drehzahlsensors (6) und dem Trägheitsmoment des elektrischen Antriebsmotors bestimmt, die dem Beobachter (16) zugeführt werden können.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Identifikator (16) bestimmte Wert für die Drehfedersteifigkeit (c) in einem Speicher (14) abgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Identifikator (16) bestimmte Wert für die Dämpfung (d) in einem Speicher (13) abgelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachter (16) für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder für die Dämpfung (d) voreingestellte feste Werte aufweist und eine Steuerung (15) das Vorliegen eines Betriebszustandes mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder erfasst sowie in diesem Betriebszustand dem Beobachter (12) von dem Identifikator (16) bestimmte Werte für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder die Dämpfung (d) zuführt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebszustandes mit einer möglichen starken Verformung der gummibereiften Antriebsräder von einer Steuerung (15) erkannt wird, wenn bei Straßenfahrt ein Mindestlenkwinkel und/oder eine Betriebsweise mit auf beiden Fahrzeugseiten gegenläufiger Drehrichtung der Antriebsräder vorliegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweiwegefahrzeug eine Mehrzahl elektrischer Antriebsmotoren mit jeweils einer Regelung aufweist und die Antriebsräder einzeln durch jeweils einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eines jeden Antriebsrades einen Identifikator (16) aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsräder an dem Zweiwegefahrzeug nicht lenkbar montiert sind und ein Lenken durch eine Drehzahldifferenz zwischen rechter und linker Fahrzeugseite erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator (16) eine Dämpfung d bestimmt wie folgt: Melast. = Mmotor – J1ω .motor und
    Figure DE102014110324A1_0008
    wobei Melast. dem elastischen Drehmoment des Antriebs, Mmotor dem Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors und ωmotor der Winkelgeschwindigkeit des elektrischen Antriebsmotors bzw. dem Drehzahlsignal des Drehzahlsensors (6) entspricht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfedersteifigkeit c berechnet wird aus:
    Figure DE102014110324A1_0009
    wobei ∆φmotor dem Verdrehwinkel der elektrischen Antriebsmaschine entspricht, die aus ωmotor. berechnet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator (16) Werte für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanische Dämpfung (d) bei sprungartigen Änderungen des Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine erfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator (16) Werte für die Drehfedersteifigkeit (c) und/oder mechanische Dämpfung (d) bei einem Anfahren aus dem Stillstand erfasst.
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