DE2648509A1 - Anordnung zur automatischen zielabbremsung - Google Patents

Description

• Anordnung zur automatischen Zielabbremsung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur automatischen Zielabbremsung gleisgebundener Fahrzeuge, insbesondere lokomotivbespannter Eisenbahnzüge, bei der ein Rechner nach einer vorgegebenen Sollwertfunktion (Bremswegkurve) zielwegabhängige Geschwindigkeitssollwerte vorgibt, die von einer die Trieb- bzw. Bremskraft des Fahrzeuges beeinflussenden Geschwindigkeitsregeleinrichtung zur Verzögerungsänderung ausgewertet werden.
• Zur automatischen Zielbremsung ist es bekannt, Digital-oder Analogrechner einzusetzen, die in Abhängigkeit des noch zurückzulegenden Weges - dh. vom augenblicklichen Fahrzeugstandort bis zum Zielpunkt, wo das Fahrzeug entweder eine niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht haben oder aber zum Halten gekommen sein soll - die jeweilig nötige Sollgeschwindigkeit berechnen. Für eine definierte konstante Verzögerung ergibt sich dabei eine Geschwindigkeits-Weg-Funktion, die graphisch dargestellt, die Form einer Parabel hat (Sollgeschwindigkeits oder Bremswegparabel3 und dem gewollten Verlauf der Geschwindigkeit bei einer Bremsung bis zum Stillstand entspricht. Sie schneidet im Zielpunkt Z bei der Geschwindigkeit Null vertikal die Weg-Abszisse. Fig. 1 zeigt eine solche Kurve Nach einem Bremsbefehl versucht der Geschwindigkeitsregler ständig durch Verstärken oder Lösen der Bremse die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit der durch die Bremswegparabel vorgegebenen Soll- oder Leitgeschwindigkeit anzupassen Dabei stellt sich ein Pendeln um die Sollgeschwindigkeitskurve entsprechend dem gestrichelten Verlauf -ein. Es ist dabei vom Zufall abhängig, ob der Zielpunkt getroffen wird oder die Pendelschwingung statistisch verteilt vor oder hinter dem Zielpunkt Z durch Null geht , In den meisten rälien wird sich durch die Phasenlage der Pendelschwingung eine Abweichung ergeben, und das Fahrzeug bei einer Bremsung bis zum Stillstand entweder etwas zu weit fahren oder zu früh halten Je kleiner das Pendeln der Fahrzeuggeschwindig keit in Frequenz und Amplitude um die Sollgeschwindigkeit gehalten werde um so höher liegt die Genauigkeit der der gelung. Für Proportionalregler (P-Regler) stellt sich einerseits die Bedingung einer hohen Verstärkung, damit die Regel abweichung klein bleibt. Andererseits kann nur mit geringer P-Verstärkung eine vorhandene Schwingneigung eines Systems unterdrückt werden. Regel systeme, die mit größeren Zeitkonstanten behaftet sind, d.h. nicht verzögerungsfrei arbeiten -die meisten Bremssysteme mit ihren oft erheblichen Aufbau-, Löse- und Totzeiten, insbesondere aber die Druckluftbremssysteme gehören dazu - sind darüber hinaus besonders schwingfreudig. Mit lokomotivbespannten Güterzügen (Bremsaufbau z.B.
• 30 bis 45 s; Bremslösung ca. das 1,5fache) ist es bisher kaum möglich gewesen, eine auch nur einigermaßen genaue Zielbremsung durchzuführen. Als anzustrebende Genauigkeit sind Abweichungen von 4 + 1 m anzusehen. Eine derartige Genauigkeit war bisher nur mit schnell reagierenden Bremsen erreichbar.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und eine genauere automatische Zielbremsung auch für Fahrzeuge zu schaffen, deren Bremseinrichtungen lange Einsatz- und Lösezeiten aufweisen.
• Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung eine variable Proportionalverstärkung aufweist, die sich in ihrem Verstärkungsgrad mit Näherung an einen Zielpunkt bzw.
• eine Ziel geschwindigkeit nach einer geschwindigkeitsabhängigen Funktion bis auf ihren vollen Verstärkungsgrad erhöht und ein Zusatzbremsmoment beeinflußt.
• In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird dabei für eine erforderliche Verzögerungsänderungß b über das geregelte Zusatzbremsmoment ein fahrzeugspezifisch konstantes Grundbremsmoment additiv und vorzeichenrichtig ergänzt. Als besonders genau und vorteilhaft hat sich eine Einstellung der erforderlichen Verzögerungsänderunghb über die Proportionalverstärkung der Geschwindigkeitsregeleinrichtung nach der Funktion erwiesen. Im Rahmen der Erfindung liegen jedoch auch andere, insbesondere vereinfachte Ersatzfunktionen, wie sie sich auf Grund praxisgerechter Regelgenauigkeit und streckenspezifischer Störgrößenbeaufschlagung ergeben können.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen in Verbindung mit der erläuternden Zeichnung und Beschreibung entnehmbar.
• An Hand einer Sollbremskurve (Fig. 2) und einem Blockschaltbild (Fig. 3) soll die Erfindung im Nachstehenden verdeutlicht werden.
• Die Sollbremskurve nach Fig. 2 entspricht zunächst der Kurve nach Fig. 1. Es ist jedoch für verschiedene Punkte A und B unterschiedlichen Abstandes zum Zielpunkt und somit für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten eine Fahrgeschwindigkeitsabweichung tv herausgezeichnet. Diese Fahrgeschwindigkeitsab weichung ßv ist in den Punkten A und B hier als gleichgroß angenommen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es nicht erforderlich ist, nach einer Geschwindigkeitsabweichung # v v die Sollwertparabel wie bislang so schnell wie möqlich wieder zu erreichen. Es genügt vielmehr in den meisten Fällen die Bremskraft nur wenig zu verstärken oder zu lösen, um auf jeweils einer neuen Bremsparabel (für A ist sie irichpunktiert; für B punktiert), die dicht an der alten Parabel verläuft, den Zielpunkt Z zu erreichen. Damit kann die Reglerverstärkung im Anfang so gering gehalten werden, daß das System nicht ins Schwingen gerät. Wie ersichtlich, wird die nötige Verzögerung für ein Erreichen des Zielpunktes Z bei gleicher Geschwindigkeitsabweichung #v zur Sollkurve mit geringer werdender Fahrzeuggeschwindigkeit (und kleiner werdendem Zielpunktabstand) immer größer. Im Punkt B ist sie z.B.
• schon größer als bei A. Am Zielpunkt Z wird die maximale Verzögerung, d.h. der größte Verstärkungsgrad mit geringster Regel abweichung erforderlich. Jede Geschwindigkeits abweichung #v im Verlauf der Bremswegparabel macht eine geschwindigkeitsabhängige Verzögerungsänderung bb erforderlich, um den Zielpunkt Z noch zu erreichen Diese Verzögerungsänderung wird fur jedes #v und jede Geschwindigkeit von einem Rechner bestimmt und über eine variable Reglerverstärkung bewirkt Dr Verstcrkungsgrad läßt sich als eine Funktion der Geschwindigkeit dar stellen. Der Rechner bestimmt nach dieser geschwindigkeitsabhängigen Funktion die jeweils erforderlich werdende Reglerverstärkung Der Abstand zum Zielpunkt Z ist maßgebend für die einsetzende Grundverstärkung bei Bremseinsatz. Der Bremswegrechner kann dabei ein fahrzeugeigenes Element sein und sich auf dem Fahrzeug befinden oder auch an der Strecke angeordnet sein. Im letzteren Falle werden die Fahrzeug- und Strekkendaten vorteilhaft über kontinuierliche Linienleiterschleifen im Zeitmultiplex ausgetauscht, jedoch sind auch feste Streckenmeßpunkte denkbar Das Blockschaltbild der Fig. 3 gibt ein Realisierungsschema wieder Danach werden der Geschwindigkeitssollwert v5011 gnach der Bremswegkurve) und die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vist einem als Differenzverstärker 1 arbeitenden Operationsverstärker zugeführt. Dieser bildet die Geschwindigkeitsabweichung #v. In einem Funktionsgeber 2 wird daraus eine abhängige Größe - in diesem Fall vorzeichenrichtig das Summenglied + (2#v + #v²) gebildet Die Differenz der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit Vist und der Zielgeschwindigkeit vsoll-ziel wird in einem Mehrquadranten-Multiplizierglied 3 vorzeichenrichtig multipliziert und mit diesem Wert sowie dem Wert des Funktionsgebers 2 ein Dividerglied 4 beaufschlagt. Das Dividierglied 4 4 bildet den Quotienten, hier Dieser Quotient wird als Multiplikator einem Umkehrverstärker 5 mit über das Verhältnis der Widerstände 6 und 7 festlegen der Konstantverstärkung k zugeführt. Am Ausgang ergibt sich ans variable Verstarkung für ß mit Diese Funktion ist allgemeingültig für ein Abbremsen auf jede Zielgeschwindigkeit. Ist diese Null (Halt des Fahrzeuges), kann auf die Formel vereinfacht werden Dieser Wert wird vorzeichenrichtig als Zusatzbremsmoment in einem Summierverstärker 8 zu der auf der Leitung 9 fest eingegebenen Stellgröße für ein Grundbremsmoment Mb oll konstt (beispielsweise 0,36 m/s2) addiert, mit dem theoretisch der Zug eigentlich schon die Bremswegkurve planmäßig durchlaufen müßte, und er ergänzt dieses Grundbremsmoment zu einem Bremsmomen Mbsoll-geregelt). Der Ausgang des Summierverstärkers 8 wirkt auf das Bremsventil.
• Nach der Funktion wird der Verstärkungsgrad des Umkehrverstärkers 5 geschwindigkeitsabhängig variiert, und es können über das entsprechend angesteuerte Bremsventil besondere Störgrößen wie Gewicht des Zuges, Streckenbeschaffenheit und die Zeitkonstanten ausgeglichen werden.
• Mit der Erfindung kann auch für lokomotivbespannte Eisenbahnzüge mit Bremssystemen, die höhere Zeitkonstanten aufweisen, eine befriedigende automatische Zielabbremsung erreicht werden.
• 7 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1 + Anordnung zur automatischen Zielabbremsung gleisgebundener Fahrzeuge, insbesondere lokomotivbespannter Eisenbahnzüge, bei der ein Rechner nach einer vorgegebenen Sollwertfunktion (Bremswegkurve) zielwegabhängige Geschwindigkeitssollwerte vorgibt, die von einer die Trieb- bzw. Bremskraft des Fahrzeuges beeinflussenden Geschwindigkeitsregeleinrichtung zur Verzögerungsänderung ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung eine variable Proportionalverstärkung aufweist, die sich in ihrem Verstärkungsgrad mit Näherung an einen Zielpunkt bzw. eine Zielgeschwindigkeit nach einer geschwindigkeitsabhängigen Funktion bis auf ihren vollen Verstärkungsgrad erhöht und ein Zusatzbremsmoment beeinflußt.
2. 2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine erforderliche Verzögerungsänd--rung (6b) übe das geregelte Zusatzbremsmoment ein fahrzeugspezifisch konstantes Grundbremsmoment (MbsollkÜflstant) additiv und vorzeichenrichtig ergänzt wird.
3. 3.) Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Verzögerungsänderung (Ab) über die Proportionalverstärkung der Geschwindigkeitsregeleinrichtung nach der Funktion erzielt wird.

   (k = fester Verstärkungsfaktor; v = Soll-Ist-Geschwindigkeitsdifferenz; vist = Istgeschwindigkeit; Voll ziel = angestrebte Zielgeschwindigkeit).
4. 4.) Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Differenzverstärker (1) ermittelte Geschwindigkeitsabweichung (#v) einen Funktionsgeber (2) steuert, dessen Ausgang mit dem einen Eingang (a) eines Dividiergliedes (4) verbunden ist und dessen anderer Eingang (b) von einem Multiplizierglied (3) gespeist wird, das die Differenz aus Fahrgeschwindigkeit (vist) und Zielgeschwindigkeit (vsoll-ziel) quadriert, und daß der Quotient der beiden Eingänge (a und b) des Dividiergliedes (4) über einen Umkehrverstärker (5) geführt in einem Summierverstärker (8) einem Grundbremsz moment (Mbsoll-konstant) als Zusatzbremsmoment zugeführt ist.