DE2614326C2

DE2614326C2 - Automatische Fahr- und Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2614326C2
Application number: DE2614326A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Tokio Fujikura; Makoto Kokubunji Tokio Nohmi; Eiichi Katsuta Ibaraki Toyota; Chiaki Mito Ibaraki Ueda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-04-02
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1989-07-20
Also published as: FR2306101A1; US4066230A; JPS564083B2; FR2306101B1; DE2614326A1; JPS51132514A

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Fahr- und Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Steuerungen sind aus der Zeitschrift »Elektrische Bahnen« 1972, Selten 33 bis 38 sowie Seiten 167 bis 170 bekannt.

Bei einer solchen Steuerung wird die Sollgeschwindigkeitsfunktion des Fahrzeugs durch Positionssignale bestimmt, die durch längs dem Schienenstrang angeordnete Positionsgeber erzeugt werden. Die nach Maßgabe dieser Positionssignale jewell? auscrvählte Sollgeschwindigkeitsfunktion dient als Führungsfunktlon für die Fahr- und Bremssteuerung des Fahrzeugs.

Der Abbremsung des Fahrzeugs bis zum Halt an einer vorgegebenen Position dienen bei der bekannten Steuerung mehrere Sollbremsfunktionen mit voneinander abweichenden Bremsgeschwindigkeiten. Die Steuerung wechselt jeweils am Schnittpunkt zweier SoIlbremsfunktlonen von einer Sollbremsfunktion zur anderen. In gleicher Weise wird die Führungsfunktion für die Beschleunigung aus dem Halt erzeugt. Die beim Wechsel der Beschleunigungsfunktionen (Führungsfunktionen) auftretenden Diskontinuitäten oder Regelsch.vankungen schlagen auf die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch und werden vom Fahrgast als unangenehmes Rucken des Fahrzeugs empfunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahr- und Bremssteuerung der genannten Art zu schaffen, die eine gleichmäßige und von Regelschwankungen freie positive und negative Beschleunigung des Fahrzeugs ermöglicht und dem Fahrgast dadurch ein angenehmeres Reisen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe Ist Im Kennzelchentell des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach schafft die Erfindung also eine Steuerung für Schienenfahrzeuge mit automatischer Geschwindigkeitsregelung unter Verwendung eines größeren Vorrats von Sollbeschleunigungsfunktionen, aus denen jeweils eine als Führungsfunktion für die Istgeschwindigkeit ausgewählt wird.

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Jnteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden sind aus Gründen des besseren Verständnisses sowohl der Stand der Technik als auch inhand voa Ausführungsbeispielen die Erfindung In Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es «igt

Fig. 1 in graphischer Darstellung die Sollgeschwlniigkeit und die Istgeschwindigkeit eines Fahrzeugs als Funktion des Fahrweges; F i g. 2 eine Steuerung nach dem Stand der Technik;

F i g. 3 in graphischer Darstellung die Brems- und Antriebskraft als Funktion der Regeldifferenz;

Fig.4 in graphischer Darstellung zwei Sollgeschwindigkeiten und eine Istgeschwindigkeit als Funktion des is Fahrweges;

FI g. 5 in graphischer Darstellung Geschwindigkeit-Weg-Funktionen zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur 2» Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig. 7 ein weiteres AusführungsbeJspiel der Erfindung;

Fig. 8 und 9 Blockschaltbilder einzelner Baugruppen; und

Fig. 10 in graphischer Darstellung die Beziehung der Brems- oder Beschleunigungsabweichung und der Brems- bzw. Antriebskraft.

In der in Flg. 1 gezeigten Weise wird nach Maßgabe eines Positionssignals PS, das von einem Positionssig- Jo nalgeber erzeugt wird, eine Sollgeschwindigkeitsfunktion Vp erzeugt. Diese Sollgeschwindigkeitsfunktion Vp dient als Führungsfunktion für die Istgeschwindigkeit Vt.

In der Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer Fahr- und Bremssteuerung nach dem Stand der Technik gezeigt, in der ein Zähler 2 die Anzahl von Abstandsimpulsen zählt, die von einem Tachogenerator 1 erzeugt werden. Der Tachogenerator ist mit der Fahrzeugachse gekoppelt. Aus der Anzahl der je Zeiteinheit eingelaufenen -tu Abstandslmpnlse wird Im Zähler die Istgeschwindigkeit Vi bestimmt. In einem dem Zähler 2 nachgeschalteten Addierer 5 wird die Regeldifferenz bestimmt. Den Wert der Sollgeschwindlgkelt Vp erhält der Addierer 5 vom Sollgeschwindigkeitsgenerator 4. Dieser erzeugt das Sollgeschwindigkeitssignal ebenfalls nach Maßgabe der vom Tachogenerator 1 einlaufenden Positionssignale PS. Die diese Positionssignale erzeugenden Positionsgeber oder Positionssignalgeber sind entlang der Fahrstrecke angeordnet. Im Stellglied 10 wird dann In der in F1 g. 3 gezeigten Welse a;<s der Regeldifferenz die erforderliche Bremskraft oder Antriebskraft bestimmt.

Bei den !»,ebräuchlichen Systemen der Praxis sind die Brems- und Beschleunigungswege für die zu steuernden und zu regelnden Fahrzeuge relativ lang. Wenn diese Wege auf der Grundlage von Abstandsimpulsen bestimmt werden, sind sie in der Praxis mit relativ großen Fehlern behaftet, die vor allem auf verschiedene Raddurchmesser der Fahrzeuge und bzw. oder Schlupfeffekte zurückzuführen sind. w

In einer änderen bekannten Fahr- und Bremssteuerung werden In dor aus Flg.4 ersichtlichen Weise unter Verwendung mehrerer Posltlonsslgnalgeber auf der Fahrstrecke durch die Positionssignale PS\ und PS2 zwei verschiedene Geschwindlgkeitsfunktlone.n VPi und VPl mit voneinander verschiedenen Beschleunigungen erzeugt. Beim Übergang von einer zur anderen SoUgeschwindlgkeitsfun'^ion vermag die Istgeschwindigkeit Vi des Fahrzeugs jedoch aufgrund der veränderten Beschleunigung nicht ohne größere Regelabweichung der neuen Sollgeschwindigkeitsfunktion VPl zu folgen (Fi g 4). Diese Erscheinung ist auf das trägheitsbedingte Übergangsverhalten des Fahrzeugs zurückzuführen. Die Diskontinuität der Fahrzeugbeschleunigung ist also eine Folge der Diskontinuität der Sollgeschwindigkeitsfunktion, die als Führungsfunktion für die Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung dient.

Fahrzeuge, deren Geschwindigkeit auf diese Weise geregelt und gesteuert wird, sind aufgrund der relativ großen Regelabweichungen für die Fahrgäste recht unbequem.

Diese Unbequemlichkeiten werden durch die im folgenden beschriebene Fahr- und Bremssteuerung ausgeschaltet. Bevor die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert ist, sei zunächst auf das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip eingegangen.

Zur Kompensation der Verzugszeit Δι des Fahrzeugs wird in der Ui Gleichung I gezeigten Weise die Bremskraft B als Funktion auch der Verzug.; ---iit bestimmt:

B = KXWt + AthVpU + Δι\-Κ3)

Die Bremskraft B wird also zur Zeit 1 unter Zugrundelegung der Istgeschwindigkeit V(i + dt) und der Sollgeschwindigkeit Vpd-Δρ) zum Zeitpunkt 1 + Δ1 bestimmt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird also unter Maskierung der Verzugszelt quasiproportional geregelt.

Unter der Annahme, daß die Differenz der Fahrzeuggeschwindigkeit (Istgeschwindigkeit) Vi zur Zeit / und der Fahrzeuggeschwindigkeit (Istgeschwindigkeit) V(i+ Δι) zur Zeit 1+Δ1 gleich der Differenz der Fahrzeuggeschwindigkeit (Istgeschwindigkeit) VU-Δι) zur Zeit 1-Δ1 und der Fahrzeuggeschwindigkeit (Istgeschwindigkeit) Vi zur Zelt 1 ist (Fig. 5), ist

V(I+ Δι)= νι + (νι-ν(ι-Δι)) Vp(I + Δι) = Vpt-ßp ■ Δι

In diesen Gleichungen ist [Ip die Bremsbeschleunigung der Sollgeschwindigkeitsfunktion Vp und ist VpI die Sollgeschwindigkeit zur Zeit 1.

Eine Kombination der Gleichungen J bis 3 liefert

B = ΚΙ(νι-νρΐ-(βι-βρ)Δι + K3 ßl = (V(I-At)-VI)I Δι

Die Bremskraft B zur Zeit / wird also durch Addition des Terms -(βι-βρ)Δι zum Term Vt-Vpt, die der Proportionalregelung entsprechen, erhalten.

In uei Flg. 6 ist das Blockschaltbild eines prinzipiellen Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. Die dargestellte Steuerung erzeugt das Stellsignil für die Bremskraft B unter Zugrundelegung der Gleichung 4.

Die In Fig. 6 gezeigte Steuerung enthält einen Tachogenerator I, der Abstandsimpulse (Wegimpulse) erzeugt, deren Anzahl der vom Fahrzeug zurückgelegten Strecke proportional Ist. Diese Wegimpulse werden vom Zähler 2 gezählt. Auf der Grundlage der je Zeiteinheit vom Tachometergenerator 1 auf den Zähler 2 einlaufenden Wegimpulse wird die Istgeschwindigkeit Vi des Fahrzeugs restimmt. Im Verzögerungsglied 3 wird die Istgeschwindigkeit Vi, die am Ausgang des Zählers 2 auftritt, um den Betrag Δι verzögert. Am

Ausgang des Verzögerungsgliedes 3 tritt dementsprechend die verzögerte Istgeschwindigkeit V U-Δι) auf. In einem Sollgeschwindigkeitsgenerator 4 wird beim Auftreten des von einem der externen Poslllonsslgnalgeber erzeugten Positionssignals Ps nach Maßgabe der vom Tachogenerator 1 eingelaufenen Weglmpulsc die Sollgeschwindlgkclt bzw. die Sollgcschwindlgkeltsfunktlon Vpt erzeugt, die den vom Fahrzeug zurückgelegten Weg berücksichtigt. Die von den einzelnen Gliedern erzeugten Signale werden anschließend In den Schal- in tutigsbauelementen 6 bis 9 verarbeitet und laufen dann auf das Stellglied 10, das das Stcllslgnal für die Bremskraft erzeugt.

Nach Durchfahren jeder Wegeinheit wird vom Tachogenerator 1 ein Wegimpuls erzeugt und sowohl is auf den Zähler 2 als auch auf den Funktionsgenerator 4 gegeben. Der Zähler 2 zählt die Anzahl der Wegimpulse je Zeiteinheit, so daß an seinem Ausgang ein Signal auftritt, das die Istgeschwindigkeit Vi des Fahrzeugs abbildet. Diese Istgeschwindigkeit Vi gelangt sowohl auf das Verzögerungsglied 3 als auch auf die Schaltungsbauelemente 5 und 6. Im Verzögerungsglied 3 wird die Istgeschwindigkeit Vi, die am Ausgang des Zählers 2 auftritt, um die systemeigene vorbestimmte Verzugszelt al verzögert. Am Ausgang des Verzögerungsglicdes 3 tritt also die Istgeschwlndlgkclt V(i-Ai) auf, die der Isigeschwlndigkeit zu einem Zeitpunkt entspricht, der um den Betrag Δι vor der Zeit / liegt. Die Istgeschwindigkeit 1'(/-Jr) gelangt ebenfalls auf das Rechenglied 6. .?n

Die vom Fahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke (der Weg) S/ wird Im Sollgcschwlndlgkeltsgenerator 4 bestimmt. Der Bezugspunkt für den Weg kann prinzipiell beliebig festgelegt werden, beispielsweise kann dies der letzte Halt des Fahrzeugs sein. Der Weg Sf wird dabei durch die vom Tachogenerator 1 einlaufenden Wegimpulse ermittelt. Entsprechend der Länge des Weges Si wird dann im Funktionsgenerator eine Soiigeschwindigkeltsfunktion Vpt, beispielsweise eine SoII-bremsgeschwindlgkeltsfunktlon, erzeugt, wenn von einem der Positionsgeber das Positionssignal PS eingegeben wird. Die am Ausgang des Funktionsgenerators 4 auftretende Sollgeschwindigkeit Vpt wird dann auf das Schaltungsbauelement 5 gegeben, das die Differenz Vt-Vpt erzeugt und auf das Schaltungsbauelement 9 gibt.

Im Rechenglied 6 wird zunächst die Differenz VU-Ai)-Vt gebildet und wird dann diese Differenz durch Δι geteilt, also die Größe ßi gebildet, die der Istbremsbeschleunigung des Fahrzeugs bei der Istgeschwindigkeit Vi zur Zeit 1 entspricht. Die Bremsbeschleunigung ßi wird auf das Rechenglied 7 gegeben, in der die Beschleunigungsregelabwelchung ßt-ßp bestimmt wird. Das Ergebnis wird auf das Rechenglted 8 gegeben, in dem diese der Regelabweichung entsprechende Differenz mit dem Koeffizienten k multipliziert wird. Das Produkt gelangt auf das Rechenglied 9 und wird dort von der vom Rechenglied 5 erzeugten Differenz Vt-Vpi subtrahiert. Gleichzeitig wird der Koeffizient K2 zu dieser Differenz addiert, so daß am Ausgang des Rechengliedes 9 entsprechend der Gleichung 4 ein Stellsignal für die Bremskraft B auftritt, das auf das Stellglied 10 gegeben wird.

Im folgenden ist die Funktion der Steuerung für den in Fig. 4 gezeigten Fall des Wechsels zwischen zwei Sollgeschwindigkeitsfunktionen beschrieben. Es sei angenommen, daß eine erste Sollbremsbeschleunigungsfunktlon VnI im Istzustand zunächst als FOhrungsfunktlon dient und nach dem Wechsel der Sollbremsbeschlcunlgungsfunktlonen die Funktion VpI als Führungsfunktion diene. Weiterhin sei angenommen, daß die den beiden Sollgeschwlndlgkeltsfunktlonen VpX und VpI entsprechenden Sollbremsbeschleunigungen ßp\ und ßpl selen, wobei ßp\ größer als ßpl sei. Entsprechend den FUhrungsfunktlonen VpI und VpI werden die Bremskräfte Sl und Bl berechnet. Von den beiden Sollgcschwlndlgkeitsfunktioncn VpX und VpI wird dann diejenige als Führungsfunktion ausgewählt, die der kleineren der beiden Bremskräfte B\ oder Bl entspricht. Die Führungsfunktion wechselt also von der Sol Igeschwindlgkelisfunktion VpX zur Sollgeschwlndlgkeltsfunktlon VpX, sobald die Bremskraft Bl kleiner als die Bremskraft BX wird.

Wenn die vorstehend beschriebene vorgreifende Regelung nicht durchgeführt wird, erfolgt der Führungsfunktlonswechsel am Schnittpunkt der beiden Sollgeschwindigkeitsfunktionen. Wenn dagegen die voreilende Regelung erfoigt, wird auch die der Funktion VpI entsprechende Bremskraft Bl bereits vor dem eigentlichen Wechsel der Sollgeschwindlgkeltsfunktionen berechnet. Die Istbremsbeschleunigung ßt Ist

ßpl

Nach Gleichung 4 wird daher die Bremskraft Bl gegenüber der nach der proportionalen Regelung bestimmten Bremskraft Vi-Vpi um den Betrag (βι-βρ1)Δι verringert. Auf diese Welse wird die SoII-geschwlndlgkeltsfunktlon bereits gewechselt, bevor der Schnittpunkt zwischen den Funktionen VpI und VpX erreicht ist.

Da der Bremsvorgang bereits in Voreilung durch eine Abschwächung der Bremskraft auf die Bremskraft Bl abgeschwächt wird, erfolgt der tatsächliche Übergang zwischen den Sollbremsfunktionen welch, kontinuierlich, giatt und allmählich. Für den Fahrgast bedeutet dies eine spürbare Erhöhung des Reisekomforts. Das Fahrzeug wird aus voller Reisegeschwindigkeit bis zum Halt sanft und gleichmäßig abgebremst.

Bei der vorstehenden Funktionsbeschreibung ist lediglich der Übergang von einer ersten Sollbremsbeschleunigungsfunktlon auf eine zweite Sollbremsbeschleunlgungsfunktion beschrieben. In gleicher Welse kann auch ein Wechsel der Führungsfunktion von einer konstanten Sollgeschwindigkeitsfunktion auf eine SoIlbremsbeschleunlgungsfunktlon oder ein Wechsel von einer Sollbremsbeschleunigungsfunktlon auf eine konstante Sollgeschwindigkeitsfunktion erfolgen.

Für den Fall, daß die Führungsfunktlon für die Geschwindigkeit von einer konstanten Sollgeschwindigkeitsfunktion auf eine Sollbremsbeschleunlgungsfunktion gewechselt wird, wird der Funktionswechsel in dem Augenblick vorgenommen, wenn die der SoIlbremsbeschleunigungsfunktlon entsprechende Bremskraft größer wird als die der konstanten Sollgeschwindigkeitsfunktion entsprechende Bremskraft.

Die Steuerung kann weiterhin auf den Fall angewendet werden, daß eine Sollgeschwindlgkeltsfunktion von einer ersten Sollbeschleunigungsfunktion auf eine zweite Sollbeschleunigungsfunktion oder von einer Sollbeschleunigungsfunktion auf eine konstante Sollgeschwindigkeitsfunktion gewechselt werden soll. In all diesen Fällen wird die den beiden Funktionen entsprechende Antriebskraft berechnet und die jeweils einer dieser Sollfunktionen entsprechende berechnete Antriebskraft ausgewählt.

In der Flg. 7 Ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. Die dargestellte Vorrichtung dient der Bremsbeschleunlgungsregelung, wie sie vorstehend näher erläutert Ist.

In den Bremskraftrechnern 11 und 12 (Flg. 7) werden entsprechend der ersten und der zweiten SoIlbremsbeschleunlgungsfunktlon VpX und VpI die Bremskräfte Bl bzw. Bl berechnet. Nach Maßgabe der Werte für die ^.räfte BX und Bl wird dann eine dieser beiden Kräfte, die Bremskraft Sl oder Bl, Im Entschcldungsgllcd 13 ausgewählt. Die Übrigen In Flg. 7 dargestellten Glieder des Blockschaltbildes sind mit den auch In Flg. 6 verwendeten Bezugszelchcn verschen. Die Wegimpulse vom Tachogenerator 1, die am Ausgang des Zählers 2 auftretende Istgeschwindigkeit Vt und die am Ausgang des Rechengliedes auftretende Istbremsbeschleunlgung ßi werden jeweils sowohl auf den Bremsrechner 11 als auch auf den Bremsrechner 12 gegeben. Weiterhin werden die von Positionsgebern eingegebenen Po£it!onss!gna!e PSi »od PSl auf die Rechner 11 bzw. 12 gegeben. Die in diesen Rechnern 11 bzw. 12 berechneten Bremskräfte Bl bzw. Bl gelangen dann auf das Entscheidungsglied 13. Die jeweils als Stellgröße ausgewählte Abbildung der Bremskraft Sl oder Bl wird dann auf das Stellglied 10 gegeben.

Beim Auftreten des Positionssignals PSX am Eingang des Bremskraftrechners 11 erzeugt dieser eine SoIlbremsbeschleunlgungsfunktlon VpXi nach Maßgabe der vom Tachogenerator 1 erzeugten Wegimpulse. Unter Verwendung der vom Zähler 2 gelieferten Istgeschwindigkeit Vi des Fahrzeugs, der vom Rechenglied 6 gelieferten Istbremsbeschleunigung ßi und der Sollbrcmsbeschleunigung ßpX, die aus der Im Rechner 11 gesetzten Sollbremsbeschleunigungsfunktlon VpXi bestimmt wird, wird dann auf der Grundlage der Gleichung 7 die der Sollbremsbeschleunlgungsfunktion VpXi entsprechende Bremskraft BXt berechnet:

i = KXX(Vt-VpXt-(ßt-ßpX)KlX

In dieser Gleichung 7 sind /ill, KlX und K3X Koeffizienten.

Im Bremskraftrechner 12 wird beim Auftreten des vom Positionsgeber erzeugten Positionssignals PSl nach Maßgabe der vom Tachogenerator 1 erzeugten Wegimpulse eine Sollbremsbeschleunlgungsfunktlon VpIi erzeugt.

Aus der Istgeschwindigkeit Vi des Fahrzeugs, die am Ausgang des Zählers 2 auftritt, aus der am Ausgang des Rechengliedes 6 auftretenden Istbremsbeschleunigung ßi und der der Sollbrcmsbeschleunlgungsfunkllon VpIi, die Im Bremskrafirechner 12 gesetzt ist, entsprechenden Sollbremsbeschleunigung ßpl wird die der Funktion VpZi entsprechende Bremskraft Bit nach Gleichung 8 berechnet:

Bit = KXU Vt- VpltAßt-ßpDKll + K31)

In dieser Gleichung 8 bedeuten KXl, KU und K31 Koeffizienten.

Im Entscheidungsglied 13 werden die Bremskraft BXt und Bit miteinander verglichen und wird von diesen beiden Werten jene Bremskraft, nämlich die Bremskraft BXt oder Bit, ausgewählt, deren Betrag kleiner als der Betrag der anderen Bremskraft Ist. Die jeweils ausgewählte Bremskraft Sl/ oder Bit wird dann in Form eines sie abbildenden digitalen oder analogen Signals auf das Stellglied 10 gegeben. Im Stellglied 10 wird dann nuch Maßgabe des vom Entscheidungsglied 13 aufgegebenen Bremskraftsignals das direkt in die Fahrzeugsteuerung eingreifende Steuersignal erzeugt. Da der von einem willkürlich festgesetzten Bezugs punkt aus zurückgelegte Weg aus den vom Tachoge nerator gelieferten Wegimpulsen bestimmt wird, können die Sollbremsgeschwlndlgkeltsfunktlonen VpXt und VpIt auch ohne die Positionssignale PSX und PSl von den Positionsgebern erzeugt werden.

πι In der vorstehenden Funkllonsbeschrelbung Ist davon ausgegangen, daß uls Rlhrungsfunkllonen zwei Brcmsbuschlcunlgungsfunklloncn VpX und VpI verwendet werden. Statt dessen kann jedoch auch sowohl die Funkilon VpX als auch die Funk;ion VpI eine konstante Sollgeschwindigkeitsfunktion sein. Wenn die Führungsfunktion von einer konstanten Sollgeschwlndigkellsfunktlon auf eine Bremsbeschleunigungsfunktlon umgeschaltet wird, wird die größere der beiden als Eingangsgrößen am Entscheidungsglied 13 auftretenden Brems-

2« kräfte als Stellgröße Rewählt.

In der Flg. 8 .sind ebenfalls im Blockschaltbild Baugruppen der In Flg. 7 gezeigten Vorrichtung dargestellt, nämlich die Bremskraftrechner 11 und 12. In der Fig. 8 sind die Geschwlndigkeltsfunktionsge neratoren 111 und 112 gezeigt, die die Sollbremsbe- schleunlgungsfunktlonen VpXt und VpIt unter Ansteuerung durch die vom Tachogenerator 1 erzeugten Weg-Impulse erzeugt, wenn die Positionssignale PSX und ^52 von den Positionsgebern eingegeben werden. Die

3» Im Rechner erzeugten und verarbeiteten Signale werden In den Rcchcngllcdcm 112, 114 bis 116, 122 und 124 bis 126 verarbeitet. In den Bremsbcschleunlgungssetzregistern 113 und 123 werden die den Sollbremsbeschleunlgungsfunktlonen VpXt und VpIi entsprechenden SoIl- bremsbeschleunigungswerte ßpl und ßpl gesetzt. Die Koeffizienten K31 und K31 werden in den Koefflzlentensetzreglstern 117 und 127 gesetzt. Die Istgeschwlndlgkelt Vt wird auf die Rechenglieder 112 und 122

(7) gegeben, während die Istbremsbeschleunigung fit des 4U Fahrzeugs auf die Rechenglieder 114 und 124 gegeben wird.

Beim Auftreten des Positionssignals PSX erzeugt der Funktionsgenerator 111 nach Maßgabe der Wegimpulse /SS die Sollbremsgeschwindlgkeitsfunktion VpXt. Diese Größe gelangt auf das Rechenglied 112, in dem die Regelabweichung Vt-VpXt gebildet wird, die dann auf das Rechenglied 116 gelangt.

Im Rechenglied 114 wird die Differenz ßt-ßpX zwischen der Istbremsbeschleunigung ßt des Fahrzeugs

5U und der im Sollbeschleunigungssetzreglster 113 gesetzten und an dessen Ausgang auftretenden Sollbremsbeschlcunlgung ßpl gebildet und anschließend auf das Rcchengllcd US gegeben. Im Rcchengiicd 115 wird das Produkt aus der Differenz ßi-ßpX und dem Koeffizlen ten KlX gebildet und ebenfalls auf das Rechenglied 116 gegeben. Im Rechenglied 116 wird das Ausgangssignal

(8) vom Rechenglied 115 vom Ausgangssignal des Rechengliedes 112 subtrahiert und zu der erhaltenen Differenz der im Koeffizientenregister 117 gesetzte Koeffizient KdX addiert. Als Ergebnis wird die Bremskraft BIr gemäß Gleichung 7 erhalten.

In gleicher Weise wird im Bremskraftrechner 12 die an dessen Ausgang auftretende Bremskraft Bl (bzw. das sie abbildende Signal) berechnet.

Ein Ausführungsbeispiel für den im Blockschaltbild der Fig. 7 gezeigten Zähler 2 ist in der Fig. 9 dargestellt. Die vom Tachogenerator 1 einlaufenden Wegimpulse werden im Zähler 21 gezählt. Am Eingangsan-

20 1

Schluß 25 des Zählers 2 werden Taktimpulse T aufgeprägt, die sowohl auf einen Rücksetzeingang 22 des Zählers 21 als auch auf einen der beiden Eingänge eines UND-Gliedes gelangen. Der Ausgang des UND-Gliedes 23 ist auf ein Register 24 geschaltet.

In dieser In Flg. 9 gezeigten Zählerkonfiguration werden die vom Tachogenerator 1 erzeugten Wegimpulse auf den Zähler 21 gegeben und In diesem gezählt. Beim Auftreten des Taktimpulses T am Rücksetzanschluß 22 des Zählers 21 und am Eingang des UND-Gliedes 23 wird der Inhalt des Zählers 21 über das UND-Glied 23 in das Register 24 übertragen. Gleichzeitig wird der Zähler 21 gelöscht.

Auf diese Weise wird also im Register 24 die Anzahl der je Zeiteinheit aufgelaufenen Wegimpulse gespeichert. Der Inhalt des Registers 24 bildet die Istgeschwindigkeit Vt des Fahrzeugs ab.

Als Verzögerungsglied 3 kann eine Verzögerungsleitung oder ein Speicher verwendet werden.

Jeder der Sollgeschwindigkeitsgeneratoren Iiί und 121 (Fig. 8) kann unter Verwendung eines Funktionsgenerators aufgebaut sein, der die dem Betrag des Weges entsprechende Geschwindigkeitsfunktion unter Steuerung durch die Weglmpulsc tatsächlich erzeugt oder kann unter Verwendung eines Festwertspeichers (ROM) aufgebaut sein. In dem die Geschwindigkeitswerte gespeichert sind und aufeinanderfolgend unter Adressierung durch den Betrag des Fahrweges ausgelesen werden.

Die Rechenglieder bestehen in an sich bekannter Weise aus Addierern, Multiplizierwerken, Divisionswerken und Kombinationen dieser Baugruppen.

Analog zu der vorstehend beschriebenen Bremssteuerung kann auch eine Beschleunigungssteuerung erfolgen, bei der die Bremskraftrechner 11 und 12 entsprechend durch Antriebskraftrechner ersetzt sind.

Mit Systemen der vorstehend beschriebenen Art können Steuerungen mli konstanter Vorzugszoll durchgeführt werden, beispielsweise eine ausschließliche Bremssteuerung oder eine ausschließliche positive Beschleunigungssteuerung. Bei einer vollständigen Fahr- und Bremssteuerung muß jedoch der Übergang von einer Bremsung zu einer positiven Beschleunigung und umgekehrt gegeben sein. In solchen Systemen muß beim Wechsel eine längere Verzugszeit berücksichtigt werden. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Ist die Kompensation solcher längerer Verzugszeichen noch nicht berücksichtigt.

Andererseits kann diese Forderung nicht einfach daduich erfüllt werden, daß man In Systemen, die für konstante Verzugszeichen ausgelegt sind, einfach die Verzugszelt verlängert, da dies bei der Kompensation der Regelabweichung innerhalb eines Regelsystems zu einer spürbaren Überkompensation führen würde.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß die Bremskraft B In der in Fig. 10 gezeigten Weise eine polygonal-lineare Funktion der Bremsbeschleunlgungsregelabweichung ßp-ßi ist, so daß die Verzugszeiten mit mindestens zwei voneinander verschiedenen Anstiegen kompensiert werden. Bei kleiner Differenz zwischen der Istbremsbeschleunigung ßi des Fahrzeugs und der SoIlbremsbeschleunlgung ßp wird eine relativ kleinere Bremskraft bestimmt. Bei relativ großer Abweichung der Istbremsbeschleunigung ßt des Fahrzeugs von der Sollbremsbeschleunigung ßp wird dagegen eine relativ größere Bremskraft 8 Im Stellsignal abgebildet (Flg. 10). Mit anderen Worten wird der Absolutbetrag der Differenz ßt-fip gegen einen frei wühlbaren und

setzbaren Schwellenwert A diskriminiert. Je nach dem, ob dieser Absolutwert der Differenz ßi-ßp über oder unter dem Schwellenwert liegt, wird für den Koeffizienten Kl (K21, KH) ein größerer oder kleinerer Wert gewählt. Der Koeffizient Kl kann jedoch auch In der in Gleichung 9 angedeuteten Weise als Funktion der Beschlcunlgungsrcgelabwelchung bestimmt werden:

K2 =

Die vorstehend beschriebene Beziehung wird auch für die Beziehung zwischen der Antriebsbeschleunigungsdifferenz und der Antriebskraft bei der Antriebsbeschleunigungsregelung verwendet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatische Fahr- und Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge, wobei Ist- und Sollgeschwindigkeit ermittelt und daraus eine Stellgröße für die Antriebs- bzw. Bremsanlage des Fahrzeugs abgeleitet wird, gekennzeichnet durch eine erste Recheneinrichtung (11), die entsprechend einer ersten Sollgeschwindigkeitsfunktion (VpIi) in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit (Vi) eine erste Stellgröße (Bit) ermittelt, eine zweite Recheneinrichtung (12), die entsprechend einer zweiten Sollgeschwindigkeitsfunktion (VpIt) in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Istgcschwindigkeit (Vt) eine zweite Stellgröße (Bit) ermittelt, sowie ein mit den beiden Recheneinrichtungen (11, 12) verbundenes Entscheidungsglied (13), das die zu der jeweils vorgegebenen Sollgeschwindigkeitsfunktion (VpXi, VpIt) gehörige Stellgröße (Bit, Bit) einem Stellglied m (10) für die Antriebs- bzw. Bremsanlage des Fahrzeugs zuführt und beim Wechsel von der ersten zur zweiten Sollgeschwindigkeitsfunktion (Vplt—tVplt) von der ersten auf die zweite Stellgröße (BIt-* Bit) dann übergeht, wenn die beiden Stellgrößen gleich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch }. dadurch gekennzeichnet, daß ein Tachogenerator (1) zur Erzeugung von Wegimpulsen (AS) in einer dem vom Fahrzeug zurückgelegten Weg proportionalen Anzahl, eine mit dem Tachogenerator (1) verbundene Zähleinrichtung (2) zur Erzeugung eines die Fahrzeug-Istgeschwindlgkeit (Vt) darstellenden Signal? als Funktion der Wegimpulse (AS) und ein an die Zahleinrichtung (2) angeschlossenes Verzögerungsglied '"?), das das Fahrzeug-Istgeschwlndigkeitssignal (Vt) um einen vorgegebenen Zeltbetrag (at) verzögert und ein verzögertes Fahrzeug-Geschwindigkeitssignal (Vd-At)) erzeugt, vorhanden sind und daß die beiden Recheneinrichtungen (U, 12) die jeweilige Sollgeschwindig- -to keitsfunktion (VpXt. VpIt) als Funktion der Ausgangssignale des Tachogenerators (1), der Zahleinrichtung (2) und des Verzögerungsgliedes (3) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein an die Zähleinrichtung (2) und das Verzögerungsglied (3) angeschlossenes Rechenglied (6), das aus der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit (Vt) und der verzögerten Fahrzeuggeschwindigkeit (V(t-At)) ein die Fahrzeug-Istbeschleunigung (ßt) darstellendes Signal erzeugt und dieses Signal den beiden Rechen- so einrichtungen (11, 12) zuführt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Recheneinrichtung (11, 12) einen Sollgeschwlndlgkelts-Funktlonsgenerator (Ul, 112) enthält, der die jeweilige Sollgeschwindlgkeitsfunktion (VpIi. VpIi) als Funktion der Wegimpulse ((55) aus dem Tachogenerator (1) erzeugt, ferner ein Rechenglied (112, 122), das aus der Fahrzeuglstgeschwindlgkeit (Vi) und dem jeweiligen Wert der Sollgeschwindigkeitsfunktion (VpIi, VpIt) die Dirferenz bildet, einen Sollbeschleunigungsgeber (113, 123) zur Vorgabe einer Sollbeschleunigung (ßp\, ßpl) entsprechend der Sollgeschwindigkeitsfunktion' (VpIi. VpIt)₁ ein weiteres Rechenglied (114, 124), das aus der Istbeschleunigung (ßl) und der Sollbeschleunlgung (/JpI, ßpl) die Differenz bildet, ein daran angeschlossenes weiteres Rechenglied (115, 12S), das die Differenz aus der Istbeschleunigung (ßl) und der Sollbeschleunigung (ßpl, ßpl) mit einer vorgegebenen Größe (KIl, KU) multipliziert, sowie ein weiteres Rechenglied (116, 126), das aus der Differenz von Istgeschwindigkeit (Vt) und Sollgeschwindigkeit (VpIt, VpIi) einerseits und dem Ausgangssignal des vorhergenannten Rechengliedes (115, 125) andererseits die Differenz bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollgeschwindigkeits-Funlctlonsgenerator (111, 112) die Sollgeschwindlgkeitsfunkiion (KpI/, VpIt) als Funktion der Wegsignale (AS) aus dem Tachogenerator (1) und vorgegebenen Positionssignalen (PSl, PSl) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Recheneinrichtung (11, 12) den jeweiligen Stellwert (S) nach der Gleichung

Vi- Vpt-(ßt-ßp)At + KZ)

bildet, wobei Vt die Fahrzeug-Istgeschwindigkeit, Vpt der jeweilige Wert der Sollgeschwindigkeitsfunktion, ßt die Fahrzeug-Istbeschleunigung, ßp die der Sollgeschwindigkeitsfunktion Vpt entsprechende Sollbeschleunigung, und Kl, K3 Koeffizienten sind.