DE2348747A1

DE2348747A1 - Einrichtung zum ausgleich der nicht schlupfbedingten differenzen von verschiedenen achsen eines fahrzeuges zugeordneten drehzahl-messgroessen

Info

Publication number: DE2348747A1
Application number: DE19732348747
Authority: DE
Inventors: Daniel Etienne; Jean-Pierre Garnier
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1975-04-17
Also published as: FR2242686B3; FR2242686A1; CH563268A5

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Einrichtung zum Ausgleich der nicht schlupfbedingten Differenzen von verschiedenen Achsen eines Fahrzeugs zugeordneten Drehzahl-Messgrössen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausgleich der nicht SGhlupfbedingten Differenzen von verschiedenen Achsen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienen-Triebfahrzeuges, zugeordneten Drehzahl-Messgrössen als Eingangsgrößen eines Differenz-Schlupfdetektors mit mindestens zwei Drehzahl-Messkanälen.

Differenz-Schlupfdetektoren sind in der Anwendung für elektrische Schienen-Triebfahrzeuge allgemein bekannt. Sie ha-

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ben die Aufgabe, auftretenden Schlupf zwischen den Rädern einer Antriebsachse und den Schienen möglichst frühzeitig festzustellen, um das bei Ueberschreiten sehr geringer Schlupfwerte sich einstellende Durchdrehen des Radsatzes durch rechtzeitige Herabsetzung der Antriebskraft verhindern zu können. Dazu wird in einem solchen Detektor z.B. . ausser der Differenz zwischen den Drehzahlen zweier Achsen der zeitliche Differentialquotient der Achsdrehzahlen und durch Addition der Differenzsignale und der zeitlichen Differentialsignale ein kombiniertes Ueberwachungssignal gebildet, das bei Ueberschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes ein recht zuverlässiges und empfindliches Anzeichen für das Anfangsstadium des Durchdrehens ist. Die Wirkungsweise eines solchen Differenz-Schlupfdetektors beruht darauf, dass einerseits im schlupffreien Abwälzzustand der Räder beider Achsen die Drehzahlsignale bzw. die entsprechenden Analog-Messgrössen übereinstimmen, während andererseits der Schlupf an den verschiedenen Radsätzen praktisch niemals gleichzeitig einsetzt- und somit mindestens in dem für Gegenmassnahmen wesentlichen Anfangsstadium eine Drehzahldifferenz zwischen den Achsen auftritt. Die Empfindlichkeit der Schlupfdetektion wird dabei durch Heranziehen der Aenderungsgeschwindigkeit der Drehzahlen noch erhöht.

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Nun sind die Drehzahl-Messgrössen der verschiedenen Achsen bei gleicher Lineargeschwindigkeit und Schlupffreiheit dann nicht einander gleich, wenn die Drehzahlgeber nicht entsprechend den praktisch immer innerhalb gewisser Toleranzen von Achse zu Achse verschiedenen und sich auch im Betrieb durch Abnutzung unterschiedlich ändernden Raddurchmessern abgeglichen sind. Ein solcher Abgleich in einem schlupffreien Fahrzustand muss daher nicht nur nach dem Einbau und der Erneuerung von Radsätzen, sondern auch im Betrieb wiederholt nach gewissen ZeitIntervallen durchgeführt werden.

Die bisher üblichen Einrichtungen sind dazu mit Justiermitteln, im allgemeinen mit Potentiometern in den elektrischen Signalkreisen der Drehzahlgeber, versehen und müssen während besonderer Probefahrten durch eine grössere Anzahl von Messungen und Handeinstellungen auf den erforderlichen Abgleichzustand gebracht werden. Dies ist im Hinblick auf eine empfindliche Schlupfdetektion unerlässlich, weil eine bereits im schlupffreien Fahrzustand, d.h. im Ausgangszustand für einen etwaigen Schlupf, vorhandene Differenz der Drehzahlsignale verschiedener Achsen Jedenfalls unterhalb der Ansprechschwelle der durch die Schlupfdetektion auszulösenden Gegenmas'snahmen liegen muss und daher die Empfindlichkeit der Einrichtung begrenzt. Dies ist um so wesent-

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licher, als die Wirksamkeit der Bekämpfung des Durchdrehens der Radsätze von einer möglichst frühzeitigen Erfassung, d. h. von einer Peststellung bereits vergleichsweise geringer Schlupfwerte abhängt. Andererseits ist nicht nur der mit der üblichen Justierung verbundene Zeitaufwand für hochqualifizierte Arbeit unerwünscht, vielmehr lassen sich die erforderlichen Probeläufe - vor allem in Netzbereichen mit hoher Verkehrsbelastung - oft nur schwer einrichten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die· Schaffung einer Ausgleichseinrichtung für die im schlupffreien Fahrzustand vorhandenen Drehzahl-Messgrössen, die im Normalbetrieb selbsttätig arbeitet und damit den Zeitaufwand und die Notwendigkeit besonderer Probefahrten für den Abgleich beseitigt. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch, dass ein Regelkreis mit der Differenz der der Aüsgangsgrössen zweier Drehzahl-Messkanäle als Regelgrösse und mit einem entsprechend an die Drehzahl-Messkanäle angeschlossenen Differenzbildner zur Istwerterfassung vorgesehen ist, dass dieser Regelkreis mindestens einen Grenzwert-Istwertvergleicher und ein von dessen Ausgang gesteuertes sowie mit mindestens einem Messkanal in multiplikativer Steuerverbindung stehendes Stellglied mit einem

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oberhalb derjenigen beim Abgleich eine für d&n Ausgangszu- _f/ stand einer Senlupffdetektltm ausreichende Herabsetzung; der Differenz der Drehzaislsigpale.

In dem vorgenannten Beispielsfall Mit Leerlaufahgleieh, wobei die SeliuLupfneigung absolut Moll ist, ergibt sieh grösst- »ogliehe SewStar tüv Eimstellung eisies lcörrekten Äusgangszustamdes um& dandt gr^sster JBtaplindlichkeit für die Schlupfdetektion. Eine dementsprechend Mit einer Steuereinrichtung für die SenalteinariclatuiiBg zum Äaftrennen und Schliessen äes Regelkreises verseliene Äuisfflliapung, bei der diese Steuereinrielatung dmrelfe vorgegeiseiiiie, BetriebS2EustSnde ohne wirksaee
Antriebs- watü Bremskraft aktiviert und der Aktivzustand der 'Steutereinricbtunig dese den Regelkreis sctiüesseiideB Schaltzustand der Schalteinrichtung zugeordnet ist _B stellt somsit eine beTorzaigte Terwirkliclraing der Erfindung, dar.

Andererseits ist; es bei elektrischen Triebfahrzeugen auch
Möglich, das Scfeliessem des Regelkreises Jeder lint er schreitun® eines Torgegebenen ©renzirertes des Motorstromes su-
«uojnäinten. Bamat ergibt sich unter Yoraussefcwang; einer geeigpeten 'BäBtessaang des genannten TWotorstromi—Grenswerte"s als AnsjMreehschwelle fur das Schliessen des Regelkreises imeer noch eine in der Praxis im allgemeinen ausreichende Sicher-

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heit für schlupffreien Fahrzustand beim Abgleich, während die Häufigkeit der einen Abgleich auslösenden Fahrzustände wesentlich erhöht ist. Besondere Vorteile bietet demgemäss eine Kombination beider vorgenannten Ausführungen, wobei eine Steuereinrichtung mit zwei prallelen Steuerkanälen vorgesehen ist, deren einer der Steuerung gemäss der Brems- und Antriebskraft und deren anderer der Steuerung gemäss dem Motorstrom zugeordnet ist. Beide Steuerkanäle stehen hierbei ausgangsseitig disjunktiv mit der Schalteinrichtung in Steuerverbindung.

Die Erfindung wird weiter anhand des. in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, die das Prinzipschaltbild einer Drehzahl-Signal-Ausgleichseinrichtung für Zwecke der Schlupfdetektion wiedergibt.

Die Einrichtung umfasst zwei Drehzahl-Messkanäle I und II mit zwei auf verschiedenen Achsen eines elektrischen Triebfahrzeuges angeordneten Frequenz-Drehzahlgebern la und 2a sowie nachgeschalteten Frequenz-Kmplitudenumsetzern Ib und 2b. Die an den Ausgängen dieser Umsetzer anfallenden, analogen Drehzahlsignale sind mit V und V2 bezeichnet. In Kanal I ist im Anschluss an den Umsetzer Ib ein elektrisch steuerbarer Multiplikator 3 als Stellglied eines noch zu beschrei-

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benden Regelkreises angeordnet. Einen Steuereingang 3a des / Multiplikators 3 wird als Stellgrösse ein Korrekturfaktor K zugeführt, so dass sich am Ausgang des Multiplikators ein korrigiertes Drehzahlsignal Vl = K.V ergibt.

Die beiden Drehzahlsignale Vl und V2 werden einem zweikanaligen Schlupfdetektor zugeführt, der für jeden Kanal ein Differenzierglied 4 bzw. 5 und ein Summierglied 6 bzw. 8 mit jeweils nachgeschaltetem Verstärker 7 bzw. 9 umfasst. In den Summiergliedern 6 bzw. 8 werden durch entsprechende Vorzeichenbestimmung die zeitlichen Ableitungssignale gl bzw. g2 mit dem Drehzahlsignal des betreffenden Kanals addiert und hiervon das Drehzahlsignal des jeweils anderen Kanals subtrahiert. Es ergeben sich hierdurch die zusammengesetzten Signale Δ Vl = Vl - V2 + gl bzw. Δ V2 = V2 - Vl + g2, die einen Differenzverstärker 10 zur Bildung eines entsprechenden Vergleichsignals mit nachfolgendem Schwellwertschal-. ter 11 zugeführt werden. Der Ausgang des Schwellwertschalters liefert unmittelbar ein Signal als Kennzeichen für unzulässigen Schlupf einer Achse als Anfangsstadium des Durchdrehens. Die vorgenannten Signale ^ ^{Vi und} Δ V2 werden ausserdem noch zum Vergleich mit entsprechenden Signalen anderer Achsen weitergeleitet. Ferner ist an den Kanal I ein Schwellwertschalter 12 für Zwecke der absoluten Geschwindigkeits-

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begrenzung angeschlossen.

Die Differenz Δ V der Drehzahlsignale Vl und V2 stellt die Regelgrösse des den Messgrössenausgleich bewirkenden Regelkreises dar. Der Istwert der Regelgrösse wird in einem an die Messkanäle I und II angeschlossenen Differenzbildner 13 erfasst und über einen Verstärker Ik parallel zwei Grenz-'-wertschaltern 15 und 16 zugeführt. Der Schalter 15 gibt bei Ueberschreiten eines positiven und der Schalter 16 bei Unterschreiten eines negativen Grenzwertes ein logisch bejahendes Ausgangssignal ab, so dass sich im Bereich zwischen diesen Grenzwerten eine neutrale Zone mit logisch verneinendem Ausgangssignal beider Schalter ergibt. Die an den beiden Schalterausgängen auftretenden Signalkombinationen stellen somit unmittelbar das Regelabweichungssignal eines Dreipunkt-Regelkreises dar. Letzterer ist im Beispielsfall über ein digitales Speicherglied in Form eines bidirektionalen Zählers 20 geschlossen, der zwischen den durch die Schalter 15 und 16 gebildeten Grenzwert-Istwertvergleichern einerseits und dem Multiplikator 3 als Stellglied andererseits angeordnet ist. Dem Zähler vorgeschaltet ist eine Schalteinrichtung in Form zweier UND-Tore 18 und 19, deren Ausgänge einem Äufzähleingang bzw. einem Abzähleingarig des Zählers 20 zugeordnet sind. Jedes dieser Tore umfasst drei Eingänge, von denen jeweils einer an den Ausgang des Schalters 15 bzw. 16 angeschlossen ist. Je ein weiterer Eingang beider Tore 18 und 19 ist an einen Zählsignalgeber 17 und je ein dritter Eingang an den Ausgang eines ODER-

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Tores 22 angeschlossen. Unter Voraussetzung eines bejahenden Signals vom ODER-Tor 22 ist der Dreipunkt-Regelkreis wirkungsraässig geschlossen, so dass der Zähler bei positiver Grenwertüberschreitung aufwärts und bei negativer Grenzwertüberschreitung abwärts zählt, in der neutralen Zone aber die einmal eingenommene Zählstellung beibehält. Demgemäss wird der Korrekturfaktor K des als Stellglied wirkenden Multiplikators 3 über einen zwischengeschalteten Digital-Analogwandler 21 eingestellt. Durch den Zähler 20 erhält der Regelkreis seine Speicherfähigkeit im Falle einer Auftrennung durch ein verneinendes Signal vom ODER-Tor 22 und überdies im geschlossenen Zustand einen Integralcharakter, vermöge dessen die Regelgrösse AY unabhängig von der Grosse der Differen zwischen V und V2 in die neutrale Zone zurückgeführt wird.

Im Beispielsfall erfolgt die Speisung des Zählers 20 von einer Batteriegleichspannung über einen Zerhacker 27 und einen Gleichrichter 28 mit zwischengeschaltetem Trenntransformator. Der Gleichrichter wird zweckmässig mit einer Spannungsstabilisierung versehen, so dass der Zählerstand unabhängig von Metzspannungen, d.h. auch bei vorübergehender Ausserbetriebsetzung des Fahrzeugs, genau aufrechterhalten bleibt. Beim Einschalten aus unabgeglichenem Zustand sorgt ein mit einem Rückstelleingang Rs des Zählers verbundener Impulsgeber 30 dafür, dass ein mittlerer Ausgangszählerstand eingestellt wird und somit für den anschliessenden Abgleich übereinstimmende Auf- und Abzählbereiche verfügbar sind.

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Wie vorstehend erläutert, wirken die UND-Tore 18, 19 nicht nur als als Umschalter zwischen den verschiedenen Arbeitsbereichen des Dreipunkt-Re'gelkreises, sondern auch als ■ Schalteinrichtung zum Schliessen und Auftrennen des Regelkreises. Letzteres erfolgt über das Tor 22 disjunktiv über eine Steuereinrichtung mit zwei parallelen Kanälen III und IV.

Der Kanal III wird unter Einschaltung einer Verzögerung durch ein Zeitglied 24 im Sinne eines bejahenden Ausgangssignals des Tores 22 aktiviert, wenn ein Fahrzustand ohne Zugkraft und ohne Bremskraft von der Fahrzeugführung eingestellt wird. Entsprechende Steuersignale werden in naheliegender und daher nicht dargestellter Weise vom Fahr- und Bremsschalter abgeleitet und den logisch verneinenden Eingängen eines UND-Tores 23 zugeführt. Bei einer von der Nullstellung abweichenden Fahrschalterstellung erhält also der Eingang Z und bei einer von der Nullstellung abweichenden Stellung des Bremsschalters der Eingang B des Tores 23 ein bejahendes Signal, was in besonders einfacher Weise den unmittelbaren Anschluss an entsprechende Kontakte der genannten Schalter ermöglicht. Infolge der Eingangsverneinung ist das Ausgangssignal des Tores 23 in beiden Fällen verneint, so dass - abgesehen von einer anderen Steuerung über den Kanal IV - der Regelkreis durch die Schalteinrichtung mit den Toren 18, 19 aufgetrennt bleibt. Umgekehrt hat ein verneinendes Signal am Eingang Z und am Eingang B die Aktivierung

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des Kanals III und das Schliessen des Regelkreises zur Folge, und zwar infolge der erwähnten Verzögerung mit einem zeitlichen Sicherheitsabstand, innerhalb dessen auch nach etwa vorhandenem Schlupf jedenfalls wieder zuverlässig Haftreibung an den sich abwälzenden Rädern der betreffenden Achsen eintritt.

Entsprechendes gilt für den Kanal IV, der jeweils bei Unterschreiten eines vorgegebenen Motorstrom-Grenzwertes mit einer Verzögerung durch ein Zeitglied 29 aktiviert wird und über das Tor 22 und die Schalteinrichtung mit den Toren 18, 19 den Regelkreis schliesst, Die Erfassung des Motorstromes I . erfolgt in ebenfalls naheliegender und nicht dargestell-

ter Weise mittels üblicher Schaltungselemente. Der Aktivierungs-Grenzwert dieses Kanals ist durch die Einstellung eines Schwellwertschalters 26 bestimmt.

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Claims

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' Patentansprüche

1· !Einrichtung zum Ausgleich der nicht schlupfbedingten Diffe- —' renzen von verschiedenen Achsen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienen-Triebfahrzeuges, zugeordneten Drehzahl-Messgrössen als Eingangsgrößen eines Differenz-Schlupfdetektors mit mindestens zwei Drehzahl-Messkanälen, dadurch ge-' kennzeichnet,' dass ein Regelkreis mit der Differenz der Ausgangsgrößen (Vl, V2) zweier Drehzahl-Messkanäle (I, II) als Regelgrösse ( Δ V) und mit einem entsprechend an die Drehzahl-Messkanäle (I, II) angeschlossenen Differenzbildner (13) zur Istwerterfassung vorgesehen ist, dass dieser Regelkreis mindestens einen Grenzwert-Istwertvergleicher (15, 16) und ein von dessen Ausgang gesteuertes sowie mit mindestens einem Messkanal (I) in multiplikativer Steuerverbindung stehendes Stellglied (3) mit einem Drehzahl-Korrekturfaktor (K) als Stellgrösse umfasst, dass der Regelkreis durch eine Schalteinrichtung (18, 19) auftrennbar und in aufgetrenntem Zustand hinsichtlich seiner Stellgrösse (K) speicherfähig ist und dass die Schalteinrichtung (18, 19) in Abhängigkeit von wenigstens einem vorgegebenen Betriebszustand des Fahrzeuges mit geringer Schlupfneigung selbsttätig aus ihrem den Regelkreis auftrennenden Zustand in ihren den Regelkreis schliessenden Zustand umsteuerbar ist.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelkreis zwischen dem Grenzwert-Istwertvergleicher·(15,16) und dem. Stellglied (3) ein Integrator (20) als Speicherglied vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Integrator ein Zähler (20) mit vom Ausgang des Grenzwert-Istwertvergleichers (15,16) steuerbarer Zählsignalfolge vorgesehen ist. :
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zähler (20) eine von einem Zählsignalgeber (17) und vom Ausgang des Grenzwert-Istwertvergleichers (15,16) steuerbare Torschaltung (18,19) vorgeschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3.oder H, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zähler (20) ein Digital-Analogwandler (21) und ein analog wirkender Multiplikator (3) als Stellglied nachgeschaltet Ist.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schalteinrichtung (18, 19) zum Auftrennen und Schllessen des Regelkreises eine durch vorgegebene Betriebszustände ohne wirksame Antriebsund Bremskraft aktivierte Steuereinrichtung (23,24) vorge-

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sehen Ist, deren Aktivzustand, dem den Regelkreis schliessenden Schaltzustand der Schalteinrichtung (18,19) zugeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für elektrische Triebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schalteinrichtung (18,19) zum Auftrennen und Schliessen des Regelkreises eine bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Motorstromes aktivierte Steuereinrichtung (26,29) vorgesehen Ist, deren Aktivzustand dem den Regelkreis schilessenden Schaltzustand der Schalteinrichtung (18,19) zugeordnet ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine kombinierte Steuereinrichtung (22, 23, 24, 26, 29) mit zwei parallelen Steuerkanälen (III, IV) vorgesehen ist, deren einer (III) der Steuerung gemäss Brems- und Antriebskraft und deren anderer (IV) der Steuerung gemäss dem Motorstrom zugeordnet ist, und dass

.die beiden Steuerkanäle (III, IV) ausgangsseitig disjunktiv mit der Schalteinrichtung (18, 19) in Steuerverbindung stehen. .
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dreipunkt-Regelkreis mit einem

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positiven und einem negativen Grenzwert der Regelgrösse (Av) sowie zwischen diesen Grenzwerten liegender neutraler Zone vorgesehen ist, innerhalb deren das Stellglied (3). / auf konstanter Stellgrösse (K) gehalten ist.
10. Einrichtung nach Anspruch .4 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung (18,19) als Schalteinrichtung zum Auftrennen und Schliessen des Regelkreises mit entsprechenden zusätzlichen Steuereingängen ausgebildet ist.

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