DE2648509B2

DE2648509B2 - Anordnung zur automatischen Zielabbremsung gleisgebundener Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2648509B2
Application number: DE2648509A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 1000 Berlin Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2648509A1; DE2648509C3; PT67063A

Description

AD =

k(2Av

Av²)

-j-

~ ^v so!! ziel J

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erzielt wird, wobei
Areinen festen Verstärkungsfaktor, ν die Soll-Ist-Geschwindigkeitsdifferenz, v,_st die Istgeschwindigkeit und Vsoiiziei die angestrebte Zielgeschwindigkeit darstellen.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Differenzverstärker (1) ermittelte Geschwindigkeitsabweichung (Av) einem Funktionsgeber (2) zugeführt wird, 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 (v)_St) und Zielgeschwindigkeit (vsoii-ziei) quadriert, und daß der Quotient der beiden Eingänge (a und b) des Dividiergliedes (4) über einen Umkehrverstärker (5) geführt in einem Summierverstärker (8) einem Grundbremsmoment ii-konstant) als Zusatzbremsmoment zugeführt ist.

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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 mit Proportionalverstärkung zur Verzögerungsänderung ausgewertet werden. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise durch die Zeitschrift »Neue Technik«, Ausgabe A, Heft 2 (1964), Verlag Neue Technik AG, Zürich, Tiefenhöhe 11, S. 55—69 bekannt

Zum automatischen Zielbremsen ist es bekannt, Digital- oder Analogrechner einzusetzen, die in Abhängigkeit des noch zurückzulegenden Weges — d.h. 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 (Sollgeschwindigkeitsoder Bremswegparabel) und dem gewoUten 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). 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 di« Pendelschwingung statistisch verteilt vor oder hinter dem Zielpunkt Z durch Null geht In den meisten Fällen wird sich durch die Phasenlage der Pendelschwingung eine Abweichung ergeben, und das Fahrzeug beim Bremsen bis zum Stillstand entweder etwas zu weit fahren oder zu früh halten. Je kleiner das Pendeln der Fahrzeuggeschwindigkeit in Frequenz und Amplitude um die Sollgeschwindigkeit gehalten werden kann, um so höher liegt die Genauigkeit der Regelung. Für Proportionalregler (P-Regler) stellt sich einerseits die Bedingung einer hohen Verstärkung, damit die Regelabweichung klein bleibt Andererseits kann nur mit geringer P-Verstärkung eine vorhandene Schwingneigung eines Systems unterdrückt werden. Regelsysteme, 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 l,5fache) ist es bisher kaum möglich gewesen, eine auch nur einigermaßen genaue Zielbremsung durchzuführen. Als anzustrebende Genauigkeit sind Abweichungen von < ± 1 m anzusehen. Eine derartige Genauigkeit war bisher nur mit schnell reagierenden Bremsen erreichbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 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 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung eine kontinuierlich 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.

Es ist grundsätzlich schon bekannt, bei stärkerer Abbremsung als dem Sollwert, das Anhalten des Zuges

in mehreren sich ablösenden Parabeln mit variabler Verzögerung vorzunehmen, deren Hüllkurve der Sollwertkurve entspricht {Z. Technische Rundschau, Bd. 67[1975JS. 18).

In zweckmäßiger Ausgestaltung gemäß der Erfindung wird dabei für eine erforderliche Verzögerungsänderung Ab über das geregelte Zusatzbremsmoment ein fahrzeugspezifisch konstantes Grundbremsmoment additiv und vorzeichenrichtig ergänzt Als besonders genau und vorteilhaft hat sich eine Einstellung der erforderlichen Verzögerungsänderung Δ b über die Proportionalverstärkung der Geschwindigkeitsregeleinrichtung nach der Funktion

l^List ~ ^v soll-zid Γ

erwiesen. Im Rahmen der Erfindung liegen jedoch auch andere, insbesondere vereinfachte Ersatzfunktionen, wie sie sich auf Grund praxisgerechter Rejelgenauigkeit und streckenspezifischer Störgrößenbeaufschlagung ergeben können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen entnehmbar.

An Hand einer Sollbremskurve (Fig.2) und eines Blockschaltbildes (Fig.3) ist die Erfindung erläutert worden.

Die Sollbremskurve nach F i g. 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 Av herausgezeichnet. Diese Fahrgeschwindigkeitsabweichung Av ist in den Punkten A und B hier als gleichgroß angenommen. Gemäß der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß es nicht erforderlich ist, nach einer Geschwindigkeitsabweichung Av die Sollwertparabel wie bislang so schnell wie möglich 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 strichpunktiert; 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 Δν 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 Regelabweichung erforderlich. Jede Geschwindigkeitsabweichung A ν \\v Verlauf der Bremswegparabel macht eine geschwindigkeitsabhängige Verzögerungsänderung Ab erforderlich, um den Zielpunkt Z noch zu erreichen. Diese Verzögerungsänderung wird für jedes A vund jede Geschwindigkeit von einem Rechner bestimmt und über eine variable Reglerverstärkung bewirkt. Der Verstärkungsgrad läßt sich als eine Funktion der Geschwindigkeit darsteilen. Der Rechner bestimmt nach dieser geschwindigkeitsabhängigen Funktion die jeweils erforderlich werdende Reglerverstärkung. Der Abstand zum Zielpunkt Z ist

maßgebend für die einsetzende Gnindverstärkung bei Bremseinsatz. Der Bremswegrechner kann dabei ein fahrzeugeigenes Element sein und sich auf dem Fahrzeug befinden oder auch an der Strecke angeordnet sein. Jm letzteren Falle werden die Fahrzeug- und Streckendaten vorteilhaft über kontinuierliche Linienleiterschleifen im Zeitmultiplex ausgetauscht, jedoch sind auch feste Streckenmeßpunkte denkbar.

Das Blockschaltbild der F i g. 3 gibt ein Realisierungssdiema wieder. Danach werden der Geschwindigkeitssollwert Vsoii (nach der Bremswegkurve) und die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vj_n einem als Differenzverstärker 1 arbeitenden Operationsverstärker zugeführt Dieser bildet die Geschwindigkeitsabweichung Av. In einem Funktionsgeber 2 wird daraus eine abhängige Größe — in diesem Fall vorzeichenrichtig das Snmmenglied ± (2 A v+A v²) gebildet Die Differenz der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit V_1n und der Zielgeschwindigkeit Vsoii-ziei wird in einem Mehrquadranten-Multiplizierglied 3 vorzeichenrichtig multipliziert und mit diesem Wert sowie dem Wert des Funktionsgebers 2 einDividierglied 4 beaufschlagt Das Dividierglied 4 bildet den Quotienten, hier

(2 Av+ \v²)

Dieser Quotient wird als Multiplikator einem Umkehrverstärker 5 mit über das Verhältnis der Widerstände 6 und 7 festliegender Konstantverstärkung k zugeführt. Am Ausgang ergibt sich eine variable Verstärkung für Δ b mit

fc(2 Av + Av¹

(f ist — l'soll-Tic! )²

Diese Funktion ist allgemeingültig für ein Abbremsen auf jede Zielgeschwindigkeit. Ist diese Null (Halt des Fahrzeuges), kann auf die Formel

Ab = k ■

Av²

vereinfacht werden.

Dieser Wert wird vorzeichenrichtig als Zusatzbremsmoment in einem Summierverstärker 8 zu der auf der Leitung 9 fest eingegebenen Stellgröße für ein Grundbremsmoment Aiison-konstant (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 Bremsmoment (Μ^_οη.^_κ^)- Der Ausgang 10 des Summierverstärkers 8 wirkt auf das Bremsventil.

Nach der Funktion wird der Verstärkungsgrad des Umkehrverstärkers 5 geschwindigkeitsabhängig variiert, und es können über das entpsrechend 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 Zieiubbremsung erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 mit Proportionalverstärkung zur Verzögerungsänderung ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung eine kontinuierlich 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. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine erforderliche Verzögerungsänderung (Ab) über das geregelte Zusatzbremsmoment ein fahrzeugspezifisch konstantes Grundbremsmoment (Äibsoii-konstant) additiv und Vorzeichenrichtig ergänzt wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Verzögerungsänderung (Ab) über die Proportionalverstärkung der Geschwindigkeitsregeleinrichtung nach der Funktion