DE1613926C - Elektronisches Regelsystem fur die seielektrische Fahrzeuge - Google Patents

Description

Regelung der Drehzahl des Motors einerseits und für die Zuordnung einer entsprechenden Belastung des Motors zu jeder Drehzahl andererseits.

. In dem durch die deutsche Auslegeschrift 1 241190 bekannten Fall wird daher das dynamische Verhalten der bekannten Regelsysteme dadurch verbessert, daß die Änderungsgeschwindigkeit für den Drehzahlsollwert und gleichzeitig die Änderung des Leistungssollwertes mit Hilfe von Begrenzern künstlich auf einen niedrigen Wert gehalten werden, um auf diese Weise Funktionsgeber in einen Sollwert für die Leistung des io die von starken Überlastungen über den Leistungs-Dieselmötors umgeformte Sollwertsignal mit dem regelkreis ausgelösten Leistungsreduktionen zu ver-Drehzahlfehlersignal verglichen wird, wodurch ein mindern und damit rasche und langandauernde Reak-Leistungsfehlersignal gebildet wird, welches über tionen der Generatorerregung zu vermeiden, einen Erregerstromsollwert für die Generatorerregung Dieses bekannte System bedarf zeitraubender und

umgewandelt wird. Ein derartiges elektronisches Re- 15 umfangreicher Einstellungen und Abstimmungen seigelsystem ist durch die deutsche Auslegeschrift ner einzelnen aufeinander einwirkenden und vonein-1 241 190 bekannt. ander abhängigen Elemente, wobei das System zu-

Der Zweck eines derartigen Regelsystems ist es, sätzlich auf jeden Motortyp und dessen Charakteden Dieselmotor auf einer bestimmten Leistungs- ristiken gesondert abgestimmt werden muß. Weiter-Drehzahl-Charakteristik zu betreiben, denn dann ar- 20 hin hat es sich gezeigt, daß dieses System — trotz der beitet der Motor immer in Betriebspunkten, die vom Verbesserungen, die es gegenüber vorherigen Regel-Gesichtspunkt der Abnutzung her am günstigsten sind systemen bringt — den sehr zahlreichen und gegen- und gleichzeitig eine gute Ausnutzung des Brennstof- seitig aufeinander einwirkenden Einflüssen beim Fahrfes gewährleisten. Das genannte Regelsystem für einen betrieb einer Diesellokomotive im Sinne der erwähnin einem dieselelektrischen Fahrzeug eingesetzten 25 ten Aufgabe nur schwer zu folgen vermag. Dieselmotor enthält deshalb die genannten Mittel zur Der Erfindung liegt im wesentlichen die gleiche

Aufgabe wie im bekannten Fall zugrunde, nämlich durch geeignete Beeinflussung der Erregung oder allgemeiner der vom Dieselmotor während der durch

Die Fahrmotoren werden von einem oder mehre- 30 eine Sollwertänderung hervorgerufene Beschleuniren Generatoren mit einstellbarer Erregung angetrie- gungs- bzw. Verzögerungsphase aufzubringenden Leiben. Im zugehörigen Regelsystem werden daher als stung die Eigenschaften der Leistungs-Drehzahl-Stellgrößen die Brennstoff-Einspritzmenge und die Regulierung und damit die Fahreigenschaften der Lo-Generatorerregung verwendet und beeinflußt. komotive zu verbessern. Die Reaktionen des Regel-

Die Aufgabe eines solchen Regelsystems besteht 35 systems sollen dabei aber der Vielzahl der äußeren darin, durch Beeinflussung dieser Stellgrößen die vom Einflüsse beim Fahrbetrieb der Diesellokomotive: Fahrzeugführer gewünschte Zugleistung rasch und rascher und sicherer folgen als im bekannten Fall, präzise herbeizuführen und dabei den Dieselmotor Dabei sollen die Maßnahmen hinsichtlich der erformöglichst auf der erwähnten günstigsten Leistungs- derlichen Abstimmung der einzelnen Elemente auf-Drehzahl-Charakteristik zu betreiben. 4° einander und auf die Charakteristik des verwendeten

Es sind verschiedene Regelsysteme bekannt, die Motors weder zeitraubend noch umfangreich sein, mit hydraulischen, pneumatischen, elektrischen und/ Wie schon erwähnt, sollen auch in dem vorliegen-

oder elektronischen Mitteln arbeiten. Bei diesen Re- den Regelsystem bei Laständerungen, die nicht durch gelsystemen. bereitet es nun Schwierigkeiten, ein be- eine Sollwertänderung hervorgerufen werden, die befriedigendes Verhalten sowohl gegenüber Änderun- 45 kannten Reaktionen — also eine Verringerung der gen der Solleistung als auch gegenüber Laständerun- Erregung bei steigender und eine Erhöhung der Ergen, wie sie z.B. beim Einschalten der Feldschwä- regung bei fallender Belastung — ausgelöst werden, chung der Fahrmotoren auftreten, zu erreichen. Denn Diese Forderung, daß andere Laständerungen, inssowohl bei Erhöhung des Leistungssollwertes als besondere Laststeigerungen, in der bisher üblichen auch bei Lastzunahmen tritt eine Überlastung des 50 Weise vom Regelsystem aufgefangen werden, schließt Dieselmotors auf, die von den bekannten Regelsyste- den einfachen Weg aus, die Zeitdauer der Beschleunimen durch Verringern der Generatorerregung vermin- gungsphase durch das Anstehen eines Drehzahlfehlerdert wird. Während diese Wirkung im Falle einer signals bestimmten Vorzeichens und bestimmter von der Belastung herrührenden Überlast sehr er- Größe zu erfassen, da dann auch bei allen anderen wünscht ist und möglichst rasch erfolgen sollte, läuft 55 Erhöhungen der geforderten Leistung des Dieselsie im Falle einer Sollwerterhöhung der Absicht des motors, bei denen ebenfalls ein Drehzahlfehlersignal

gleichen Vorzeichens und gleicher Größe auftritt, die Erregung ebenfalls blockiert oder leicht erhöht wird, was zu den bekannten, unerwünschten Überlastungen 60 des Motors führt.

Die vorstehend geschilderte Aufgabe wird, ausgehend von einem elektronischen Regelsystem der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leistungsfehlersignal nach einer Inentlastet wird, worauf die bekannten Regclsysteme 65 version in einem Verstärker mit einem Verstärkungsmit einer Erhöhung der Generatorerregung reagieren. faktor von mindestens eins sich selbst wieder auf-Dadurch wird in diesem Fall der Dieselmotor zu stark schaltbar ist, daß zur Steuerung der Aufschaltung abgebremst; außerdem besteht dabei bei aufgclade- während der Verzögerungsphase des Dieselmotors das

Lokomotivführers entgegen, die darin besteht, die geforderte Leistung zu erhöhen; denn die genannte Reaktion der bekannten Systeme führt zu einem vorübergehenden Leistungsabfall,

Analog wird bei einer Sollwertminderung durch den Fahrzeugführer bei den bekannten Regelsystemen die Erregung und damit die Leistung erhöht, da bei dem dadurch bedingten Drehzahlabfall der Motor

Drehzahlfehlersignal dient, daß zur Steuerung der Aufschaltung während der Beschleunigungsphase des Dieselmotors ein Signal dient, das aus der Differenz des Drehzahlsollwertes und einer Nachbildung des Drehzahlistwertes gebildet ist, daß als Drehzahlistwert-Nachbildung das Ausgangssignal eines Integrators mit einer eingeprägten, minimalen Integrationsgeschwindigkeit dient, dem zur Erhöhung der Integrationsgeschwindigkeit ein von der Differenz aus Drehzahlistwert-Nachbildung und Drehzahlistwert ge- ίο steuerter nicht invertierender Proportionalverstärker mit rein positivem Ausgang vorgeschlagen ist, und daß eine Diode ein Ansteigen der Drehzahlistwert-Nachbildung über den Drehzahlsollwert hinaus verhindert.

Durch die erfindungsgemäße Regelung, wird bewirkt, daß die Erregung während der Beschleunigungsphase entweder konstant gehalten oder leicht erhöht wird. Das bedeutet, daß die vom Generator aufgenommene Leistung während dieser Zeit nicht abfällt, sondern mit zunehmender Drehzahl ansteigt. Nach der Beendigung der Beschleunigungsphase arbeitet der Motor somit bereits nahe seinem neuen Gleichgewichtszustand auf der günstigsten LeistungST Drehzahl-Charakteristik; der Gleichgewichtszustand wird daher am Ende der Beschleunigungsphase durch eine kleine Korrektur rasch erreicht.

Umgekehrt wird während der bei einer Sollwerterniedrigung auftretenden Verzögerung, d. h. Drehzahlverminderung des Motors, die Erregung im Gegensatz zu bisherigen Regelungen ebenfalls konstant gehalten oder erniedrigt, was letzten Endes auch wieder dazu führt, daß der neue Gleichgewichtszustand schneller erreicht und das dynamische Verhalten des Regelsystems verbessert wird.

Denn bei einer durch eine Reduktion des Sollwertes befohlenen Verzögerung des Motors stellt sich in dem Regelsystem ein negatives Drehzahlfehlersignal ein. Dieses ist gleichzeitig auch der einzige Fall für ein negatives Drehzahlfehlersignal. Dieses kann daher bei Verzögerung des Motors direkt für die Auslösung der Aufschaltung des invertierten Leistungsfehlersignals auf dieses selbst benutzt werden.

Die minimale Integrationsgeschwindigkeit wird durch entsprechende Auslegung des Integrators so gewählt, daß sie etwas geringer ist als die minimale Beschleunigung des Motors. Bei einem bestimmten Motor ist diese z. B. gleich der mittleren Beschleunigung, wenn der Motor von dem V-i-Lastpunkt auf Vollastdrehzahl gebracht wird.

In der beschriebenen Anordnung kann das Ausgangssignal des Integrators und damit der nachgebildete Drehzahlistwert nur zunehmen. Das ist aber durchaus genügend, da die Schaltung ja nur während den Beschleunigungsphasen arbeiten muß, denn die Steuerung der Verzweigung des Leistungsfehlersignals erfolgt in den Verzögerungsphasen, wie vorstehend beschrieben, direkt durch das Drehzahlfehlersignal. Durch die Diode wird dafür gesorgt, daß das Ausgangssignal des Integrators und damit der nachgebildete Drehzahlistwert nur um einen bestimmten kleinen Betrag größer werden kann als der jeweils eingestellte Drehzahlsollwert.

Der Zeitpunkt für die Beendigung des Beschleunigungsvorganges ist im allgemeinen dann erreicht, wenn die für die Beschleunigung stark erhöhte eingespritzte Brennstoffmenge wieder erniedrigt wird, die Brennstoffpumpen also mit einer rückläufigen Bewegung beginnen. Man kann diesen Zeitpunkt auch dadurch ermitteln, daß man als Beendigung der Beschleunigung den Zeitpunkt festlegt, in dem der Drehzahlistwert bei seinem Einschwingen auf den neuen Sollwert sich das erste Mal diesem Sollwert nähert. Bei den heute in dieselelektrischen Fahrzeugen meistens verwendeten, mit proportionalem Verhalten arbeitenden Reglern und bei den üblichen Drehzahlen ist dieser Punkt z. B. erreicht, wenn der Drehzahlfehler noch etwa 50 U/min beträgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem ist es zweckmäßig, unterschiedliche Verstärkungsfaktoren des Inversionsverstärkers für das Leistungsfehlersignal während der Beschleunigungsphase einerseits und der Verzögerungsphase andererseits vorzusehen, wobei der Inversionsverstärker während der Beschleunigungsphase den Verstärkerfaktor eins besitzen kann.

Bei dem Verstärkungsfaktor eins wird nämlich der Betrag des verzweigten Leistungsfehlersignals nicht, sondern nur sein Vorzeichen geändert. Dadurch wird das Fehlersignal nach der Addition zu Null, so daß die Erregung während der Beschleunigungsphase konstant bleibt. ■

Beschleunigt bei aufgeladenen Motoren der Dieselmotor nach einer Erhöhung des Sollwertes so schnell, daß die Turbolader nicht folgen können, so kann diese zu rasche Beschleunigung dadurch verlangsamt werden, daß die Erregung mindestens während eines Teils der Beschleunigungsphase stärker erhöht wird. Dies läßt sich bei dem Regelsystem auf einfache Weise dadurch erreichen, daß das Ausgangssignal des Proportionalverstärkers als Beschleunigungssignal über einen Funktionsgeber als Signal zur Erhöhung des Erregerstrom-Sollwertes dient.

Umgekehrt kann besonders zu Beginn der Verzögerungsphase zusätzlich die Maßnahme getroffen werden, daß das während der Verzögerungsphase des Dieselmotors wirksame Drehzahlfehlersignal zusätzlich zur Verminderung des Erregerstrom-Sollwertes dient.

Dieser direkte und schnelle Eingriff an den Sollwert für die Generatorerregung schützt zusätzlich die Turbolader vor der Gefahr des »Pumpens«.

Schließlich ist es vorteilhaft, während der Beschleunigungsphase des Motors die Hilfsbetriebe, wie z. B. Kühlventilatoren für die Motorkühlung, Batterieladegeräte und Heizung für die Lokomotive oder sogar für den ganzen Zug, die alle zusätzliche Leistungsverbraucher sind, mindestens teilweise abzuschalten.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Signalflußbild des Regelsystems mit den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen,

F i g. 2 ein Schaltbild der elektrischen Schaltung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäß neu in das grundlegende elektrische Regelsystem hineingenommenen Elemente, und zwar diejenigen Teile, die innerhalb der mit unterbrochenen Linien in Fig. 1 dargestellten Umrahmung A liegen, und

F i g. 3 ein Diagramm, das die Wirkung des erfindungsgemäßen Regelsystems erläutert; dieses Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der z. B. in elektrischen Spannungen ausgedrückten Signale für den Drehzahlistwert, den Drehzahlsollwert, den nachgebildeten Drehzahlistwert und den Ausgang des Vergleichers, der während der Beschleunigungsphase das

invertierte Leistungsfehlersignal auf dieses Signal selbst aufschaltet.

Zunächst seien das grundlegende Regelsystem und seine Funktionsweise an Hand der Fig. ] beschrieben.

Von einem Sollwertgeber 1 aus, dessen Ausgangssignal ganz allgemein den vom Dieselmotor 8 geforderten Zustand repräsentiert und der im einfachsten Fall durch den Lokomotivführer mit Hilfe des Fahrhebels, aber auch halb- oder vollautomatisch eingestellt werden kann, gelangt das die geforderte Leistung und die geforderte Drehzahl des Dieselmotors 8 bestimmende Sollwertsignal α, das sich im Punkt 2 verzweigt, einerseits über den Drehzahlsollwertverstärker 12 als Drehzahlsollwert α' zu der Additionsstelle 3 .für die Drehzahlregelung und andererseits über den Funktionsgeber 20 zur Additionsstelle 4 für die Bildung des Leistungsfehlersignals h, das als Sollwertsignal für die Erregung des Generators 6 dient. Das Erregungssollwertsignal wird dabei der Erregungsstcuerschaltung 23 zugeführt, die in einem nicht gezeichneten internen Regelkreis den Strom durch die Erregerwicklung 5 des Generators 6 regelt.

Der Generator 6 ist über die Welle 7 mit dem Dieselmotor 8 verbunden. Er speist über die Leitungen 9 die Fahrmotoren 10. Auf der Welle 7 sitzt weiterhin der Tachometergeneratorll, durch den die Drehzahl des Dieselmotors 8 gemessen und als elektrisches Signal für den Drehzahlistwert b der Additionsstelle 3 zugeführt wird.

Aus dem Vergleich der Signale α' und b resultiert das Drehzahlfehlersignal c, das über einen Verstärker 13 als proportionales Drehzahlfehlersignal c' dem Verzweigungspunkt 14 und weiter über den Begrenzer 15 als Signal c" dem Regelkreis 16 für die Einstellung der Einspritzmenge in den Brennstoffpumpen zufließt. Der Block für den Regelkreis 16 enthält auch das Stellglied für die Steuerung der Brennstoffmenge an den einzelnen Brennstoffpumpen, zu denen die mechanische Verbindung 17 führt.

Der Ansprechpegel des Begrenzers 15 wird durch ein Signal d gesteuert, das dem in dem Meßgerät 18 gemessenen Aufladedruck entspricht und zu dem Begrenzer 15 gelangt. Der Begrenzer 15 verhindert in bekannter Weise eine Überfüllung des Motors mit Brennstoff, wenn die zur Verbrennung notwendige Ladeluft nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. In dem Block des Begrenzers 15 ist der Zusammenhang zwischen seinem Ausgangssignal c" und dem Eingangssignal <·' für verschiedene Werte d_v d.„ d₃ und i/₄ des Steuersignals d graphisch dargestellt.

Das Sollwertsignal α gelangt zur Bildung des Leistungssollwertes c von der Verzweigung 2 aus zunächst in den Funktionsgeber 20, in dem es derart umgeformt wird, daß jedem Drehzahlsollwertsignal a', d. h. auch jedem Sollwertsignal α eindeutig eine bestimmte Einspritzmenge zugeordnet ist; dies ist in dem Block des Funktionsgebers 20 durch die graphische Darstellung der Funktion e = f(a) wiedergegeben. Das Ausgangssignal e des Funktionsgebers 20 stellt den Sollwert für die geforderte Belastung des Dieselmotors und damit bei gegebener Dieseldrehzahl den Sollwert für die Leistung dar.

Der Leistungssollwert e wird an der Additionsstelle 4 mit dem Drchzahlfchlcrsignal c' verglichen. Aus dem Vergleich an der Stelle 4 resultiert das Leistimgsfelilcrsignal /i, das — wenn man zunächst einmal die erfindungsgemäße Verzweigung 25 und die Additionsstelle 26 außer Betracht läßt, also die außerhalb der Beschleunigungs- und der Verzögerungsphase des Dieselmotors 8 ablaufende normale Regelung betrachtet — in einen Integralverstärker 22 eintritt, dessen Ausgangssignal g — ebenfalls unter vorläufiger Ausschaltung des nur während der erfindungsgemäß beeinflußten Phasen wichtigen Additionspunktes 21 — als Erregerstromsollwert g' in die Steuerschaltung 23 für die Generatorerregung gelangt.

ίο Im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des bisher beschriebenen bekannten Regelsystems wird von der Verzweigung 25 aus das Leistungsfehlersignal /; an den Eingang eines Proportionalverstärkers 27 geführt, der zwei Ausgänge 28 und 29 besitzt, die über zwei Schalter 30 und 31 an die Additionsstelle 26 führen. An diese Stelle 26 werden das Leislungsfehlersignal h und das in dem Verstärker 27 invertierte und unter Umständen verstärkte Signal h im Beschleunigungsfalle über den Ausgang 28 nach Schließen des Schalters 30 als Signal i und im Verzögerungsfalle über den Ausgang 29 und nach Schließen des Schalters 31 als Signal k miteinander verglichen. Das daraus resultierende Signal h' gelangt dann während der genannten Phasen als Eingangssignal in den Integralverstärker 22. An den Ausgängen 28 und 29 des Proportionalverstärkers 27 ist durch die Bezeichnung |Fj ^ 1 symbolisch angedeutet, daß der Verstärker als reine Inversion (F=I) oder zusätzlich als Verstärker wirken kann (F > 1), wobei der Verstärkungsfaktor F für die beiden Ausgänge 28 und 29 verschieden sein kann. Der Schalter 31, der während der Verzögerungsphase des Dieselmotors 8 geschlossen ist, wird durch das Drehzahlfehlersignal c' betätigt, das während dieser Phase, wie bereits erwähnt, negativ ist.

Da, wie ebenfalls bereits beschrieben, der während der Beschleunigung geschlossene Schalter 30 nicht auch von dem Drehzahlfehlersignal c' direkt bedient werden kann, wird für das Schließen und Öffnen dieses Schalters 30 das Drehzahlfehlersignal elektronisch nachgebildet, indem eine elektronische Nachbildung b' des Drehzahlistwertsignals b mit dem Drehzahlsollwertsignal a' in einem Vergleicher 32 verglichen wird. Das aus diesem Vergleich resultierende Ausgangssignal q des Vergleichers 32 schließt den Schalter 30, wenn der Betrag des an sich negativen Drehzahlsollwertes α' größer als der Betrag des ebenfalls negativen Signals b' der Nachbildung für den Drehzahlistwert ist. Umgekehrt öffnet das Signal q diesen Schalter 30, wenn ja' ^ |ft'i.

Weiterhin öffnet das Signal q, das zunächst in dem Proportionalverstärker 33 verstärkt wird, als Signal q' den Schalter .34, wodurch die nur schematisch angedeuteten Hilfsbetriebe 35, wie z. B. Kühlluftventilatoren, Heizungen und Bätterieladegeräte, während der Beschleunigungsphase —- also bei der Bedingung ■ d \ > j b'\ — abgeschaltet werden.

Zur Erzeugung der Drehzahlistwert-Nachbildung b' dient der Integrator 36, der eine eingeprägte, minimale Integrationsgeschwindigkeit besitzt. Diese ist so vorgegeben, daß sie kleiner als die minimale Beschleunigung des Dieselmotors ist, die ihrerseits bei bestimmten Motoren z. B. die mittlere Beschleuniguni', ist, die der Motor 8 bei einer Beschleunigung von dem 'Vj-Lastpunkt auf die Vollastdrchzahl erreicht.

Zur Anpassung des Integrators 36 an die momentane tatsächliche Beschleunigung des Motors 8 wird die Integrationsgeschwindigkeit so weit erhöht, daß.

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wie in F i g. 3 gezeigt und später beschrieben wird, nisses gezeigt worden, daß zunächst in bekannter die Drehzahlistwert-Nachbildung b' während der Be- Weise an der Stelle 4 ein Leistungsfehlersignal h geschleunigung, abgesehen vom Beginn der Beschleuni- bildet wird, das sich an der Stelle 25 wieder verzweigt gungsphase, dem Drehzahlistwert b in seinem Verlauf und an der Additionsstelle 26 mit seiner Inversion entspricht. Diese Anpassung der Integrationsgeschwin- S verglichen wird. In der Schaltung nach Fig. 2 verdigkeit des Integrators 36 wird gesteuert durch das zweigen sich jedoch das Leistungssollwertsignal e an Ausgangssignal (Beschleunigungssignal m) eines nicht der Stelle 41 und das Drehzahlfehlersignal d an der invertierenden Proportionalverstärkers 37' mit rein Stelle 42. Der Vergleich dieser beiden Signale e und c' positivem Ausgang, dessen Eingangssignal ρ an einem erfolgt dann zweimal, und zwar an der Additions-Additionspunkt 38 durch den Vergleich des Dreh- io stelle 4 und an der Additionsstelle 43 vor dem Prozahlistwertes b mit der Drehzahlistwert-Nachbildung b' portionalverstärker Ti, so daß dessen Eingangssignal, des Integrators 36 gebildet wird. wie in Fig. 1, ebenfalls das Leistungsfehlersignal ή

Wenn der Dieselmotor 8 zu schnell beschleunigt, ist.

so daß die Aufladung mit Hilfe der Turbolader nicht Die für die Beschleunigung und Verzögerung untermehr folgen kann, so ist es notwendig, die Beschleu- 15 schiedliche Verstärkung F des Proportionalverstärnigung des Dieselmotors 8 zu vermindern. Dies ge- kers 27 wird in einfacher Weise durch unterschiedschieht durch eine relativ starke Erhöhung der Be- liehe Dimensionierung der beiden Ohmschen Rückiastung, d. h. eine Erhöhung der Generatorerregung. kopplungen dieses Verstärkers realisiert. Dies ist Diese Erhöhung wird dadurch ausgelöst, daß das Be- möglich, da immer höchstens eine der beiden Rückschleunigungssignal m bei einer bestimmten Größe 20 führungen eingeschaltet ist.

über einen Funktionsgeber 39 als Signal rri dem Aus- ' Die Dioden 44 und 45 an den Ausgängen 28 und 29 gangssignal g am Additionspunkt 21 additiv aufge- des Proportionalverstärkers 27 stellen sicher, daß an schaltet wird, so daß der Erregerstromsollwert g' für den Ausgang 29 nur positive und an den Ausgang 28 die Erregungssteuerschaltung 23 plötzlich erhöht wird. nur negative Signale k bzw. / weitergegeben werden.
Der Funktionsgeber 39 bestimmt dabei den Betrag 35 Die Schalter 30 bzw. 31 sind durch zwei Transistodes Beschleunigungssignals m, bei dem ein Signal m' ren 46 bzw. 47 realisiert, deren Emitter auf Erdpotenweitergeben wird. Besteht für die Turbolader wegen tial liegen und deren Kollektoren mit den Ausgängen starker Verzögerung des Dieselmotors 8 eine Pump- 28 bzw. 29 verbunden sind. Die Basis des pnp-Trangefahr, so wird das in diesem Falle negative Dreh- sistors 46 wird gesteuert von dem am Ausgang des zahlfehlersigrial d über den Funktionsgeber 40, der 3° Vergleichers 32 anstehenden Signals q, das in der Benur negative Signale cf durchläßt, als Signal r, eben- schleunigungsphase diese Basis stark positiv Vorfalls direkt, am Additionspunkt 21 aufgeschaltet und spannt und so während dieser Phase den Transistor wirkt während der Verzögerung im Sinne einer zu- 46 sperrt. In der tatsächlichen Ausführung ist also der sätzlichen Verringerung des Erregerstromsollwertes g'. Schalter 30 dadurch realisiert, daß der Kurzschluß des Dadurch werden die Generatorerregung und damit 35 Ausganges 28 des Proportionalverstärkers 27 über die Abbremsung des Dieselmotors 8, besonders zu den Transistor 46 während der Beschleunigungsphase Beginn der Verzögerungsphase, direkt erniedrigt. aufgehoben wird. Ebenso verwirklicht der Transistor In dem Signalflußbild nach Fig. 1 ist in den ein- 47 den Schalter31; die Basis dieses Transistors wird zelnen Bauelementen der Verlauf des Ausgangssignals jedoch von dem Drehzahlfehlersignal c' beeinflußt,
des entsprechenden Elementes in Abhängigkeit von 40 Die Funktionsgeber 39 und 40 bestehen aus einseinem Eingangssignal schematisch eingetragen. Wei- fachen Dioden 49 und 50 bzw. 51, die erst bei einer terhin sind die algebraischen Vorzeichen der einzel- bestimmten Größe des an ihnen anliegenden Einnen Signale für die Beschleunigungs- und für die Ver- gangssignals leitend werden.

zögerungsphase angegeben, wobei für die Verzöge- Weiterhin sei auf die Diode 52 verwiesen, die in rungsphase die in Klammern gesetzten Werte gelten, 45 der das Beschleunigungssignal m weitergebenden die nur eingetragen sind, soweit sie für das Verstand- Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des nicht nis der erfindungsgemäßen Regelung notwendig sind invertierenden Proportionalverstärkers 37 und dem oder soweit sie sich von den Vorzeichen der Beschleu- Steuereingang des Integrators 36 angeordnet ist und nigung unterscheiden. sicherstellt, daß tatsächlich nur positive Ausgangs-Die Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild des 50 signale des Proportionalverstärkers37 zur Steuerung innerhalb der Umrahmung A liegenden Teiles der des Integrators 36 verwendet werden. Die Maßnahme, 'Fig. 1, wobei die mit Bezugsziffern versehenen ge- aus dem Proportionalverstärker37 nur ein positives strichelten Umrahmungen in der Fig. 2 die ent- Signal auf den Integrator36 gelangen zu lassen, hat sprechenden Elemente der F i g. 1 wiedergeben. Die den Sinn, bei außergewöhnlichen Betriebszuständen elektrischen Schaltungen der an sich bekannten Ver- 55 des Dieselmotors 8 — wenn der Motor z. B. bei Ausstärker sind nicht im einzelnen aufgeführt, jedoch fall eines oder mehrerer Zylinder nicht auf die gesind Proportionalverstärker mit Ohmschen Rückkopp- wünschte Drehzahl beschleunigen kann — sicherzulungen und Integralverstärker mit kapazitiven Rück- stellen, daß der Integrator trotzdem mit seiner minikopplungen symbolisiert. . malen Integrationsgeschwindigkeit weiter integriert, ■ Da die in Fig. 2 gezeigte Schaltung im wesent- 60 so daß nach einer gewissen Zeit die mit dem erfinlichen dem Signalflußbild 1 entspricht, sind die in dungsgemäßen Regelsystem während der Beschleuni-Fi g. 1 benutzten Symbole und Beziehungen in Fig. 2 gungsphase blockierte Erregung freigegeben wird, so weit wie möglich ebenfalls verwendet worden. Aus Dadurch kann dann die Erregung durch die bisher dem gleichen Grund ist es auch nur notwendig, im übliche Art der Regelung vermindert werden, so daß Zusammenhang mit F i g. 2 auf die darin Vorhände- 63 der Motor wieder beschleunigen kann,
nen Abweichungen und Besonderheiten gegenüber Der Vergleicher 32 besteht aus einem Proportional-F i g. 1 näher einzugehen. verstärker 53 mit sehr hohem Verstärkungsgrad; die-In F i g. 1 ist aus Gründen des besseren Verstand- ser Verstärker besitzt zwei Eingänge 54 und 55, die

von einer Diode 56 überbrückt sind. Am Eingang 54 liegt das negative Drehzahlsollwertsignal d', während am Eingang 55 das nachgebildete Drehzahlistwertsignal b', also das Ausgangssignal oder die Ausgangsspannung des Integrators 36 ansteht. Zwischen den Eingängen 54 und 55 besteht außerhalb der Beschleunigungsphase des Dieselmotors 8 eine Potentialdifferenz U₅₆, die dem Spannungsabfall an der Diode 56 entspricht. Für die in F i g. 2 angedeutete Durchlaßrichtung dieser Diode 56 liegt außerhalb der Beschleunigungsphase das Potential des Punktes. 55 um den genannten Spannungsabfall, der etwa 0,5 V beträgt, niedriger als dasjenige des Eingangs 54. Die Funktionsweise des Vergleichers 32 wird im Zusammenhang mit Fig. 3 näher beschrieben. Die Widerstände 57 und 58, über die die Eingänge 54 und 55 mit Erdpotential verbunden sind, haben einmal die Aufgabe, das Potential der Punkte 54 und 55 gegen ein festes, für beide Eingänge gleiches Potential festzulegen, zum anderen ergeben sie mit den Eingangswiderständen des Proportionalverstärkers 53 einen Span-. nungsteiler für die diesem Verstärker zugeführten Eingangsspannungen. >

Der Schalter 34 ist im Ausführungsbeispiel so ausgeführt, daß eine Spule 60 zwischen dem Ausgang des Proportionalverstärkers 33 und dem Erdpotential angeordnet ist, wobei zwischen'dieser Spule 60 und dem Verstärker 33 die Diode 59 angeordnet ist, die in Richtung vom Verstärker 33 zur Spule 60 durchlässig ist. Dadurch fließt durch die Spule 60 nur ein Strom, wenn die Ausgangsspannung des Proportionalverstärkers 33 positiv ist, also bei positivem Signal q'. Da ein Verstärker die Phase eines Signals im allgemeinen um 180° verschiebt, fließt durch die Spule 60 folglich nur ein Strom, wenn das Eingangssignal q in den Verstärker 33, d. h. das Ausgangssignal des Vergleichers 32 negativ ist, was in allen Betriebszuständen, außer während der Beschleunigungsphase des Dieselmotors, der Fall ist. Durch den Strom in der Spule 60 wird der Kontakt 61 in einem Strang 62 der schematisch angedeuteten Speiseleitung für die Hilfsbetriebe 35 gegen die Kraft einer nicht dargestellten Feder geschlossen. Die Hilfsbetriebe werden daher außerhalb der Beschleunigungsphase des Dieselmotors 8 immer mit Strom versorgt und nur während dieser Phase abgeschaltet.

Das Diagramm der F i g. 3 zeigt in schematischer, d. h. nicht maßstabsgerechter Darstellung den Verlauf der als elektrische Spannungen ausgebildeten Signale: ä für den Drehzahlsollwert, b für den Drehzahlist- wert, b' für die Drehzahlistwert-Nachbildung — d. h. den Potentialverlauf am Eingang 55 des Vergleichers 32 — und q für den Ausgang des Vergleichers 32 in Abhängigkeit von der Zeit. Mit den in eckige Klammern gesetzten — sich aber hier nicht nur auf die Verzögerungsphase beziehenden — Symbolen n_So bis /I5, sind die positiven tatsächlichen Sollwerte für die Drehzahl bezeichnet, die bei den entsprechenden Drehzahlsollwertsignalen a₀' bis O₃' erreicht werden sollen. Die Kurve des Drehzahlistwertes b kann daher auch als die tatsächliche Drehzahl in Umdr./Min. [U/min] angesehen werden.

Die nachstehende Beschreibung der Funktionsweise des Regelsystems sei auf die Beschleunigungsphase beschränkt, da die erfindungsgemäße Funk- tionsweise in dieser Phase zur Auswirkung kommt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht ja, wie beschrieben, darin, während der Be schleunigung des Dieselmotors 8 die Erregung des Generators 6 zu blockieren, so daß der Motor nach Beendigung der Beschleunigung möglichst rasch die geforderte Leistung abgibt. Wie erwähnt, wird diese Blockierung der Erregung dadurch erreicht, daß während der Beschleunigungsphase das Ausgangssignal g des Integralverstärkers 22 für die Bildung des Erregerstromsollwertes g' gar nicht oder nur wenig geändert wird. Dazu wird das Leistungsfehlersignal h in seinem Betrag völlig oder nahezu unverändert mit umgekehrten Vorzeichen nochmals auf sich selbst aufgeschaltet, wobei diese Aufschaltung nur während einer durch eine Änderung des Sollwertsignals α bzw. d hervorgerufenen Beschleunigung des Dieselmotors 8 erfolgen soll. Daher kann, wie schon mehrfach betont, das Drehzahlfehlersignal d nicht direkt als Auslösesignal für diese Aufschaltung verwendet werden.

In Fig. 3 ist angenommen, daß zur Zeit t₀ der Drehzahlistwert b des Dieselmotors bis auf die bei einer Proportionalregelung unvermeidliche Regelabweichung w mit dem Sollwert «_So übereinstimmt. Das zugehörige Drehzahlsollwertsignal ist a_?', und das Potential des Punktes 55 (F i g. 2), das sich außerhalb der Beschleunigungsphasen nur um den Spannungsabfall f/_5e der Diode 56 von dem Signal a₀' unterscheidet, ist b_Q'. Der Grund für diesen Zusammenhang zwischen b' und cf außerhalb der Beschleunigungsphase liegt darin, daß bei Absinken des Potentials am Eingang 55 gegenüber demjenigen am Eingang 54 über den Betrag U₅₆ hinaus ein Strom durch die Diode 56 fließt, durch den diese Potentiale wieder aneinander angeglichen werden. Dieser Ausgleich bewirkt auch, daß der Integrator 36 nach Beendigung der Beschleunigungsphase nur bis zu der genannten Potentialdifferenz weiter integrieren kann, wie dies z. B. während der Zeit t₃ bis t_i der Fall ist. Weiterhin wird durch den Strom durch die Diode 56 das Potential am Eingang 55 und damit das Signal b' während einer Verzögerungsphase an das neue Sollwertsignal d angepaßt, wie dies im Zeitraum /₅ bis t_e gezeigt ist.

• Zur Zeit t_t wurde das Sollwertsignal a_Q' von dem Sollwertgeber 1 aus auf seinen neuen Wert a_t' erhöht. Dadurch wird im Zeitpunkt t₂ dieses zu größeren, negativen Werten ansteigende Signal d betragsmäßig größer als b₀'. Das bedeutet aber, daß das Potential am Eingang 54 zur Zeit t₂ stärker negativ wird als das Potential am Eingang 55, wodurch das Ausgangssignal q des Proportionalverstärkers 53 von einem negativen auf einen positiven Wert umkippt und die bereits beschriebenen Wirkungen an den Schaltern 30 und 34 auslöst.

Das Absinken des Potentials am Eingang 54 gibt aber auch gleichzeitig das Potential am Eingang 55 frei, so daß der Integrator 36 zunächst mit minimaler Integrationsgeschwindigkeit zu' integrieren beginnt, um die beschriebene Potentialdifferenz zwischen den Eingängen 54 und 55 wiederherzustellen.

Eine Erhöhung des Drehzahlsollwertesa' bewirkt ferner in der üblichen Weise eine Steigerung des Drehzahlistwertes b, so daß am Additionspunkt 38 durch Änderung der Drehzahlistwert-Nachbildung V und des Drehzahlistwertes b eine Vergrößerung des Eingangssignaisp am Proportionalverstärker37 eintritt, das im Gleichgewichtszustand einen kleinen Wert besitzt. Dieses Signal ρ löst eine Vergrößerung der Integrationsgeschwindigkeit des Integrators 36 aus, so daß dessen Ausgangssignal, gesteuert durch das Si-

gnal ρ, in seinem Verlauf dem Verlauf des Drehzahlistwertes b nach kurzer Anlaufzeit folgt, wie dies für den Zeitraum /₂ bis i₃ in F i g. 3 gezeigt ist. Durch die Vergrößerung der Integrationsgeschwindigkeit des Integrators 36 hält sich das Signal ρ gleichzeitig immer auf seinem kleinen Wert, sobald die Anpassung der Drehzahlistwert-Nachbildung b' an das Drehzahlistwertsignal b erreicht ist.

Zur Zeit t₃ ist die Beschleunigung des Dieselmotors praktisch beendet, da sich die Drehzahl η zu diesem ' Zeitpunkt ihrem neuen Sollwert n_{s ί} zum ersten Mal nähert. Gleichzeitig damit sind, die Potentiale an den Eingängen 54 und 55 des Vergleichers 32 einander gleichgeworden, da ja das Potential des Eingangs 55 dem nachgebildeten Drehzahlistwert b' und damit in seinem Wert dem Drehzahlistwert b bzw. η und das Potential am Punkt 54 dem Drehzahlsollwert α⁷ bzw. n_s entsprechen. Die Gleichheit der beiden genannten Potentiale bewirkt, daß das- Ausgangssignal q des Verstärkers 53 wieder auf einen negativen Wert kippt, so wodurch ein Schließen des Schalters 34 und ein öffnen des Schalters 30, d. h. ein Leitendwerden des Transistors 46, ausgelöst werden.

Der Integrator fährt im Zeitraum /₃ bis t_i fort, mit seiner eingeprägten, minimalen Integrationsgeschwin- as digkeit zu integrieren, bis zwischen, den Punkten 54 und 55 die Potentialdifferenz Ε/_5β erreicht ist.

Bis zum Zeitpunkt r₅ befindet sich das geschilderte Regelsystem wie zu Beginn wieder in Ruhe, und der Dieselmotor 8 läuft nach Abklingen des bei t₃ einsetzenden Einschwingvorganges in Übereinstimmung mit seiner gegebenen Sollwertdrehzahl n_Sv

Das Weiterintegrieren des Integrators 36 für den Fall einer vorzeitigen Beendigung der Beschleunigung infolge einer Störung wird dadurch ermöglicht, daß die Integrationsgeschwindigkeit des Integrators von dem nicht invertierenden Proportionalverstärker 37 nur durch ein positives Signal m (Diode 52) beeinflußt werden kann. Bei einer vorzeitigen Beendigung der Beschleunigung wird aber das Eingangssignal ρ des Verstärkers 37 negativ, da zum einen die negative Drehzahlistwert-Nachbildung b' am Additionspunkt bei integrierendem Integrator 36 dauernd wächst, während der damit verglichene positive Drehzahlistwert b nach Beendigung der Beschleunigung konstant bleibt. Zum anderen wird die Integration des Integrators 36 erst gestoppt, wenn die Potentialdifferenz U_ie zwischen den Eingängen 54 und 55 erreicht ist,

Zur Zeit t₅ wird vom Sollwertgeber 1 eine Verzögerung vorgeschrieben, die auf das während der Beschleunigungsphase wirksame Regelsystem keinen Einfluß hat, wenn man von dem beschriebenen, selbsttätigen Anpassen der Drehzahlistwert-Nachbildung ft' an den neuen Drehzahlsollwert a₂' absieht.

Wie schon ausgeführt, wird bei einer Verzögerung infolge einer Erniedrigung des Drehzahlsollwertes das Drehzahlfehlersignal cf negativ, wodurch der Schalter 31 geschlossen wird, um die Erregung während dieser Phase durch Kompensation oder Überkompensation des Leistungsfehlersignals h mit dem zu ihm inversen Signal k konstant zu halten oder leicht zu erniedrigen.

Zur Zeit f₇ wird eine neue Beschleunigung vorgegeben. Es laufen dann wieder die zur Zeit t₈ einsetzenden, für die Zeit <₂ beschriebenen Vorgänge ab. Es sei jedoch angenommen, daß infolge einer Störung der Dieselmotor 8 nicht auf seinen neuen Drehzahlsollwert n_S3 beschleunigen kann, sondern die Beschleunigung zur Zeit t₉ beendet ist. Da zu diesem Zeitpunkt die Drehzahlistwert-Nachbildung b' den Wert des Drehzahlsollwertesa,' noch nicht erreicht hat, integriert der Integrator 36 trotz der vorzeitigen Beendigung der Beschleunigung weiter, allerdings mit seiner minimalen Geschwindigkeit, bis zum Zeitpunkt f_u. Dabei wird zur Zeit t,₀ die geschilderte Gleichheit des Drehzahlsollwertes al und der Drehzahlistwert-Nachbildung b', wie im Punkt t,, erreicht, so β» daß zur Zeit r₁₀ die Erregung durch Umkippen des Signals q von einem positiven auf einen negativen Wert freigegeben wird.

Vom Zeitpunkt t,₀ ab wird daher die Erregung in der für eine Beschleunigung bisher üblichen Weise erniedrigt, wodurch auch der mit einer Störung behaftete Dieselmotor 8 auf seine vorgeschriebene Sollwertdrehzahl n_Ss beschleunigen kann.

was ebenfalls nicht zur Zeit t_g, sondern erst zur Zeit t_u der Fall ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronisches Regelsystem für dieselelektrische Fahrzeuge, deren aufgeladener Dieselmotor über einen Generator die Fahrmotoren antreibt, in welchem System einerseits ein von einem Sollwertgeber ausgehendes Sollwertsignal mit dem Istwertsignal für die Dieselmotor-Drehzahl ein Drehzahlfehlersignal bildet, welches in einem Drehzahl-Regelkreis die eingespritzte Brennstoffmenge bestimmt, und andererseits das in einem Funktionsgeber in einen Sollwert für die Leistung des Dieselmotors umgeformte Sollwertsignal mit dem Drehzahlfehlersignal verglichen wird, wodurch ein Leistungsfehlersignal gebildet wird, welches über einen Integralverstärker in einen Erregerstromsollwert für die Generatorerregung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsfehlersignal (h) nach einer Inversion in einem Verstärker (27) mit einem Verstärkungsfaktor von mindestens eins sich selbst wieder aufschaltbar ist, daß zur Steuerung der Aufschaltung während der Verzögerungsphase des Dieselmotors (8) das Drehzahlfehlersignal dient, daß zur Steuerung der Aufschaltung während der Beschleunigungsphase des Dieselmotors (8) ein Signal (q) dient, das aus der Differenz des Drehzahlsollwertes (^) und einer Nachbildung (ft') des Drehzahlistwertes (ft) gebildet ist, daß als Drehzahlistwert-Nachbildung (&') das Ausgangssignal eines Integrators (36) mit einer eingeprägten, minimalen Integrationsgeschwindigkeit dient, dem zur Erhöhung der Integrationsgeschwindigkeit ein von der Differenz aus Drehzahlistwert-Nachbildung (ft') und Drehzahlistwert (ft) gesteuerter nicht invertierender Proportionalverstärker (37) mit rein positivem Ausgang vorgeschaltet ist, und daß eine Diode (56) ein Ansteigen der Drehzahlistwert-Nachbildung (ft*) über den Drehzahlsollwert (α') hinaus verhindert.

2. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unterschiedliche Verstärkungsfaktoren des Inversionsverstärkers (27) für das Leistungsfehlersignal (Λ) während der Beschleunigungsphase einerseits und der Verzögerungsphase andererseits. ,

3. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inversionsverstärker (27) während der Beschleunigungsphase den Verstärkungsfaktor eins besitzt.

4. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Proportional Verstärkers (37) als Beschleunigungssignal (m) über einen Funktionsgeber (39) als Signal (rri) zur Erhöhung des Erregerstrom-Sollwertes (g') dient.

5. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das während der

Verzögerungsphase des Dieselmotors (8) wirksame Drehzahlfehlersignal (c') zusätzlich zur Verminderung des Erregerstrom-Sollwertes (g') dient.

6. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das während der Beschleunigungsphase des Dieselmotors (8) wirksame Signal (?) zusätzlich die Hilfsbetriebe (35) mindestens teilweise abschaltbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen