DE19927224C1 - Drive force characteristic saturation detection method for electric locomotive compares estimated variance in measured revs with first limit value and/or diuration for which second limit value is exceded - Google Patents
Drive force characteristic saturation detection method for electric locomotive compares estimated variance in measured revs with first limit value and/or diuration for which second limit value is excededInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Kraft schlußfunktionen ohne Maximum bei Fahrzeugen, insbesondere zur Anwendung in einem Regelungsverfahren zur Kraftschlußhochausnut zung von elektrischen Triebfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Detektor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5. Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus der DE 40 20 350 C2 bekannt.The invention relates to a method for detecting force closing functions without a maximum for vehicles, especially for Use in a control procedure for the force-locking groove tion of electric traction vehicles according to the preamble of Claim 1 and a detector for performing the method according to claim 5. A method according to the preamble of Claim 1 is known from DE 40 20 350 C2.
Moderne Triebfahrzeugs können Zugkräfte bereitstellen, die nur unter günstigen Kraftschlußbedingungen übertragen werden können.Modern traction vehicles can provide tractive effort that only can be transferred under favorable adhesion conditions.
Günstige Kraftschlußbedingungen werden dabei durch eine Rei bungszahl gekennzeichnet, die dem heute üblichen Verhältnis von maximaler Zugkraft zu. Gewichtskraft des Triebfahrzeugs von etwa 0,3 bis 0,5 entspricht.Favorable adhesion conditions are thereby a Rei exercise number, which corresponds to the ratio of maximum traction. Weight of the locomotive of about Corresponds to 0.3 to 0.5.
Bei Kraftschlußfunktionen ohne Maximum kann es insbesondere bei einer Kraftschlußhochausnutzung, zum Beispiel im Fahrbetrieb, zu einer kontinuierlichen Verringerung des Längsschlupfes bei gleichbleibendem Kraftschluß kommen. Ein dauerhaft verringerter Längsschlupf zieht erhöhte Reibleistungen nach sich, die in der Energiebilanz des Fahrzeuges als Verluste auftreten und somit zu vermeiden sind. Ein weiterer Nachteil eines dauerhaft veringer ten Längsschlupfes ist der erhöhte Verschleiß an den Triebrädern des Triebfahrzeugs. Dieses Problem tritt u. a. bei Schienen fahrzeugen bei einer Kraftschlußhochausnutzung auf, bei der ein Längsschlupf eingestellt werden muß, für den der Kraftschluß be tragsmäßig möglichst groß ist. In the case of adhesion functions without a maximum, it can be used in a high utilization of traction, for example when driving a continuous reduction in longitudinal slip constant adhesion. A permanently reduced Longitudinal slip leads to increased friction, which in the Energy balance of the vehicle occur as losses and thus too are to be avoided. Another disadvantage of a permanently reduced The longitudinal slip is the increased wear on the drive wheels of the locomotive. This problem may occur. a. for rails vehicles in a traction exploitation, in which a Longitudinal slip must be set, for which the adhesion be is as large as possible.
Die bekannten Verfahren zur Kraftschlußhochausnutzung bei elek trischen Triebfahrzeugen berücksichtigen in der Regel nicht die Problematik, die sich aus Kraftschlußfunktionen ohne Maximum er geben.The known methods for the high utilization of force at elek electric locomotives usually do not take into account the Problem arising from adhesion functions without a maximum give.
Lediglich in: Schwartz, H.-J. (1992): "Regelung der Radsatzdreh zahl zur maximalen Kraftschlußausnutzung bei elektrischen Trieb fahrzeugen", Reihe 12: Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik (178), VDI Fortschrittsberichte, ist ein Verfahren beschrieben, bei dem immer dann eine Reduktion des Motordrehmomentes vorgenommen wird, wenn der letzte Gleit- oder Schleudervorgang länger als eine anzugebende Zeitspanne zurückliegt. Bei Regelungsverfahren, die eine kontinuierliche Fahrt am Kraftschlußmaximum ermög lichen, zieht dies eine geringere Ausnutzung des verfügbaren Kraftschlusses nach sich. Diese geringe Ausnutzung kommt zustande, weil die Reduktion des Motordrehmomentes (und damit der Zugkraft) unabhängig von der aktuellen Kraftschlußfunktion mit Hilfe eines Zeitkriteriums vorgenommen wird.Only in: Schwartz, H.-J. (1992): "Regulation of the wheelset rotation Number for the maximum use of traction in electric drives vehicles ", Series 12: Traffic engineering / vehicle technology (178), VDI Progress reports, is a procedure described in which the engine torque is always reduced if the last slide or spin cycle is longer than a specified period of time ago. In regulatory procedures, which enables a continuous drive at the adhesion maximum lich, this draws less use of the available Adhesion after itself. This little exploitation is coming occurs because the reduction in engine torque (and thus the tractive force) regardless of the current adhesion function is carried out with the help of a time criterion.
Die DE 195 37 257 A1 zeigt ein Verfahren, das aus einem gefilterten Signal von Radumdrehungsschwankungen und dem statistischen Varianzverlauf des Signals das physikalische Profil einer Fahrbahnoberfläche ermittelt.DE 195 37 257 A1 shows a method that consists of a filtered Signal of wheel rotation fluctuations and the statistical Variance curve of the signal the physical profile of a Road surface determined.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und einen Detektor zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, mit denen gewährleistet ist, daß die Nachteile des Standes der Technik vermieden und ein Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschlußfunktion erkannt wird, um daraus geeignete Maßnahmen ableiten zu können.The object of the invention is a generic method and to develop a detector to carry out the method, with which it is ensured that the disadvantages of the prior art Technology avoided and an operation in the saturation range Traction function is recognized to take appropriate action to be able to derive.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Danach ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß eine ge eignete Auswertung der geschätzten Varianz der gemessenen Dreh zahl vorgenommen wird, indem ein Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschlußfunktion anhand eines ersten Grenzwertes und/oder anhand der Dauer der Überschreitung eines zweiten Grenzwertes ermittelt wird.The object is achieved with the features of claims 1 and 5. Thereafter, the method is characterized in that a ge suitable evaluation of the estimated variance of the measured rotation number is made by operating in the saturation range the adhesion function based on a first limit value and / or based on the duration of exceeding a second limit is determined.
Der Detektor zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Schätzung der Varianz der gemessenen Drehzahl über ein Signal der ge schätzten Varianz der gemessenen Drehzahl mit einem ersten und einem zweiten Schwellwertdetektor und ein Reset-Generator über ein Reset-Signal mit der Einrichtung zur Schätzung der Varianz der gemessenen Drehzahl und mit einer Zeitmeßeinrichtung verbun den sind, wobei der Eingang des Reset-Generators mit Signalen verbunden ist, aus denen ein Betrieb auf dem ansteigenden Ast der Kraftschlußfunktion erkannt werden kann, und wobei der erste Schwellwertdetektor über ein binäres Signal mit der Zeitmeßein richtung verbunden ist, und wobei die Zeitmeßeinrichtung über einen weiteren Schwellwertdetektor und der zweite Schwellwert detektor mit einer Auswertelogik verbunden sind, deren Ausgangssignal einen Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschlußfunktion angibt.The detector for carrying out the method according to the invention is characterized in that a means for estimation the variance of the measured speed via a signal from the ge estimated variance of the measured speed with a first and a second threshold detector and a reset generator a reset signal with the device for estimating the variance the measured speed and connected with a time measuring device which are, the input of the reset generator with signals is connected, from which an operation on the rising branch the adhesion function can be recognized, and the first Threshold detector via a binary signal with the time measurement direction is connected, and wherein the timing device via a further threshold value detector and the second threshold value Detector are connected to an evaluation logic, the Output signal operation in the saturation range Adhesion function indicates.
Mit dem Verfahren und dem Detektor nach der Erfindung kann be wirkt werden, daß nur dann eine Reduktion des Motordrehmomentes erfolgt, wenn ein Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschluß funktion auch tatsächlich vorliegt. Es wird vermieden, daß eine zyklische Reduktion erfolgt, die auch eine unerwünschte Reduk tion der im zeitlichen Mittel erzielten Zugkraft nach sich zieht.With the method and the detector according to the invention can be will act that only then a reduction in engine torque occurs when operation in the saturation range of the frictional connection function actually exists. It is avoided that a cyclical reduction occurs, which is also an undesirable reduc tion of the tensile force achieved on average over time pulls.
Es sind kein zusätzliches Testsignal und auch kein Meßsignal der Fahrgeschwindigkeit erforderlich.There is no additional test signal and no measurement signal Driving speed required.
Der Detektor kann für beliebige Motortypen auf beliebigen Fahr zeugen eingesetzt werden.The detector can be used for any motor type on any drive witnesses are used.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are in the Unteran sayings described.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel eines Detektors näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below in a drawing Embodiment of a detector explained in more detail. Show it:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Detektors zur Erkennung von Kraftschlußfunktionen ohne Maximum, Fig. 1 is a block diagram of a detector for detecting force-locking functions without maximum,
Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Einrichtung zur Schätzung der Varianz der gemessenen Drehzahl gemäß Fig. 1 und FIG. 2 shows the block diagram of an embodiment of the device for estimating the variance of the measured speed according to FIGS. 1 and
Fig. 3 die Darstellung zweier typischer Trajektorien des Längsschlupfes im Fahrbetrieb in zwei Bereichen einer Kraftschlußfunktion Fig. 3 shows two typical trajectories of the longitudinal slip when driving in two areas of a force-locking function
Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht der Detektor zur Erkennung von Kraftschlußfunktionen ohne Maximum im wesent lichen aus einer Einrichtung 1 zur Schätzung der Varianz der ge messenen Drehzahl 15 eines nicht dargestellten Antriebs eines Triebfahrzeugs, die mit einem Reset-Generator 7 und über ihren Ausgang, an welchem das Signal 9 für die geschätzte Varianz der Drehzahl 15 anliegt, mit Schwellwertdetektoren 2 und 3 verbunden ist, aus einem weiteren Schwellwertdetektor 4, einer Zeitmeßein richtung 5 und einer Auswertelogik 6, zum Beispiel einem ODER- Glied.According to the representation in FIG. 1, the detector for detecting force-locking functions without a maximum essentially consists of a device 1 for estimating the variance of the measured speed 15 of a drive, not shown, of a traction vehicle, with a reset generator 7 and its Output, at which the signal 9 for the estimated variance of the speed 15 is present, is connected to threshold value detectors 2 and 3 , from a further threshold value detector 4 , a time measuring device 5 and an evaluation logic 6 , for example an OR gate.
Am Eingang des Reset-Generators 7 sind Signale 16, 17 18 ange legt, aus denen ein Betrieb auf dem ansteigenden Ast der Kraft schlußfunktion erkannt werden kann (Fig. 3, fx < µ), und die zu einem Reset-Signal 8 verarbeitet und auf die Einrichtung 1 zur Schätzung der Varianz der gemessenen Drehzahl 15 und auf den ei nen Eingang der Zeitmeßeinrichtung 5 geführt werden. In der Zeitmeßeinrichtung 5 werden ein binäres Ausgangssignal 10 des Schwellwertdetektors 2 und das Reset-Signal 8 so verarbeitet, daß ein Signal 11 ausgegeben werden kann, welches die aufkummu lierte Zeit angibt, für die das Signal 10 den Wert Eins angenom men hat. Im Schwellwertdetektor 4 wird dieses Signal 11 zu einem binären Ausgangssignal 13 verarbeitet, welches auf die Auswerte logik 6 geführt und dort zusammen mit dem binären Ausgangssignal 12 des Schwellwertdetektors 3 zu einem Ausgangssignal 14 des De tektors verarbeitet wird. Das Ausgangssignal 14 ist zum Beispiel Null, wenn ein Betrieb auf dem ansteigenden Ast der Kraftschlußfunktion vorliegt, und hat den Wert Eins, wenn ein Betrieb im Sättigungsbereich einer Kraftschlußfunktion erkannt wurde (Fig. 3).At the input of the reset generator 7 signals 16, 17 18 are placed, from which an operation on the rising branch of the force circuit function can be detected ( Fig. 3, f x <µ), and processed to a reset signal 8 and be guided to the device 1 for estimating the variance of the measured speed 15 and to the input of the time measuring device 5 . In the time measuring device 5 , a binary output signal 10 of the threshold detector 2 and the reset signal 8 are processed so that a signal 11 can be output which indicates the accumulated time for which the signal 10 has taken the value one. In the threshold detector 4 , this signal 11 is processed to a binary output signal 13 , which is fed to the evaluation logic 6 and is processed there together with the binary output signal 12 of the threshold detector 3 to form an output signal 14 of the detector. The output signal 14 is, for example, zero when there is an operation on the rising branch of the adhesion function and has the value one when operation in the saturation range of an adhesion function has been detected ( FIG. 3).
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung 1 zur Schätzung der Varianz der gemessenen Drehzahl 15, bei der eine Einrichtung 20 zur Entfernung des Erwartungswertes der Meßgröße 15 von der realen Meßgröße 15, mit der ein erwartungsfreies Si gnal 19 erzielt wird. Dieses Signal 19 wird auf eine Einrichtung 21 zur Schätzung der Varianz einer erwartungsfreien Größe ge führt und ergibt das Signal 9 der geschätzten Varianz des Si gnals 15. Fig. 2 shows an embodiment of the device 1 for estimating the variance of the measured speed 15 , in which a device 20 for removing the expected value of the measured variable 15 from the real measured variable 15 , with which an expectation-free signal 19 is achieved. This signal 19 is passed to a device 21 for estimating the variance of an expected variable and results in the signal 9 of the estimated variance of the signal 15 .
Für eine Detektion von Kraftschlußfunktionen ohne Maximum kann ausgenutzt werden, daß die Schwankungen in der Raddrehzahl im Bereich der Sättigung der Kraftschlußfunktion größer sind als im ansteigenden Ast der Kraftschlußfunktion (Fig. 3).For a detection of adhesion functions without a maximum, it can be exploited that the fluctuations in the wheel speed in the area of saturation of the adhesion function are greater than in the increasing branch of the adhesion function ( FIG. 3).
In der Fig. 3 ist der Kraftschluß fx in Abhängigkeit vom Längs schlupf sx dargestellt. Der ansteigenden Ast der Kraftschlußfunk tion ist dadurch charakterisiert, daß eine betragsmäßige Vergrö ßerung des Längsschlupfes sx zu einer Zunahme des Kraftschlusses fx führt.In FIG. 3, the frictional connection f x as a function of the longitudinal slip s x represented. The increasing branch of the adhesion function is characterized in that an increase in the magnitude of the longitudinal slip s x leads to an increase in the adhesion f x .
Es sind zwei verschiedene Ausnutzungsgrade des maximalen, ver fügbaren Kraftschlusses für eine Kraftschlußfunktion mit Sätti gungscharakter bzgl. einer nominellen Normalkraft N0 dar gestellt. Die dargestellten Schwankungen des Kraftschlusses kön nen auf Variationen der Normalkraft etwa in Folge einer diskre ten Abstützung des Gleises bei gleichzeitig konstanter Rei bungszahl µ auftreten. Es ist deutlich zu erkennen, daß bei ei ner Hochausnutzung des Kraftschlusses (fx ≈ fx,1) größere Schwan kungen im Längsschlupf und damit in der gemessenen Drehzahl 15 auftreten als bei einer geringen Ausnutzung des verfügbaren Kraftschlusses (fx ≈ fx,2). Eine Kraftschlußfunktion ohne Maximum kann also durch geeignete Auswertung der (geschätzten) Varianz der gemessenen Drehzahl 15 Vâr(ω) erkannt werden. There are two different degrees of utilization of the maximum, available force fit for a force fit function with saturation character with respect to a nominal normal force N 0 . The fluctuations in the frictional connection shown can occur due to variations in the normal force, for example as a result of a discreet support of the track with a constant friction coefficient µ. It can be clearly seen that with a high utilization of the adhesion (f x ≈ f x, 1 ) larger fluctuations occur in the longitudinal slip and thus in the measured speed 15 than with a low utilization of the available adhesion (f x ≈ f x, 2 ). A force-locking function without a maximum can therefore be recognized by suitable evaluation of the (estimated) variance of the measured speed 15 Vâr (ω).
Verfahren zur Schätzung der Varianz einer Meßgröße werden z. B. in Wernstedt, J. (1989): "Experimentelle Prozeßanalyse", R. Oldenbourg, München, erläutert.Methods for estimating the variance of a measured variable are e.g. B. in Wernstedt, J. (1989): "Experimental Process Analysis", R. Oldenbourg, Munich.
Für eine Bestimmung der Varianz Vâr(ω) muß von den aktuellen Meß
werten 15 der Erwartungswert der gemessenen Drehzahl 15 abgezo
gen werden. Eine vorteilhafte Gestaltung eine Filters zum Ent
fernen dieses Erwartungswertes von den Meßwerten ist durch eine
(kontinuierliche) Filterübertragungsfunktion G(s) der Gestalt
To determine the variance Vâr (ω), the expected value of the measured speed 15 must be subtracted from the current measured values 15. An advantageous design of a filter for removing this expected value from the measured values is by means of a (continuous) filter transfer function G (s)
mit Z(0) ≠ 0, N(0) ≠ 0 und grad(s2N(s)) < grad(Z(s))
zu erfüllen. Die Übertragungsfunktion G(s) niedrigster Ordnung
lautet mit geeignet festzulegenden Parametern K und β
with Z (0) ≠ 0, N (0) ≠ 0 and grad (s 2 N (s)) <grad (Z (s))
to fulfill. The transfer function G (s) of the lowest order is K and β with parameters to be set appropriately
Bei üblicherweise diskret ausgeführten Regelungen ist eine Dis kretisierung der kontinuierlichen Filterübertragungsfunktion G(s) vorzunehmen. Die Filterübertragungsfunktion kann auch kon tinuierlich sein.In the case of regulations that are usually carried out discretely, a dis Cretization of the continuous filter transfer function G (s). The filter transfer function can also be con be minute.
Ein Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschlußfunktion kann an Hand der beiden folgenden Kriterien erkannt werden.Operation in the saturation range of the adhesion function can begin The following two criteria can be recognized.
- - Die geschätzte Varianz Vâr(ω) überschreitet einen Grenzwert mdf0,1.- The estimated variance Vâr (ω) exceeds a limit m df0.1 .
- - Die geschätzte Varianz Vâr(ω) hat für eine - nicht notwendiger weise zusammenhängende - Zeitspanne ΔTdf0,max den Grenzwert mdf0,2 < mdf0,1 überschritten.- The estimated variance Vâr (ω) has exceeded the limit value m df0.2 <m df0.1 for a time period ΔT df0, max which is not necessarily connected.
Im laufenden Betrieb ist eine Initialisierung des Detektors nach
folgenden Ereignissen sinnvoll:
It is advisable to initialize the detector during operation after the following events:
- - Eine Maßnahme zur betragsmäßigen Reduktion des Längsschlupfes wurde beendet.- A measure to reduce the amount of longitudinal slip was ended.
- - Das Motordrehmoment oder das Soll-Motordrehmoment ist be tragsmäßig unter einen Wert gefallen, für den ein Betrieb im Sättigungsbereich der Kraftschlußfunktion mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.- The engine torque or the target engine torque is be in terms of income fell below a value for which an operation in Saturation range of the adhesion function with certainty can be excluded.
- - Bei Traktionsanwendungen, bei denen im allgemeinen ein zusätz licher Detektor zur Erkennung von Gleit- oder Schleudervorgän gen vorhanden ist, wird der Detektor zur Erkennung von Kraft schlußfunktionen auch initialisiert, wenn es zu einem Gleit- oder Schleudervorgang kam.- In traction applications, in which an additional Detector to detect sliding or spinning processes gene is present, the detector is used to detect force closing functions are also initialized if there is a sliding or spinning came.
Nach einer Detektion einer Kraftschlußfunktion ohne Maximum kann etwa bei Traktionsanwendungen häufig anzutreffenden Drehmo mentregelungen das Soll-Motordrehmoment vorübergehend be tragsmäßig abgesenkt werden. Damit kann im Fahrbetrieb ein Be triebspunkt auf der Kraftschlußfunktion erreicht werden, der bei größerem Längsschlupf eine gleiche Zugkraft aufweist. After detection of a force-locking function without a maximum for example, torque that is frequently encountered in traction applications ment regulations temporarily the target engine torque to be lowered in terms of the load. So that a Be drive point on the adhesion function can be reached at larger longitudinal slip has the same tensile force.
11
Einrichtung
Facility
22nd
Schwellwertdetektor
Threshold detector
33rd
Schwellwertdetektor
Threshold detector
44th
Schwellwertdetektor
Threshold detector
55
Zeitmesseinrichtung
Timing device
66
Auswertelogik
Evaluation logic
77
Reset-Generator
Reset generator
88th
Reset-Signal
Reset signal
99
geschätzte Varianz des Signals estimated variance of the signal
1515
1010th
binäres Ausgangssignal
binary output signal
1111
aufkummulierte Zeit
accumulated time
1212th
binäres Ausgangssignal
binary output signal
1313
binäres Ausgangssignal
binary output signal
1414
Ausgangssignal des Detektors
Output signal from the detector
1515
gemessene Drehzahl
measured speed
16-1816-18
Signale
Signals
1919th
erwartungsfreies Signal
expectation-free signal
2020th
Einrichtung zur Entfernung des Erwartungswertes der Meßgröße Device for removing the expected value of the Measurand
1515
von der Meßgröße from the measurand
1515
2121
Einrichtung zur Schätzung der Varianz einer
erwartungsfreien Größe
(fx Device for estimating the variance of an unexpected quantity
(f x
) Kraftschlußfunktion
fx ) Adhesion function
f x
Kraftschluß
sx Adhesion
s x
Längsschlupf
Longitudinal slip
Claims (6)
mit Z(0) ≠ 0, N(0) ≠ 0 und grad(s2N(s)) < grad(Z(s))
oder einem hierzu äquivalenten, diskreten Filter herausgefil tert werden.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that to determine the estimated variance of the measured speed ( 15 ), the DC components of the currently measured speed ( 15 ) with a continuous filter with the transfer function:
with Z (0) ≠ 0, N (0) ≠ 0 and grad (s 2 N (s)) <grad (Z (s))
or a discrete filter equivalent to this can be filtered out.
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |