DE2701456A1

DE2701456A1 - Blockierschutzvorrichtung fuer fahrzeuge, insbesondere schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2701456A1
Application number: DE19772701456
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Schirmer
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1977-01-14
Publication date: 1978-07-20
Also published as: SE417933B; SE7800369L; FR2377305A1; CH627692A5; FR2377305B1

Description

München, 12.1.1977

KNORR - BREMSE G.M.B.H.

8000 München 40, Moosacherstr,

Blockierschutzvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ebckierschutzvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, bei der die Differenz zwischen einem Bezugssignal, das annähernd der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und einem Radgeschwindigkeitssignal gebildet wird, wobei diese Differenz mit einem ersten und einem zweiten Schwellwert verglichen wird und in Abhängigkeit von diesem Vergleich bei überschreiten des ersten Schwellwertes ein AV-Signal gebildet wird, welches bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes wieder gelöscht wird und bei der bei Auftreten des AV-Signals die Bremsen des überwachten Fahrzeugrades gelöst werden.

Aus der DT-AS 24 45 159 ist eine Blockierschutzvorrichtung dieser Art bekannt geworden, bei der ein Geschwindigkeitsdifferenzsignal, das durch Integration eines Beschleunigungsdifferenzsignales (Differenz zwischen Rad- und geschätzter Fahrzeugbeschleunigung) erzeugt wird, mit zwei Schwellwerten verglichen wird, wodurch zwei Signale zum Bremsenlösen bzw. Wiederanlegen gebildet werden. Weiterhin wird die Radverzögerung bzw. Radbeschleunigung mit zwei Schwellwerten verglichen, wobei zwei weitere Signale zum Bremsenlösen bzw. Wiederanlegen gebildet werden. Ein Wiederanlegen der Bremse kann hierbei nur erfolgen, wenn beide Bremsenlössignale verschwunden sind und gleichzeitig mindestens ein Bremsen-Wiederanlegesignal aufgetreten ist. Diese Vorrichtung kann nur innerhalb eines geringen Veränderungsbereiches des Haftwertes zwischen Rad und Fahrbahn optimal

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arbeiten, insbesondere wird bei einer plötzlichen Verbesserung des Haftwertes die maximal mögliche Bremskraft nicht ausgenutzt, da in diesem Fall zwar ein +b-Signal auftritt, ein gleichzeitiges Δν-Signal jedoch ein Wiederanlegen der Bremse verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Blockierschutzvorrichtung der oben angegebenen Art anzugeben, bei der eine hohe Ansprechempfindlichkeit in einem weiten Bereich des Haftwertes gegeben ist und auch Änderungen des Haftwertes während einer Blockierschutzauslösung zu einer optimalen Ausnutzung der maximal möglichen Bremskraft ausgenutzt werden.

Weiterhin soll die neue Vorrichtung insbesondere bei sehr geringen Haftwerten ein Wiedereinbremsen unter optimaler Ausnutzung des Haftwertes ermöglichen. Schließlich sollen bei der Blockierschutzvorrichtung differenzierende Elemente wegen der damit verbundenen bekannten Schwierigkeiten einer Aufrauhung der Signale und einer Verstärkung hochfrequenter Störsignale im normalen Betrieb vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das ÄV-Signal in einem Integrierer zeitlinear aufintegriert und bei Verschwinden des ^V-Signals der Ausgangswert des Integrierers zeitlinear abintegriert wird, daß das Ausgangssignal des Integrierers mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, wobei ein Hilfssignal (HS-Signal) erzeugt wird, solange der Ausgangswert des Integrierers größer als der dritte Schwellwert ist und daß der Bremsdruck der Fahrzeugbremse erst dann wieder erhöht wird, wenn sowohl das 4v-Signal als auch das Hilfssignal gelöscht sind.

Durch diese Vorrichtung wird durch das Hilfssignal die Zeitdauer erfaßt, die das Rad vom überschreiten des ersten Schwellwertes (Δ V-Einschaltschwelle) bis zum Hochfahren des Rades zum zweiten Schwellwert (ΔV-Ausschaltschwelle) benötigt. Diese Zeitdauer steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem tatsächlich vorhandenen Haftwert zwischen Rad und Fahrbahn.

Je länger diese Zeitdauer war, desto schlechter ist der vorhandene Haftwert und desto länger verhindert das Hilfssignal ein erneutes

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Wiedereinbremsen und sorgt somit dafür, daß das Rad in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Haftwert in den Bereich des günstigsten Schlupfes der Haftwert-Schlupfkurve hochgefahren wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Blockierschutzvorrichtung Fig. 2 ein Funktionsdiagramm im zeitlichen Ablauf

Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel eines Teiles der Blockierschutzvorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Ein Radgenerator 1, der von dem überwachten Rad mechanisch angetrieben wird und eine der Radumdrehungsgeschwindigkeit proportionale Ausgangsspannung abgibt, ist mit einer ersten Einrichtung2 zur Erzeugung eines Bezugssignales (fiktiven Linie), das annähernd der translatorischen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, verbunden. Weiterhin ist der Radgenerator 1 mit einer zweiten Einrichtung 3 verbunden, in der das Generatorsignal aufbereitet wird (Glättung, Proportionalitätsfaktor).

Die Ausgänge der Einrichtungen 2 und 3 werden einem Subtrahierer mit Vergleicher h zugeführt, der die Differenz zwischen dem Bezugssignal und der Radgeschwindigkeit bildet und zur Erzeugung eines binären Δ V-Signals mit zwei ΔV-Schwellwerten vergleicht (Näheres vgl. unten bei Fig. 2). Der Ausgang des Subtrahierers mit Vergleicher M wird einem Integrierer 5 und einem ODER-Glied 6 zugeführt. Der Ausgang des Integrierers 5, der ein binäres Hilfs-Signal (HS-Signal) führt, wird einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 6 zugeführt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 6 ist mit einem Magnetventil 7» 8 verbunden, welches durch eine Sicherheitsschaltung 9 überwacht wird. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden anhand άφηΒμφ)£4TTf$Wi^{ramme der F}iß· ² erläutert.

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Die mit V„ bezeichnete Linie stellt die tatsächliche Zug-Zug

geschwindigkeit, die mit V_pikt bezeichnete Linie das Bezugssignal (fiktive Linie) (Ausgangssignal der Einrichtung 2) und die mit V_R , bezeichnete Linie die Radgeschwindigkeit (Ausgangssignal der Einrichtung 3) dar.

Die Linie " ilv-Signal" entspricht dem Ausgang des Subtrahierers die Linie "HS-Signal" dem Ausgang des Integrierers 5, die Linie "Λν-Schwelle" eine aus dem AV-Signal abgeleitete Schwelle, die Linie "Integral" einem internen Signal, das im Integrierer erzeugt wird und die Linie "Blockierschutzsignal" dem Ausgangssignal des ODER-Gliedes 6.

Im folgenden wird ein Regelzyklus der Blockierschutzvorrichtung beschrieben.

Zum Zeitpunkt t wird eingebremst. Die Bildung des Bezugssignals (fiktive Linie) wird in bekannter Weise gestartet und die Radgeschwindigkeit löst sich von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt t₁ hat die Differenz zwischen Radgeschwindigkeit und Bezugssignal einen eingestellten Schwellwert ( 4Vj) überschritten. Am Ausgang des Subtrahierers mit Vergleicher 4 erscheint ein binäres ^V-Signal, welches über das ODER-Glied 6 das Magnetventil 7 betätigt und zu einem Blockierschutzsignal und damit zu einer Ebckierschutzauslösung führt.

Gleichzeitig beginnt zum Zeitpunkt t. der Integrierer 5 das 4V-Signal zeitlinear aufzuintegrieren, wobei als internes Signal des Integrierers 5 das der Linie "Integral" entsprechende Signal gebildet wird.

Überschreitet nun dieses Signal die Linie " <dV-Schwelle" (Zeitpunkt to), so erscheint am Ausgang des Integrierers das Hilfssignal (Linie "HS-Signal").

Hat die Radgeschwindigkeit sich inzwischen durch die Blockierschutzauslösung wieder der fiktiven Linie genähert und zum Zeitpunkt t, eine 4v-Rückschaltschwelle (^Vp), die ungefähr halb so groß wie die ÄV-Einschaltschwelle (4V₁) ist, unterschritten, so verschwindet das dv-Signal und der Integrierer 5 beginnt von dem erreichten Wert aus ab'zuintegrieren. Da das

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Hilfssignal noch vorhanden ist, bleibt die Blockierschutzauslösung über das ODER-Glied 6 weiterhin bestehen. Erreicht nun die Linie "Integral" beim Abintegrieren zum Zeitpunkt t^ die ^V-Schwelle, so wird das Hilfssignal und damit auch das Blockierschutzsignal beendet, das Magnetν entil wird geschlossen und der Bremsdruck wieder erhöht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Integrationskonstanten, die die Steilheit der Linie "Integral" bestimmen für die Aufintegration (Zeit t., bis t,) und die Abintegration (Zeit t, bis tc)getrennt einstellbar, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, diese Konstanten auch unterschiedlich einzustellen und zwar in Abhängigkeit von dem gewählten Bereich des Haftwertes, der voraussichtlich anzutreffen ist. Weiterhin ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die "ΔV-Schwelle" dynamisch gewählt, d.h. sie ist abhängig von der angenommenen Zuggeschwindigkeit und gehorcht der Beziehung

/1 V-Schwelle = c ( k · ν + vo)

wobei c und k Konstanten sind, ν die angenommene Zuggeschwindigkeit und vo eine untere konstante Zuggeschwindigkeit von beispielsweise 5 km/h unterhalb der eine Blockierschutzauslösung nicht mehr stattfinden soll.

Die Linie "AV-Schwelle" ist damit im Gegensatz zur Fig. 2 leicht abfallend geneigt, wobei die Neigung durch die Konstanten c und k bestimmt wird.

Ebenfalls sind die Schwellen 4v^ und 4V~ entsprechend der oben angegebenen Beziehung dynamisch ausgebildet, wobei die Konstante c dort so gewählt ist, daß die ΔV-Einschaltschwelle (Δν^) doppelt so groß ist, wie die ÄV-Ausschaltschwelle (4V₂).

Zusammenfassend ist zu bemerken, daß die Zeitdauer der Blockierschutzauslösung durch die Erfindung dem tatsächlich vorhandenen Haftwert besser angepaßt wird, da die Zeitdauer t₂ bis t, bzw. t^ direkt vom tatsächlichen Haftwert abhängig ist. Bei kleinen Haftwerten wird z.B. die Blockierschutzauslösung verlängert, wodurch sichergestellt ist, daß das gleitende Rad sich der Zuggeschwindigkeit trotz des langsameren Hochlaufes ausreichend genähert hat.

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Für den Fall, daß während einer bestehenden Blockierschutzauslösung der Haftwert zunimmt, ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß bei ' überschreiten der Radbeschleunigung über eine vorgegebene Schwelle der Integrierer (Linie "Integral") sofort auf Null gesetzt wird, wodurch das Hilfssignal verschwindet und sofort wieder eingebremst werden kann.

Wichtig ist jedoch, daß beim normalen Blockierschutzbetrieb ohne Haftwertsprünge auf den Einsatz von Beschleunigungs- bzw. Verzögerungssignalen verzichtet werden kann.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Teiles der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und zwar des Integrierers 5·

Ein Transistor T₁ ist mit seiner Basis mit einem Eingangsspannungsteiler R₁, Rp mit seinem Kollektor über einen Arbeitswiderstand R-i mit Versorgungsspannung U^ und mit seinem Emitter mit Masse verbunden. Dem Eingangsspannungsteiler R₁, Rg wird das AV-Signal zugeführt.

Der Kollektor des Transistors T₁ ist über ein Widerstand Rg und eine in Sperrichtung geschaltete Diode D2 mit der Basis eines Transistors T₂ verbunden, die ihrerseits über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D₁ und einen Widerstand R^ mit einer dynamischen Versorgungsspannung (k-v + vo) verbunden ist. Die Durchlaßrichtung der Diode D₁ ist hierbei von der Versorgungsspannung zur Basis hin gesehen. Der Ermitter des pnp-Transistors T2 ist über einen einstellbaren Arbeitswiderstand R^ ebenfalls mit der dynamischen Versorgungsspannung verbunden.

Der Kollektor des Transistors Tp ist mit einem Integrationskondensator C₁ verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C₁ liegt auf Masse. Parallel zu dem Kondensator C₁ liegt eine Transistorschaltung, die als sogenannter Stromspiegel ausgebildet ist und aus Transistoren T-, und T₁, besteht.

Die Ermitter der Transistoren T, und T^ liegen hierbei auf Masse, der Kollektor des Transistors T^ ist mit dem Kondensator C₁, seine Basis mit dem Kollektor und gleichzeitig mit der Basis des Transistors T, verbunden. Der Kollektor des Transistors T, ist über einen verstellbaren Widerstand R₇ mit dem Kollektor des Transistors T₁ verbunden. «09829/0241

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Der Kondensator C₁ ist mit einem Eingang (+Eingang) eines hysteresebehafteten als Komparator wirkenden Verstärkers V.verbunden. Ein zweiter Eingang (-Eingang) des Verstärkers V₁ ist mit dem Mittelabgriff eines Potentiometers R verbunden, der zwischen Masse und der dynamischen Versorgungsspannung liegt. Am Ausgang des Verstärkers V₁ liegt das Hilfssignal an (HS-Signal).

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator C₁ weiterhin mit dem Kollektor eines Transistors T_c verbunden, dessen Emitter auf Masse liegt und dessen Basis über einen Eingangsspannungsteiler R₁₀, R₁₁IiIt einem +b-Signal beaufschlagt ist.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Liegt am Widerstand R₁ ein binäres dV-Signal (von der Einrichtung 4) so wird der Transistor T₁ leitend, sein Kollektor führt ein Potential von annähernd Null. Die Spannung am einen Ende des Widerstandes Rg ist somit ebenfalls Null. An der Basis des Transistors T2 liegt über den Spannungsteiler aus R₁- und Rg und den in diesem Fall in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden D₁ und Dp die halbe dynamische Versorgungsspannung (Rc und Rg haben den gleichen Wert). Damit ist der Transistor T₂ leitend und dient als Konstantstromquelle für den Integrationskondensator C₁. Es erfolgt also die Aufintegration, wobei die Integrationskonstante über den Widerstand R^ einstellbar ist.

Der Stromspiegel aus T, und T^ ist hierbei ohne Wirkung, da die Kollektorspannung des Transistors T, und damit auch die Basisspannung des Transistors TU auf Null liegt und der Transistor T₁. sperrt.

Die Spannung am Kondensator C₁ steigt nun entsprechend der Linie "Integral" der Fig. 2 an. Erreicht sie den durch den Widerstand Rq eingestellten dynamischen Schwellwert, so schaltet der Verstärker V₁ durch und an seinem Ausgang erscheint das Hilfssignal.

Verschwindet nun das JV-Signal so sperrt der Transistor T₁ und seine Kollektorspannung ist annähernd + U_b. Am einen Ende des

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Widerstandes Rg liegt die Versorgungsspannung + U. . Die Diode Dp sperrt. Es kann kein Basisstrom des Transistors Tg mehr fließen, der Transistor T~ ist somit gesperrt und kann nicht mehr als Stromquelle für die Aufintegration des Kondensators C₁ dienen. Die Auf integration ist somit beendet (Zeitpunkt t-,). Gleichzeitig liegt am Widerstand R7 die Versorgungsspannung + U. , der Transistor T, erhält somit Versorgungsspannung, die auch an seiner Basis liegt. Der Transistor T, wird leitend, wobei der durch ihn fließende Strom durch die Widerstände R-, und R₇ bestimmt wird und über R₇ einstellbar ist.

Durch die Schaltung des "Stromspiegels" fließt der gleiche Strom wie durch den Transistor T, auch durch den Transistor Th, der Kondensator C₁ wird somit mit konstantem, durch R₇ einstellbarem Strom entladen, was einer Abintegration entspricht. Unterschreitet die Spannung am Kondensator C₁ den über den Widerstand Rq eingestellten Schwellwert, so schaltet (unter Berücksichtigung der Hysterese) der Verstärker V₁ zurück und das Hilfssignal am Ausgang des Verstärkers V₁ verschwindet.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei Auftreten eines +b-Signals der Transistor Ύ,- leitend und entlädt den Kondensator C₁ sehr schnell, so daß das Hilfssignal auch sehr schnell verschwindet.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Versorgungsspannung +U. des Transistors T₁ größer sein muß als die dynamische Versorgungsspannung des Transistors T«.

Die Versorgungsspannung des Transistors T₂ kann auch konstant gewählt werden, ist jedoch gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dynamisch, d.h. in Abhängigkeit von der fiktiven Zuggeschwindigkeit gewählt.

Die übrigen Maßnahmen zur Herstellung einer vollständigen Blockierschutzvorrichtung sind aus der Erläuterung zu Fig. lzu entnehmen und in ihrer technischen Realisierung jedem Pachmanne auf diesem Gebiet geläufig.

Patentansprüche

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Patentansprüche :

1. Blockierschutzvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, bei der die Differenz zwischen einem Bezugssignal, das annährend der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und einem Radgeschwindigkeitssignal gebildet wird, wobei diese Differenz mit einem ersten und einem zweiten Schwellwert verglichen wird und in Abhängigkeit von diesem Vergleich bei Überschreiten des ersten Schwellwertes ein /JV-Signal gebildet wird, welches bei Unterschreiten des zweiten Schwellwertes wieder gelöscht wird und bei der bei Auftreten des Δν-Signals die Bremsen des überwachten Fahrzeugrades gelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß das 4V-Signal in einem Integrierer (5) zeitlinear aufintegriert und bei Verschwinden des Δν-Signals der Ausgangswert des Integrierers (5) zeitlinear abintegriert wird, daß das Ausgangssignal des Integrierers (5) mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, wobei ein Hilfssignal (HS-Signal) erzeugt wird solange der Aüsgangswert des Integriere (5) größer als der dritte Schwellwert ist und daß der Bremsdruck der Fahrzeugbremse erst dann wieder erhöht wird, wenn sowohl das AV-Signal als auch das Hilfssignal gelöscht sind.

2. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert ( ΔV-EinschaltschwelLe) größer als der zweite Schwellwert ( 4V-Ausschaltschwelie) ist.

3. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste SchweLlwert doppelt so groß wie der zweite Schwellwert ist.

Ί. Blockierschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schwellwert linear von dem Bezugssi«."rial abhängig ist.

^cj. Blockierschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssignal bei Auftreten einer festgelegten positiven Radbeschleunigung (+b) gelöscht wird.

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6. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (5) aus einem Kondensator C. besteht, der über eine von dem JV-Signal eingeschaltete Stromquelle (Tp) aufgeladen und über eine weitere von dem /iV-Signal ausgeschaltete Stromquelle (Tj., T,) entladen wird.

7. Blockierschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Stromquelle eine Stromspiegelschaltung ist.

8. Blockierschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator C. ein weiterer' Transistor T^ als Stromquelle mit steiler Ent ladezeitkonstante parallel geschaltet ist.