DE10209378A1 - Detecting and minimizing centrifugal and sliding processes of short-range electric railway vehicle involves locking control loop if maximum revolution rate difference exceeded and nulling - Google Patents

Detecting and minimizing centrifugal and sliding processes of short-range electric railway vehicle involves locking control loop if maximum revolution rate difference exceeded and nulling

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DE10209378A1
DE10209378A1 DE2002109378 DE10209378A DE10209378A1 DE 10209378 A1 DE10209378 A1 DE 10209378A1 DE 2002109378 DE2002109378 DE 2002109378 DE 10209378 A DE10209378 A DE 10209378A DE 10209378 A1 DE10209378 A1 DE 10209378A1
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    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Abstract

The method involves locking a control loop for a time determined by a control signal if a maximum value for the difference between the engine revolution rate and a reference revolution rate characterizing the vehicle speed is exceeded, setting to a null initial value followed by releasing the control loop. The revolution rate difference is then controled back to the initial desired value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Minimierung von Schleuder-/Gleitvorgängen bei schienengebundenen elektrisch angetriebenen Nahrverkehrsfahrzeugen, insbesondere mit Asynchronmotor-Antrieb, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method for the detection and minimization of Spin / slide operations on rail-bound electrically driven Commercial vehicles, in particular with asynchronous motor drive, with the Features from the preamble of claim 1.

Bei schienengebundenen elektrisch angetriebenen Nahverkehrsfahrzeugen dient ein Schleuder-/Gleitschutz primär der Maximierung der über den Rad/Schiene-Kontakt übertragbaren Kräfte, wenn die vom Fahrer angeforderte Gesamtzugkraft, die zwischen den Rädern und der Schiene verfügbaren Kraftschlußkräfte übersteigt. Es wird hierbei von folgenden Grundlagen ausgegangen. For rail-bound, electrically powered mass transit vehicles A skid / slide protection primarily serves to maximize the over Wheel / rail contact transferable forces when requested by the driver Total traction available between the wheels and the rail Adhesion forces exceeds. It is based on the following basics went out.

Aufgrund der Reibung kann ein rollendes Rad durch die Radaufstandskraft in der Berührungsstelle mit der Schiene eine nutzbare Tangentialkraft erzeugen. Hierzu muß es außer der Rollbewegung zusätzlich eine Relativbewegung zur Schiene in der Berührungsfläche ausführen. Diese Relativ- bzw. Schlupfgeschwindigkeit entsteht aus der Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Rades und der Fahrgeschwindigkeit. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit wächst mit zunehmender Schlupfgeschwindigkeit zunächst die Kraftübertragungsfähigkeit des rollenden Rades. Bei höheren Geschwindigkeiten bestimmt im Falle der Beschleunigung das Verhältnis von Schlupfgeschwindigkeit zu Fahrzeuggeschwindigkeit den Kraftschluß. Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich bis ca. 10 km/h ergibt sich ein Kraftschlußmaximum bei einer Schlupfgeschwindigkeit von ca. 0,1 km/h. Bei höheren Geschwindigkeiten bei einem Schlupf von ca. 1,2%. Bei schlechten Schienenverhältnissen wird das Kraftschlußmaximum bei zum Teil deutlich höheren Schlupfwerden erreicht. Due to the friction, a wheel can roll in due to the wheel contact force generate a usable tangential force at the point of contact with the rail. For this purpose, in addition to the rolling movement, there must also be a relative movement Run the rail in the contact area. This relative or Hatching speed arises from the difference between the Circumferential speed of the wheel and the driving speed. At constant Driving speed increases with increasing slip speed Power transmission ability of the rolling wheel. At higher speeds determines the ratio of in the case of acceleration Slip speed to vehicle speed the adhesion. In the low Speed range up to approx. 10 km / h results in a maximum adhesion at Slip speed of approx. 0.1 km / h. At higher speeds at a slip of approx. 1.2%. If the rail conditions are bad, it will Maximum adhesion with partially significantly higher slip is reached.

Läßt man Schlupfwerte zu, die größer als der Schlupf bei maximalem Kraftschluß sind, so ergibt sich durch den verminderten Kraftschluß eine kleinere Maximalverzögerung bzw. Beschleunigung und eine kleinere Maximalzugkraft. If you allow slip values that are greater than the slip at maximum Are non-positive, so the reduced friction results in a smaller one Maximum deceleration or acceleration and a smaller one Maximum traction.

Ein Betrieb mit hohen Schlupfgeschwindigkeiten kann je nach Antriebskonstellation und Schienenzustand häufig sogenannte Ratter- bzw. Rollierschwingungen verursachen. Zusätzlich zu unangenehmer Geräuschemission können diese Schwingungen einen starken Verschleiß im mechanischen Antriebsstrang nach sich ziehen. Eine Verzögerung mit sehr großen Schlupfwerten (bis hin zum Blockieren der Räder) verursacht zudem einen starken Verschleiß der Räder. Eine Beschleunigung mit schleudernden Rädern kann, besonders bei schwerem Bahnverkehr, zu einer Deformation der Schiene führen. Operation at high slip speeds can vary depending on Drive constellation and rail condition often so-called chatter or Cause rolling vibrations. In addition to unpleasant noise emissions these vibrations cause heavy wear in the mechanical Draw the drive train. A very large delay Slip values (up to locking the wheels) also cause a strong one Wear of the wheels. Acceleration with skidding wheels can especially in heavy rail traffic, lead to deformation of the rail.

Es gibt eine Reihe von Verfahren zur Erkennung und Beherrschung von Schleuder-/Gleitvorgängen. There are a number of methods for recognizing and mastering Skidding / sliding operations.

Einmal kann in einer sogenannten dv/dt-Begrenzung die Beschleunigung des Motors und damit indirekt die Beschleunigung der mechanisch angekoppelten Räder überwacht werden. Die Momentanbeschleunigung wird aus der Motordrehzahl (Radumfangsgeschwindigkeit) durch Differenzieren berechnet. Übersteigt sie einen bestimmten Wert, so ist es zu einem Gleiten bzw. Schleudern der Räder gekommen, und die dv/dt-Begrenzung veranlaßt eine Reduktion des für den Vorgang verantwortlichen Solldrehmoments. Die Differenzierung des verrauschten Drehzahlsignals ist allerdings problematisch und weiterhin ist die Drehzahlbestimmung und damit auch die Differenzierung bei geringen Drehzahlen ungenau. On the one hand, the acceleration of the can in a so-called dv / dt limitation Motor and thus indirectly the acceleration of the mechanically coupled Wheels are monitored. The instantaneous acceleration is from the Engine speed (circumferential wheel speed) calculated by differentiating. If it exceeds a certain value, there is a sliding or The wheels spin and the dv / dt limit causes a reduction the target torque responsible for the process. The differentiation the noisy speed signal is problematic and continues to be the speed determination and thus also the differentiation at low Speeds inaccurate.

Bei der sogenannten dv-Begrenzung wird das einzustellende Drehmoment unter Berücksichtigung des aktuellen Schienenzustandes abgeregelt. Dabei wird der Schlupf zwischen einer Referenzgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des verzögernden oder antreibenden Rades begrenzt. Übersteigt der angeforderte Kraftschluß den bei dem vorliegenden Schienenzustand maximal übertragbaren, so verhindert die dv-Begrenzung das Durchdrehen bzw. Blockieren der Räder durch Begrenzung des Schlupfes zur Referenzgeschwindigkeit bzw. durch Abregeln des Solldrehmoments. The so-called dv limitation is the torque to be set Regulated taking into account the current rail condition. Doing so the slip between a reference speed and the speed of the decelerating or driving wheel is limited. If the requested adhesion the maximum in the present rail condition transferable, the DV limitation prevents spinning or blocking the wheels by limiting the slip to the reference speed or by regulating the target torque.

Die Bestimmung einer exakten Referenzgeschwindigkeit ist teuer oder ungenau. Bei Einsatz eines Referenzrades muß die Schlupfbegrenzung zwischen Referenz- und Antriebsradgeschwindigkeit aus Rücksicht auf Kurvenfahrten, unterschiedliche Raddurchmesser, Meßrauschen, Spurkranzaufläufe etc. sehr grob ausgeführt werden. Das hat zur Konsequenz, daß das Antriebsrad häufig deutlich außerhalb des Kraftschlußmaximums betrieben wird. Dies führt zu geringeren Ausnutzungsgraden des Rad/Schienekontaktes sowie zu den beschriebenen mechanischen Schwingungen. Determining an exact reference speed is expensive or inaccurate. When using a reference wheel, the slip limitation must be between Reference and drive wheel speed out of consideration for cornering, different wheel diameters, measurement noise, wheel flange cages etc. very much be carried out roughly. The consequence is that the drive wheel is frequent is operated clearly outside the adhesion maximum. this leads to lower degrees of utilization of the wheel / rail contact as well as to the described mechanical vibrations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Grundlage einer Schlupfbegrenzung ein Verfahren zur Erkennung und Beherrschung von Schleuder- /Gleitvorgängen zu schaffen, bei dem die Drehzahldifferenzüberwachung sehr scharf eingestellt werden kann und das dementsprechend sehr rasch anspricht, so daß der zur Verfügung stehende Kraftschluß in bestmöglicherweise ausgenutzt werden kann. Dabei sollte das Auftreten von Schwingungen möglichst vermieden werden. The invention is based, based on an object Slip limitation a method for the detection and control of skid / To create sliding processes in which the speed difference monitoring is very can be focused and therefore responds very quickly, so that the available frictional connection in the best possible way can be exploited. The occurrence of vibrations should be as possible be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved according to the invention with the features the characterizing part of claim 1. Advantageous Further developments of the inventions are described in the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, im Falle eines zu großen Schlupfes zwischen dem angetriebenen bzw. verzögerten Rad des Fahrzeuges und der Schiene, welche durch eine zu große Differenz zwischen dem Istwert der Motordrehzahl und der die Fahrzeuggeschwindigkeit charakterisierenden Referenz-Raddrehzahl gekennzeichnet ist, das aktuelle Maschinendrehmoment zu reduzieren, indem direkt in den Regelkreis zur Einstellung des Drehmomentes eingegriffen wird. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wird dabei der für den Drehmoment bildenden Strom zuständige PI-Regler direkt zurückgesetzt. Dieser direkte Eingriff in den Drehmoment- Regler führt unabhängig von seinen Einstellungen zu einer maximal schnellen Reduktion des Istdrehmoments. The basic idea of the invention is, in the case of a too large one Slip between the driven or decelerated wheel of the vehicle and the rail, which is caused by an excessively large difference between the actual value the engine speed and the vehicle speed Reference wheel speed is marked, the current machine torque to reduce by setting directly in the control loop Torque is intervened. As below using an exemplary embodiment the current forming for the torque is explained in more detail responsible PI controller reset directly. This direct intervention in the torque Regardless of its settings, the controller leads to maximum speed Reduction of the actual torque.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 2 aufweist. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, ist damit eine besonders rasche Drehmomentoptimierung möglich. It has proven to be advantageous if the method has the characteristics of Claim 2 has. As below using a Exemplified embodiment is thus a particularly rapid torque optimization possible.

Bei einer besonders vorteilhaften, in Patentanspruch 3 beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Referenz-Raddrehzahl als "virtuelle Raddrehzahl" mittels eines "Drehzahlbeobachters" durchgeführt, der den zu erwartenden theoretischen Drehzahlverlauf aus der gemessenen Motordrehzahl, der Sollwert- und Bremsmittel abhängigen Fahrzeugsollbeschleunigung und verschiedenen virtuellen Größen berechnet. Im Gegensatz zu konventionellen Referenzdrehzahlerfassungen, beispielsweise mittels Laufrad, entfällt bei dieser Art der Referenzdrehzahlberechnung prinzipbedingt die aus unterschiedlichen Raddurchmessern, Kurvenfahrten etc. resultierende Problematik, die Referenzdrehzahl erst nach Offset-Aufschlägen mit dem Meßwert vergleichen zu können. Bei langsamen Drehzahländerungen z. B. durch Kurvenfahrten folgt der ermittelte Referenzwert durch die harte Kopplung dem Meßwert offsetfrei. In a particularly advantageous, described in claim 3 The reference wheel speed is the embodiment of the method according to the invention carried out as a "virtual wheel speed" by means of a "speed monitor", the expected theoretical speed curve from the measured Engine speed, the setpoint and brake means dependent Vehicle target acceleration and various virtual quantities are calculated. In contrast to conventional reference speed recordings, for example using an impeller, In principle, this type of reference speed calculation does not apply different wheel diameters, cornering etc. resulting Problem, the reference speed only after offset additions with the measured value to be able to compare. With slow speed changes z. B. by The determined reference value follows the cornering due to the hard coupling Measured value offset-free.

Diese Bestimmung der Referenz-Raddrehzahl macht Gebrauch von Berechnungsmethoden, wie sie bei einem bekannten Verfahren zur Dämpfung mechanischer Torsionsschwingungen zwischen einem momentengeregelten, drehzahlvariablen Antriebsmotor und einem mit diesem Antriebsmotor mechanisch gekoppelten niederfrequenz schwingungsfähigen Antriebsstrang eines Fahrzeugs angewendet werden, das in DE 199 43 067 A1 beschrieben ist. This determination of the reference wheel speed makes use of Calculation methods as used in a known method for damping mechanical torsional vibrations between a torque-controlled, variable-speed drive motor and one with this drive motor mechanically coupled low-frequency vibratory drive train of a Vehicle are used, which is described in DE 199 43 067 A1.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Beispiel für seine Anwendung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The process according to the invention and an example of its application is explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

In den Zeichnungen zeigen: The drawings show:

Fig. 1 in einem Prinzipschaltbild den elektromechanischen Antrieb eines Schienenfahrzeugs in modellhafter Darstellung; Fig. 1 in a schematic circuit diagram of the electro-mechanical drive of a rail vehicle in model-like representation;

Fig. 2 die regelungstechnische Darstellung einer Einrichtung zur Berechnung der virtuellen Raddrehzahl; Figure 2 shows the control depiction of a device for calculation of the virtual wheel.

Fig. 3 die regelungstechnische Darstellung eines zurücksetzbaren numerischen PI-Reglers zur Drehmomentregelung; Fig. 3, the control depiction of a resettable numerical PI controller for torque control;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Lernalgorithmus zur Drehmomentoptimierung; Fig. 4 is a schematic representation of the learning algorithm for optimizing torque;

Fig. 5 in einem Diagramm den Zeitablauf bei einem typischen Bremsvorgang unter Einsatz des Verfahrens zur Erkennung und Beherrschung von Schleuder- /Gleitvorgängen. Fig. 5 a diagram showing the timing in a typical braking operation using the method to identify and control of spin / sliding operations.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1 der prinzipielle Aufbau des elektromechanischen Antriebs eines Schienenfahrzeugs erläutert. The basic structure of the electromechanical drive of a rail vehicle is explained below with reference to FIG. 1.

Vom Wagenbus wird ein Zugkraftsollwert FZ zum Antriebssteuerungsmodul ASM übertragen. Aus diesem Wert werden die einzustellenden Drehmomentsollwerte M1 bzw. M2 gebildet, die zu den Umrichtersteuerungsmodulen USM übertragen werden. Die Antriebsmotoren Mo1 und Mo2 werden über die Ansteuereinheit DPU angesteuert. Ihre Drehzahl wird durch Drehzahlmesser Dr1 und Dr2 erfaßt und als Meßwerte V1 und V2 an die Umrichtersteuerungsmodule USM weitergeleitet. Die Einrichtungen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zur Begrenzung der Drehzahldifferenz zwischen dem Istwert der Motordrehzahl und der Referenz-Raddrehzahl sind antriebsnah im Umrichtersteuerungsmodul USM lokalisiert und zwar für jede Maschine autark. Zwischen Schleuder-Gleitschutz besteht kein funktioneller Unterschied. A tensile force setpoint F Z is transmitted from the vehicle bus to the drive control module ASM. The torque setpoints M 1 or M 2 to be set are formed from this value and are transmitted to the converter control modules USM. The drive motors Mo1 and Mo2 are controlled via the control unit DPU. Their speed is recorded by speed meters Dr1 and Dr2 and passed on as measured values V1 and V2 to the converter control modules USM. The devices of the method described below for limiting the speed difference between the actual value of the motor speed and the reference wheel speed are localized to the drive in the converter control module USM, specifically for each machine. There is no functional difference between the anti-skid device.

Zur Ermittlung der Referenz-Raddrehzahl als virtuelle Raddrehzahl dient eine Einrichtung, die im folgenden mit "Drehzahlbeobachter" bezeichnet wird und in jedem Umrichtersteuerungsmodul USM installiert ist. Der Drehzahlbeobachter berechnet kontinuierlich den zu erwartenden theoretischen Drehzahlverlauf nF = ≙F,virt. aus der sollwert- und bremsmittelabhängigen Fahrzeugsollbeschleunigung aREF und der gemessenen Motordrehzahl n = ≙M nach folgender Formel:

M - αF,virt.).Cvirt. + ( ≙M - ≙F,virt.).Dvirt. - JF,virt.. ≙F,virt. = MRoll + MWind + aREF.k.mF.r
To determine the reference wheel speed as a virtual wheel speed, a device is used, which is referred to below as the “speed monitor” and is installed in each converter control module USM. The speed monitor continuously calculates the expected theoretical speed curve n F = ≙ F, virt. from the setpoint and brake medium-dependent vehicle target acceleration a REF and the measured engine speed n = ≙ M according to the following formula:

M - α F, virt. ) .C virt. + (≙ M - ≙ F, virt. ) .D virt. - J F, virt. , ≙ F, virt. = M Roll + M Wind + a REF .km F .r

Dabei entspricht die virtuelle Fahrzeugmassenträgheit JF,virt. derjenigen des voll beladenen Fahrzeugs. Die virtuelle Torsionssteifigkeit Cvirt. und die virtuelle Dämpfung Dvirt. werden empirisch ermittelt. Im Gegensatz zu geländeabhängigen Drehmomenten werden das Winddrehmoment MWind und das Rolldrehmoment MRoll als theoretische Werte berücksichtigt. mF entspricht der Masse des voll beladenen Fahrzeugs, r ist der Raddurchmesser und k die Getriebeübersetzung. In der oben dargestellten Differentialgleichung ist αM der Drehwinkel des Motors und αF der virtuelle Raddrehwinkel. The virtual vehicle inertia corresponds to J F, virt. that of the fully loaded vehicle. The virtual torsional stiffness C virt. and the virtual damping D virt. are determined empirically. In contrast to terrain-dependent torques, the wind torque M wind and the rolling torque M roll are taken into account as theoretical values. m F corresponds to the mass of the fully loaded vehicle, r is the wheel diameter and k is the gear ratio. In the differential equation shown above, α M is the rotation angle of the motor and α F is the virtual wheel rotation angle.

Die Berechnung der virtuellen Raddrehzahl nF = ≙F,virt. ist aus der regeltechnischen Darstellung des Drehzahlbeobachters in Fig. 2 ablesbar. Es wird als einzige veränderliche Eingangsgröße die gemessene Motordrehzahl n = ≙M benötigt. The calculation of the virtual wheel speed n F = ≙ F, virt. can be read from the control representation of the speed monitor in Fig. 2. The only variable input variable required is the measured engine speed n = ≙ M.

Fig. 3 zeigt in regelungstechnischer Darstellung den zurücksetzbaren numerischen PI-Regler zur Drehmomentregelung. Diesem Regler werden der Sollwert des drehmomentbildenden Stromes Iq,soll sowie der Istwert des drehmomentbildenden Stromes Iq zugeführt, wobei Q0 und Q1 die üblichen Parameter zur Festlegung der Verstärkung und der Zeitkonstante des numerischen PI-Reglers sind. Weiterhin wird dem Regler ein Signal SGS_AKT zugeführt, das den Wert 0 besitzt, solange die den Schlupf kennzeichnende Differenz zwischen n und nF einen zulässigen Maximalwert nicht überschreitet. Es nimmt den Wert 1 an, sobald der maximal zulässige Wert für den Schlupf überschritten ist. In diesem Falle wird, wie in Fig. 3 am Ausgang des Reglers symbolisch angedeutet, der Ausgang des Reglers auf den Wert 0 gesetzt. Dieser direkte Eingriff in den Regler führt unabhängig von seinen Einstellungen Q0 und Q1 zu einer maximal schnellen Reduktion des Istdrehmoments MIST. Entspricht nach der sehr raschen Drehmomentreduktion der Schlupf zwischen der Beobachterdrehzahl nF und der gemessenen Drehzahl n wieder dem vorgegebenen Grenzwert, so wird der Drehmoment-Regler wieder freigegeben (SGS_AKT = 0) und das Solldrehmoment auf einen etwas geringeren Wert eingestellt (beispielsweise um 5% reduziert), als es dem ursprünglichen, vom Fahrer angeforderten Wert entspricht. Kommt es erneut zum Schleudern/Gleiten, so tritt wieder für das Steuersignal der Wert SGS_AKT = 1 auf und es wiederholt sich der Vorgang der dynamischen Drehmomentreduktion, wobei der vom Fahrer angeforderte Wert MREF wiederum leicht (beispielsweise um 5%) erniedrigt wird. Kommt es zu keinem weiteren Auslösen der Begrenzungsfunktion, so wird der Sollwert für das Drehmoment rampenförmig auf 100% zurückgeführt. Fig. 3 shows in control engineering representation of the resettable numerical PI controller for torque control. The setpoint of the torque-generating current I q, soll and the actual value of the torque-generating current I q are fed to this controller, with Q0 and Q1 being the usual parameters for determining the gain and the time constant of the numerical PI controller. Furthermore, a signal SGS_AKT is supplied to the controller which has the value 0 as long as the difference between n and n F which characterizes the slip does not exceed a permissible maximum value. It takes the value 1 as soon as the maximum permissible value for the slip is exceeded. In this case, as symbolically indicated in FIG. 3 at the output of the controller, the output of the controller is set to the value 0. This direct engagement in the slider leads, regardless of its settings Q0 and Q1 to a maximum of rapid reduction of the actual torque M. If, after the very rapid torque reduction, the slip between the observer speed n F and the measured speed n again corresponds to the predetermined limit value, the torque controller is released again (SGS_AKT = 0) and the target torque is set to a somewhat lower value (for example by 5% reduced) than the original value requested by the driver. If skidding / sliding occurs again, the value SGS_AKT = 1 occurs again for the control signal and the process of dynamic torque reduction is repeated, the value M REF requested by the driver again being slightly reduced (for example by 5%). If the limiting function is not triggered any further, the setpoint for the torque is ramped down to 100%.

Die Vorgänge beim nur sehr kurzzeitigen Eintreten von SGS_AKT = 1 werden als Mikro-Schleuder/Gleitvorgänge bezeichnet. The processes when SGS_AKT = 1 occurs only for a very short time referred to as micro-spin / gliding.

Die im Zusammenhang mit diesem Eingriff in den Regler ablaufenden Vorgänge sind in Fig. 4 schematisch in einem Zeitdiagramm dargestellt. The processes taking place in connection with this intervention in the controller are shown schematically in FIG. 4 in a time diagram.

Auf der oberen Zeitachse ist in beispielhafter Weise der mögliche Verlauf des Signals SGS_AKT dargestellt. Das darunterliegende Zeitdiagramm zeigt den Verlauf für den Sollwert MREF des Drehmoments, wobei die mit dicken Linien eingezeichnete Kurve den Verlauf des Sollwertes darstellt, während die dünn eingezeichneten Linien die starke Reduzierung des Istwertes MIST des Drehmomentes beim Blockieren des Regelkreises zeigt. Der ganze Verfahrensablauf entspricht einem Lernalgorithmus. Nach mehreren Mikro- Schleuder/Gleitvorgängen konvergiert der reduzierte Sollwert MREF-LA für das Drehmoment MREF im Idealfall gegen den maximal übertragbaren Wert. The possible course of the signal SGS_AKT is shown in an exemplary manner on the upper time axis. The timing diagram below shows the curve for the nominal value M REF of the torque, the curve drawn with thick lines representing the curve of the nominal value, while the thinly drawn lines show the strong reduction of the actual value M IST of the torque when the control circuit is blocked. The whole procedure corresponds to a learning algorithm. After several micro-spinning / sliding operations, the reduced setpoint M REF-LA for the torque M REF ideally converges against the maximum transferable value.

Unterschreitet während dieses Verfahrens der Drehmomentsollwert MREF einen vorgebbaren Wert (z. B. 85% MREF), so wird ein Signal zum Ausbringen von Sand abgegeben. Dies ist im Zeitdiagramm SAND dargestellt (SAND = 1). Nach Überschreiten einer weiteren Grenze (z. B. 92% MREF) wird das Sanden wieder eingestellt. Bei Unterschreiten einer noch niedriger liegenden Schwelle (z. B. 70% MREF) wird ein Signal zur Auslösung der Schienenbremse abgegeben. Dies ist im Diagramm SCHIENE dargestellt (SCHIENE = 1). Die beiden Funktionen haben eine Hysterese. If the torque setpoint M REF falls below a predeterminable value (for example 85% M REF ) during this process, a signal for discharging sand is emitted. This is shown in the SAND time diagram (SAND = 1). Sanding is stopped again after another limit has been exceeded (e.g. 92% M REF ). If the threshold falls below an even lower level (e.g. 70% M REF ), a signal is issued to trigger the rail brake. This is shown in the diagram RAIL (RAIL = 1). The two functions have a hysteresis.

Fig. 5 zeigt Meßergebnisse für einen typischen Bremsvorgang, bei dem das oben beschriebene Verfahren zur Schlupfbegrenzung eingesetzt wurde. Im Zeitdiagramm sind folgende Größen aufgetragen:
der Sollwert MREF für das Drehmoment
der reduzierte Sollwert MREF-LA für das Drehmoment
der Ist-Wert MIST für das Drehmoment
die Maschinendrehzahl N
das Signal SAND für die Sandabgabe.
Fig. 5 shows measurement results for a typical braking operation, in which the method described above was used for the slip limitation. The following variables are plotted in the time diagram:
the setpoint M REF for the torque
the reduced setpoint M REF-LA for the torque
the actual value M IST for the torque
the engine speed N
the SAND signal for sand delivery.

Die starken Schwankungen des Istwertes MIST für das Drehmoment bei den Mikro-Schleuder/Gleitvorgängen sind gut zu erkennen, ebenso die aufeinanderfolgenden Änderungen des reduzierten Sollwertes MREF-LA für das Drehmoment, der jeweils nach Beendigung der Mikro-Schleuder/Gleitvorgänge wieder auf den ursprünglichen Sollwert MREF zurückgeführt wird. The strong fluctuations in the actual value M IST for the torque during the micro-spinning / sliding operations can be clearly seen, as well as the successive changes in the reduced setpoint M REF-LA for the torque, which in each case return to the after the micro-spinning / sliding operations have ended original setpoint M REF is returned.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erkennung und Beherrschung von Schleuder/Gleitvorgängen bei schienengebundenen, elektrisch angetriebenen Nahverkehrsfahrzeugen, insbesondere mit Asynchronmotor-Antrieb, mittels eines Regelkreises, dem ein Sollwert für das Drehmoment sowie eine den Istwert des Drehmoments charakterisierende Größe zugeführt wird und der ein auf ein Stellglied zur Änderung des Drehmoments einwirkendes Korrektursignal abgibt, wobei dem Regelkreis ein Steuersignal zugeführt wird, welches den Schlupf zwischen dem angetriebenen bzw. verzögerten Rad des Fahrzeugs und der Schiene charakterisiert und eine Funktion der Differenz zwischen dem Istwert der Motordrehzahl und einer die Fahrzeuggeschwindigkeit charakterisierenden Referenz-Raddrehzahl ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes dieser Drehzahl- Differenz der Regelkreis für eine durch das Steuersignal vorgegebene Zeitdauer blockiert und auf den Ausgangswert NULL gesetzt und dann wieder freigegeben wird, wonach zusätzlich der Sollwert für das Drehmoment auf einen gegenüber dem Ausgangs-Sollwert reduzierten Wert eingestellt und schließlich bei anhaltender Unterschreitung des Maximalwertes der Drehzahl-Differenz zeitgesteuert auf den Ausgangs-Sollwert zurückgeführt wird. 1.Procedure for the detection and control of skidding / sliding processes in rail-bound, electrically powered local transport vehicles, in particular with an asynchronous motor drive, by means of a control circuit, to which a setpoint value for the torque and a variable characterizing the actual value of the torque is fed and which to an actuator outputs a correction signal acting to change the torque, the control circuit being supplied with a control signal which characterizes the slip between the driven or decelerated wheel of the vehicle and the rail and a function of the difference between the actual value of the engine speed and a reference wheel speed characterizing the vehicle speed is characterized in that when a predetermined maximum value of this speed difference is exceeded, the control circuit blocks for a period of time predetermined by the control signal and is set to the initial value ZERO and then again is released, after which the setpoint value for the torque is additionally set to a value that is reduced compared to the output setpoint value and, if the maximum value of the speed difference continues to be undershot, is returned to the output setpoint value in a time-controlled manner. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein digitales Signal ist, das bei Überschreitung des Maximalwertes der Drehzahl-Differenz den Wert 1 annimmt und beim Ansteigen der Frequenz des Steuersignals der Sollwert für das Drehmoment mehrfach reduziert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the control signal is a digital signal which, when the maximum value of the Speed difference assumes the value 1 and when the frequency increases of the control signal, the setpoint for the torque is reduced several times becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Raddrehzahl als "virtuelle Raddrehzahl" in einer Modellrechnung aus dem Istwert der Motordrehzahl (n = ≙M), einem virtuellen Trägheitsmoment (JF,virt.) des voll beladenen Fahrzeugs, einer virtuellen Torsionssteifigkeit (Cvirt.) des Antriebstrangs, einer virtuellen Dämpfungskonstante (Dvirt.), virtuellen Werten für das Rolldrehmoment (MRoll), das Winddrehmoment (MWind) sowie einer Fahrzeugsollbeschleunigung (aREF), der Masse (mF) des voll beladenen Fahrzeugs, dem Raddurchmesser (r) und der Getriebeübersetzung (k) gemäß einer Differentialgleichung:
M - αF,virt.).Cvirt. + ( ≙M - ≙F,virt.).Dvirt. - JF,virt.. ≙F,virt. = MRoll + MWind + aREF.k.mF.r
M = Drehwinkel des Motors, αF = virtueller Drehwinkel des Rades] mittels eines Rechners ermittelt wird, wobei die virtuellen Größen festgesetzt werden und nach Differenzbildung mit dem Istwert der Motordrehzahl durch Vergleich mit dem vorgegebenen Maximalwert das dem Regelkreis zuzuführende Steuersignal erzeugt wird.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference wheel speed as "virtual wheel speed" in a model calculation from the actual value of the engine speed (n = ≙ M ), a virtual moment of inertia (J F, virt. ) Of the fully loaded Vehicle, a virtual torsional stiffness (C virt. ) Of the drive train, a virtual damping constant (D virt. ), Virtual values for the rolling torque (M Roll ), the wind torque (M Wind ) and a target vehicle acceleration (a REF ), the mass (m F ) of the fully loaded vehicle, the wheel diameter (r) and the gear ratio (k) according to a differential equation:
M - α F, virt. ) .C virt. + (≙ M - ≙ F, virt. ) .D virt. - J F, virt. , ≙ F, virt. = M Roll + M Wind + a REF .km F .r
M = angle of rotation of the motor, α F = virtual angle of rotation of the wheel] is determined by means of a computer, the virtual variables being determined and, after forming the difference with the actual value of the engine speed, the control signal to be supplied to the control circuit is generated by comparison with the predetermined maximum value.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrfacher Reduzierung des Sollwertes für das Drehmoment bei Unterschreitung eines ersten Minimalwertes ein Signal zum Ausbringen von Sand abgegeben wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that if the setpoint for the torque is reduced several times If the signal falls below a first minimum value, the signal for Sand is released. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung eines zweiten Minimalwertes ein Signal zur Auslösung der Schienenbremse abgegeben wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that at If a second minimum value is undershot, a signal for triggering the Rail brake is released. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurückführung des reduzierten Wertes des Sollwertes für das Drehmoment auf den Ausgangs-Sollwert rampenförmig mit vorgegebener Steigung erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the return of the reduced value of the target value for the Torque to the output setpoint ramped with a given slope he follows.
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