DE2722443A1

DE2722443A1 - Einrichtung zum erfassen einer aenderung in der beschleunigung eines sich auf einer angriffsoberflaeche drehenden rades

Info

Publication number: DE2722443A1
Application number: DE19772722443
Authority: DE
Inventors: Allan Barr Plunkett
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4075538A; JPS52152773A; JPS61961B2; DE2722443C2; FR2351817A1; FR2351817B1

Description

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Dr.-Ing. Wilhelm fieichel Dipl-Inp. Wolfgang Reiche!

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GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Einrichtlang zum Erfassen einer Änderung in der Beschleunigung eines sich auf einer Angriffsoberfläche drehenden Rades

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen von Änderungen in der Beschleunigung eines sich auf einer Angriffsoberfläche drehenden Rades. Bei diesem Rad kann es sich beispielsweise um das Rad eines Schienenfahrzeugs handeln. Die Erfindung befaßt sich daher insbesondere mit einer Einrichtung, die zur Radschlupfkorrektur bei Schienenfahrzeugen geeignet ist.

Bei vielen Anwendungen besteht eine Notwendigkeit, eine Änderung in der Beschleunigung eines sich bewegenden Gegenstands abzufohlen, beispielsweise eines sich drehenden Rades. Bei Fahrzeugantriebssystemen kann eine Änderung in der Drehbeschleunigung eines Rades beispielsweise den Verlust der Haftung zwischen dem Rad und einer Angriffsoberfläche anzeigen, auf der das Rad rollt. Diese Änderung in der Beschleunigung kann entweder auftreten, wenn das Rad angetrieben wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, oder wenn das Rad gebremst wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs herabzusetzen. Die Abbremsung eines Rades wird auch Verzögerung genannt. Zur Erläuterung der Erfindung wird auf ein durch die Räder angetriebenes Fahrzeug Bezug genommen_}und zwar insbesondere in Verbindung mit einer Steueranordnung für ein elektrisches Zugmotorantriebssystem. Die Erfindung ist aber auch in vielen anderen Bereichen anwendbar.

Zugfahrzeuge, wie Lokomotiven oder Transitwagen, machen im allgemeinen von mehreren einzeln angetriebenen Achsen Gebrauch. Der Verlust der Haftung oder eine Abnahme des Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und der Schiene unter einen solchen Wert, der zum Aufrechterhalten einer rollenden Berührung des angetriebenen Rades mit der Schiene erforderlich ist, führt zu einem Schlupfen des Rades auf der Schiene. Unter einem solchen Schlupfen oder Durchdrehen wird im allgemeinen ein Zustand verstanden, bei dem die Drehgeschwindigkeit des Rades größer als die Geschwindigkeit ist,

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die zum Antrieb des Fahrzeugs mit der tatsächlichen Geschwindigkeit erforderlich ist. Wenn ein angetriebenes Rad oder alle angetriebenen Räder eines Fahrzeugs durchdrehen, braucht es nicht unbedingt zu einem bemerkbaren Verlust an der Zugkraft zu kommen, so daß das Bedienungspersonal des Fahrzeugs nicht in jedem Falle gewarnt wird, es sei denn, daß der Schlupf groß ist. Ein unerwünschtes Durchdrehen der Räder führt aber zu einem nachteiligen Betriebsverhalten des Fahrzeugs, und es können in der Antriebsausrüstung, an den Fahrzeugrädern oder an der Schiene Schäden auftreten· Eine automatische Einrichtung, die den Radschlupf erfaßt und korrigiert, ist daher in einem hohen Maße erwünscht·

Ein mit dem Radschlupf verwandtes Problem ist das Radrutschen. Ein Radrutschen kann während des elektrischen, oder mechanischen Bremsens eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs auftreten, wenn das angewandte Bremsmoment in bezug auf das Ausmaß der Haftung zwischen dem Rad und der Schiene übermäßig hoch wird. Das Rutschen wird im allgemeinen als ein Zustand definiert, bei dem die Drehgeschwindigkeit des Rades kleiner als die Geschwindigkeit ist, die der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht. Das Schlupfen und Rutschen sind somit ähnliche Vorgänge, die bei einem übermäßig hohen Drehmoment des Zugkraftmotors in der einen oder in der anderen Richtung auftreten können. Rutschende Räder flachen sich an der rutschenden Stelle ab, wohingegen schlupfende oder durchdrehende Räder kleiner werden. Wiederholte Schlupf- oder Rutschvorgänge sind daher höchst unerwünscht.

Zwei Arten von Radschlupf- oder Rutschvorgängen sind üblich. Bei einer ersten Art kommt es zu einem Schlupf oder Rutschen der Räder von einer der einzeln angetriebenen Achsen des Fahrzeugs. Bei einer zweiten Art kommt es zu einem Schlupf- oder Rutschvorgang der Räder von allen Achsen gleichzeitig. Die letzte Art wird synchroner Schlupf- oder Rutschvorgang genannt. Der Schlupf- oder Rutschvorgang einer einzi-

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gen Achse kann man durch Vergleichen der Geschwindigkeit der einzelnen Achse mit der Geschwindigkeit der anderen Achsen erfassen. Ein synchroner Schlupf- oder Rutschvorgang kann demgegenüber mit dieser Methode nicht festgestellt werden, da alle Räder bzw. Achsen stets die gleiche Geschwindigkeit haben. Eine Methode zum Erfassen eines synchronen Schlupf- oder Rutschvorganges besteht darin, für die Räder des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs einen Maximal- oder Überdrehzahlgrenzwert und einen Minimal- oder Unterdrehzahlgrenzwert zu setzen und dann festzustellen, ob die Radgeschwindigkeit außerhalb dieser Grenzwerte liegt, die durch das Steuersystem auferlegt werden. Eine solche Steueranordnung ist aus der US-PS 3 210 630 bekannt. Eine der Schwierigkeiten mit einer solchen Anordnung besteht darin, daß der Schaden bereits aufgetreten sein kann, bevor die Anordnung anzeigt, daß ein Ubergeschwindigkeits- oder Untergeschwindigkeitszustand besteht. Weiterhin hat ein durchdrehendes oder rutschendes Rad tatsächlich einen niedrigeren Reibungskoeffizient als ein rollendes Rad, so daß ein tatsächlicher Verlust an Zugleistung auftritt. Eine ideale Schlupf/Rutsch-Erfassungsanordnung sollte daher diesen Zustand feststellen, bevor ein übermäßiger Haftungsverlust aufgetreten ist.

Bei Antriebssystemen, die mit Wechselstrommotoren arbeiten, tritt im allgemeinen ein synchroner Schlupf als einzige Art von Schlupf auf. Bei einem typischen Anwendungsfall ist jeweils ein einzelner Wechselstromzugmotor mit jeweils einer Achse des Fahrzeugs gekuppelt, und die Statorwicklungen aller Zugmotoren des Fahrzeugs sind parallel an eine einzige Leistungsenergiequelle angeschlossen, beispielsweise an einen Wechselrichter, der eine Statorerregung steuerbarer Amplitude und Frequenz liefert. Die Drehzahl der Wechselstrommotoren ist eine Funktion der Frequenz der vom Wechselrichter zugeführten Wechselstromleistung. Da alle Motoren mit derselben Frequenz erregt werden, besteht der einzige Unterschied

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in der Drehzahl darin, daß geringfügige Unterschiede im Motorschlupf zwischen den einzelnen Antriebsmotoren auftreten. Die Motorschlupffrequenz liegt normalerweise in einem Bereich von einer bis fünf Perioden, was in der Regel 0,5 bis 1,59» der maximalen Geschwindigkeit ausmacht. Die Differenz in der Geschwindigkeit zwischen einem nicht schlüpfenden Rad und einem schlüpfenden Rad ist daher vernachlässigbar. Wenn die Räder einer Achse zu schlüpfen oder zu rutschen beginnen, versucht der zugehörige Zugmotor die Last abzuwerfen, und dieser Abfall wird von den anderen Zugmotoren aufgegriffen, die folglich ein größeres Drehmoment auf die nicht schlüpfenden Räder ausüben, bis auch sie die Haftung verlieren und zu schlüpfen oder zu rutschen beginnen. Bei einem Wechselstromzugmotorantriebssystem liefert daher ein Vergleich der relativen Geschwindigkeiten zwischen den einzelnen angetriebenen Achsen keine effektive Methode, um einen Radschlupf- oder Radrutschzustand zu bestimmen.

Bei manchen Anwendungen kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug nur ein einziges Antriebsgetriebe haben. Man kann beispielsweise ein einziges Zahnradgetriebe verwenden, um damit alle Achsen zu versorgen. Bei einem solchen Antriebssystem mit einem einzigen Getriebe ist ein Vergleich zwischen den Geschwindigkeiten der Achsen nicht möglich. Die mei sten Einzelantri eb-Schlupf/Rutsch-Erfas sungsanordnungen benutzen entweder einen oberen und einen unteren Radgeschwindigkeitsgrenzwert oder einen oberen und einen unteren Motorstromgrenzwert, um einen Schlupf- oder Rutschzustand eines Rades festzustellen. Diese Art von Erfassungsanordnung erfordert es, daß eine Grenzbedingung auftritt, bevor die Anordnung auf einen Schlupf- oder Rutschvorgang eines Rades ansprechen kann. Der von einem durchdrehenden oder rutschenden Rad verursachte Schaden kann daher bereits groß sein, bevor die Erfassungsanordnung reagiert und eine entsprechende Korrektur veranlaßt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung zum Erfassen des Schlupf- oder Rutschvorganges eines Rades in einem Zugkraftfahrzeug zu schaffen, und zwar eine Einrichtung, die insbesondere auch in der Lage ist, einen sog. synchronen Schlupf- oder Rutschvorgang festzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung gelöst, die auf ein einziges Eingangssignal anspricht, das der Geschwindigkeit eines Gegenstands oder eines Rades entspricht, um ein Ausgangssignal zu liefern, das anzeigt, daß eine Änderung im Beschleunigungsmaß aufgetreten ist. Die erfindungsgemäße Steueranordnung enthält eine Rechenschaltung, die ein erstes Steuersignal verarbeitet, das der tatsächlichen Geschwindigkeit eines Gegenstands oder Rades entspricht, um ein zweites Steuersignal zu erzeugen, das der durchschnittlichen Beschleunigung entspricht, und um ein drittes Steuersignal zu erzeugen, das der vorausgesagten Geschwindigkeit des Gegenstands oder Rades entspricht. Weiterhin enthält die Steueranordnung eine Differenzierschaltung, die aus dem Eingangssignal ein viertes Steuersignal ableitet, das der momentanen Beschleunigung des Gegenstands oder Rades proportional ist. Eine Vergleichsschaltung vergleicht die momentane Beschleunigung mit der durchschnittlichen Beschleunigung und liefert ein Ausgangssignal, wenn die momentane Beschleunigung von der Durchschnittsbeschleunigung um einen vorbestimmten Betrag abweicht. Das Ausgangssignal dieser Vergleichsschaltung wird einer Speicherschaltung zugeführt, die ein festes Ausgangssignal liefert, das anzeigt, daß eine Änderung im Beschleunigungsausmaß erfaßt worden ist. Das Ausgangssignal der Speicherschaltung wird in die Rechenschaltung zurückgeführt, um das Geschwindigkeitseingangssignal zu unterbrechen und um dadurch zu verhindern, daß die Rechenschaltung ein Durchschnittsbeschleunigungsausgangssignal liefert, das auf der geänderten Geschwindigkeit beruht. Weiterhin enthält die Anordnung eine Vorrich-

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tung, die feststellt, wann die Geschwindigkeit des Gegenstands oder Rades innerhalb einer vorbestimmten Grenze oder eines vorbestimmten Spielraumes der vorausgesagten Geschwindigkeit liegt, und die daher feststellt, ob sich das Beschleunigungsmaß von dem transienten Zustand erholt hat oder nicht. Die zuletzt erwähnte Vorrichtung enthält eine Geschwindigkeitsvergleichsschaltung zum Vergleichen des Signals, das der tatsächlichen Geschwindigkeit des Gegenstands oder Rades entspricht, und des Signals, das der vorausgesagten oder berechneten Geschwindigkeit des Gegenstands oder Rades entspricht. Die Geschwindigkeitsvergleichsschaltung liefert ein Ausgangssignal, wenn die vorausgesagte Geschwindigkeit und die tatsächliche Geschwindigkeit zusammenfallen. Dieses Ausgangssignal wird dann einem Rücksetzanschluß der Speicherschaltung zugeführt, um eine Rücksetzüng der Speicherschaltung zu bewirken und um es damit der Rechenschaltung zu gestatten, wiederum mit dem zugeführten Geschwindigkeitssignal zu arbeiten.

In einer Steueranordnung für ein Fahrzeug mit elektrischem Zugkraftmotorantrieb wird die erfindungsgemäße Einrichtung benutzt, um ein Eingangssignal zu überwachen, das der Radgeschwindigkeit entspricht. Wenn das Rad durchdreht oder rutscht, wird die Abweichung zwischen der tatsächlichen Beschleunigung und der durchschnittlichen Beschleunigung von der Beschleunigungsvergleichsschaltung festgestellt, und der Speicherschaltung wird ein Signal zugeführt. Die Speicherschaltung liefert dann ein Schlupfsignal, das anzeigt, daß ein Radschlupfvorgang oder ein Radrutschvorgang aufgetreten ist. Das Schlupfsignal wird der Rechenschaltung zugeführt, um die Zufuhr des Geschwindigkeitssignals zu unterbrechen· Die Ausgangssignale der Rechenschaltung folgen daher der nicht schlüpfenden Geschwindigkeit.

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Nach der Erfindung wird somit eine Einrichtung zum schnellen Erfassen von Beschleunigungsänderungen eines sich auf einer Angriffsoberfläche drehenden Rades geschaffen, * bei dem es sich um das Rad eines Schienenfahrzeugs handeln kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung überwacht die momentane Drehgeschwindigkeit des Rades. Ein Signal, das die momentane Drehgeschwindigkeit des Rades darstellt, wird verarbeitet, um daraus Signale abzuleiten, die die durchschnittliche Beschleunigung, die momentane Beschleunigung und eine vorausgesagte oder berechnete Geschwindigkeit darstellen. Die durchschnittliche Beschleunigung und die momentane Beschleunigung werden miteinander verglichen, um Beschleunigungsänderungen festzustellen. Die erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugsweise als Rad-Schlupf/ Rutsch-Detektor in einem Zugkraftfahrzeug angewendet, und es wird ein Steuersignal erzeugt, wenn die momentane Beschleunigung von der durchschnittlichen Beschleunigung um einen vorbestimmten Betrag abweicht. Dieses Steuersignal wird als ein Rad-Schlupf/Rutsch-Signal benutzt, um auf die Leistungssteueranordnung des Fahrzeugs eine korrigierende Wirkung auszuüben. Nach der Erzeugung des Rad-Schlupf/ Rutsch-Signals wird die Berechnung der durchschnittlichen Beschleunigung gesperrt, um ihren Einfluß auf die plötzliche Beschleunigungsänderung zu verhindern. Das vorausgesagte oder berechnete Geschwindigkeitssignal, das von dem durchschnittlichen Beschleunigungssignal abhängt, wird mit dem momentanen Geschwindigkeitssignal verglichen, um zu bestimmen, wann sich das Fahrzeug von dem Rad-Schlupf/ Rutsch-Zustand erholt hat«

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ableiten eines eine Beschleunigungsänderung anzeigenden Ausgangssignals aus einem Geschwindigkeitseingangssignal,

Fig. 2 eine grafische Darstellung, die Geschwindigkeits- und Beschleunigungskurven darstellt und zur Erläuterung eines Überdrehzahlzustands dient,

Fig. 3 eine grafische Darstellung, die Geschwindlgkeits- und Verzögerungskurven darstellt und zur Erläuterung eines Unterdrehzahlzustande dient,

Fig. 4 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines nach der Erfindung ausgebildeten Motorantriebs mit einstellbarer Drehzahl,

Fig. 6 ein Einzelheiten darstellendes Schaltbild nach der Erfindung zur Verwirklichung der Anordnung nach der Fig. 5 und

Fig. 7 eine grafische Darstellung, die die Wirkung einer Erholungsschaltung nach einem verhältnismäßig starken Schlupf zeigt.

In der Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, der ein einziges Eingangssignal zugeführt wird, das der momentanen Geschwindigkeit oder Drehzahl eines sich drehenden Rades entspricht. Das an einem Eingangsanschluß 10 anliegende Momentandrehzahlsignal wird einer Rechenschaltung 12 zugeführt, die

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aus dem Momentandrehzahlsignal ein erstes Ausgangssignal ableitet, das an einer Leitung 14 auftritt und der mittleren Beschleunigung des Rades entspricht. Weiterhin gibt die Rechenschaltung 12 an eine Leitung 16 ein zweites Ausgangssignal ab, das der vorausgesagten oder berechneten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl entspricht. Das Momentandrehzahlsignal wird noch einer Differenzierschaltung 18 zugeführt, deren Ausgangssignal der Momentanbeschleunigung des Rades entspricht. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 18 und das an der Leitung 14 auftretende Ausgangssignal der Rechenschaltung 12 werden dem ersten und zweiten Eingang einer Vergleichsschaltung 20 zugeführt. Die Vergleichsschaltung 20 vergleicht die beiden ihr zugeführten Signale miteinander, von denen das eine der Momentanbeschleunigung und das andere der Durchschnittsbeschleunigung proportional ist. Die Vergleichsschaltung 20 gibt ein einer ersten logischen Wertigkeit entsprechendes Ausgangssignal ab, wenn sich der Betrag des Momentanbeschleunigungssignals vom Betrag des Durchschnittsbeschleunigungssignals um einen vorbestimmten Betrag oder Spielraum unterscheidet. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 20 1st mit einem ersten Eingang einer Speicherschaltung 22 verbunden. Die Speicherschaltung 22 enthält beispielsweise einen bistabilen Multivibrator, der ein Ausgangssignal einer ersten logischen Wertigkeit liefert, wenn ein Eingangssignal einer ersten logischen Wertigkeit seinem Setzeingang zugeführt wird. KIn Signal der ersten logischen Wertigkeit wird im folgenden logisches 1-Signal genannt. Die Speicherschaltung 22 wird folglich vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 20 getriggert, um ein Überdrehzahlsignal zu liefern, das anzeigt, daS die Momentanbeschleunigung sich von der Durchschnittsbeschleunigung um einen vorbestimmten Betrag oder Toleranzwert unterscheidet· Obwohl dieses Ausgangssignal der Speicherschaltung 22 Im folgenden überdrehzahl genannt wird, kann es sich auch um ein Signal handeln, das einen Unterdrehzahlzustand anzeigt.

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Unter der Annahme, daß die erfindungsgemäße Anordnung in einem Gesamtsystem angewendet werden soll, das auf das Ausgangssignal der Speicherschaltung 22 anspricht, um eine Korrektur in der Beschleunigung oder Geschwindigkeit des Rades zu bewirken, enthält die erfindungsgemäße Anordnung auch Mittel zur Feststellung, wann die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Rades in den Normalzustand zurückgekehrt ist. So wird das an einer Leitung 16 auftretende Signal, das der vorausgesagten oder berechneten Geschwindigkeit des Rades entspricht, einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 24 zugeführt, die einen zweiten Eingang aufweist, an den ein Signal gelegt wird, das der momentanen oder tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl des Rades entspricht. Die Vergleichsschaltung 24 liefert ein logisches 1-Signal, wenn der Betrag des Momentan- oder Istgeschwindigkeitssignals innerhalb eines vorbestimmten Betrages oder Spielraums des berechneten Geschwindigkeitssignales liegt. Dieses logische 1-Signal wird einem zweiten Eingang der Speicherschaltung 22 zugeführt. Für den erläuterten Fall, daß die Speicherschaltung 22 einen bistabilen Multivibrator enthält, entspricht der zweite Eingang dem Rücksetzanschluß des Multivibrators. Wenn daher das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 24 den logischen Pegel von 1 annimmt, bewirkt dieses 1-Signal ein Zurücksetzen der Speicherschaltung 22, die dann ein Ausgangssignal abgibt, das anzeigt, daß die Geschwindigkeit in einen vorbestimmten Spielraum oder Betrag der vorausgesagten Geschwindigkeit oder Sollgeschwindigkeit zurückgekehrt ist.

Da die Anordnung sehr schnell anspricht, besteht die Möglichkeit, daß zur Zeit, bei der die Vergleichsschaltung 20 bestimmt, daß die Beschleunigung die vorbestimmten Grenzen überschritten hat, die Momentangeschwindigkeit nicht in einem hohen Maße von der vorausberechneten oder Sollgeschwindigkeit abgewichen ist. Das von der Vergleichsschaltung 24 entwickelte Signal wird daher für eine vorbestimmte Mini-

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malzeit gesperrt, bevor es zum Rücksetzanschluß der Speicherschaltung 22 gelangt. Dieses Sperren wird von einer Zeitverzögerungsschaltung 26 vorgenommen, deren Eingang an den Ausgang der Vergleichsschaltung 20 angeschlossen ist und deren Ausgang mit einem ersten Eingang eines UND-Glieds 28 in Verbindung steht. Ein zweiter Eingang des UND-Glieds 28 ist an den Ausgang der Vergleichsschaltung 24 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Glieds 28 ist mit dem Rücksetzanschluß der Speicherschaltung 22 verbunden. Die Zeitverzögerungsschaltung 26 kann beispielsweise einen monostabilen Multivibrator enthalten, der getriggert wird, wenn das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 20 den logischen 1-Zustand annimmt. Die Zeitverzögerungsschaltung 26 liefert dann ein logisches O-Signal, und zwar für eine vorbestimmte Zeitspanne. Das logische O-Signal sperrt das UND-Glied 28, das somit verhindert, daß das Ausgangssignal des Vergleichers zur Speicherschaltung 22 gelangt.

Das Ausgangssignal der Speicherschaltung 22 wird noch als Rückführsignal der Rechenschaltung 12 über eine Leitung 13 zugeführt. Dieses Rückführsignal dient zur Öffnung der Geschwindigkeitseingangsschleife der Rechenschaltung 12 und zum Verhindern der Einwirkung des Geschwindigkeitseingangssignals auf die Ausgangssignale der Schaltung 12· Insbesondere wird das Eingangssignal zur Rechenschaltung vor dem Erkennen, daß die Beschleunigung die vorbestimmten Grenzen überschritten hat, auf seinem letzten Wert gehalten· Dies gestattet der Rechenschleife mit der Berechnung fortzufahren, jedoch mit dem alten Maß, d.h. das Beschleunigungssignal an der Leitung 14 folgt derselben Beschleunigungskurve, der es vor der plötzlichen Änderung in der Beschleunigung folgte. Die vorausgesagte Geschwindigkeit oder Sollgeschwindigkeit folgt ebenfalls der Kurve, der es vor der plötzlichen Änderung in der Beschleunigung folgte, so daß es der Vergleichsschaltung 24 gestattet ist, die vorausgesagte Geschwindigkeit mit der tatsächlichen Geschwindigkeit

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zu vergleichen und somit zu bestimmen, wann eine Erholung eintritt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Realisieren der Rechenschaltung besteht in der Verwendung der Geschwindigkeit und der ersten Ableitung der Geschwindigkeit in der Voraussage· Dies resultiert in einer konstanten gespeicherten vorausgesagten Beschleunigung und einer sich linear ändernden vorausgesagten Geschwindigkeit. Man kann aber auch Ableitungen höherer Ordnung der Beschleunigung verwenden, um eine Voraussage von Änderungen in der Beschleunigung zu gestatten. Weiterhin wird eine Zeitkonstante in der Rechenschaltung verwendet, und zwar in einer solchen Weise, daß plötzliche Änderungen in der Beschleunigung die vorausgesagten Werte für die Beschleunigung und Geschwindigkeit nicht beeinflussen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird auf die Fig· 2 Bezug genommen, in der die Geschwindigkeits- und Beschleunigungskurven für ein Rad dargestellt sind, das ein Fahrzeug antreibt. Die horizontale Achse 1st die Zeitachse· Die vertikale Achse stellt den Betrag sowohl der Geschwindigkeit als auch der Beschleunigung dar· Während der Zeitspanne von der Zeit 0 bis zur Zeit A bleibt das Beschleunigungsprofil innerhalb des Erfassungsspielraums, der durch zwei unterbrochen eingezeichnete Linien 32 und 34 dargestellt ist· Während dieser anfänglichen Zeitperiode bleibt das Geschwindigkeitsprofil V im wesentlichen linear. Zum Zeitpunkt A ändern sich die Momentangeschwindigkeit und die Momentanbeschleunigung des Rades. Zum Zeitpunkt B überschreitet die Momentanbeschleunigung den durch die Linie 32 vorgegebenen Erfassungsschwellwert. Wie es an Hand der Fig. 1 erläutert wurde, resultiert dieser Ausschlag in der Erzeugung eines Signals durch die Vergleichsschaltung 20. Dieses Signal veranlaßt, daß die Speicherschaltung 22 ein Überbeschleunigungssignal abgibt. Da das Überbeschleunigungssignal zurück zur Rechenschaltung 12 geführt wird, um den Schaltkreis des Geschwin-

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digkeitseingangssignals zu Öffnen, spricht die Rechenschaltung 12 auf den plötzlichen Wechsel in der Radgeschwindigkeit nicht an.

Das Durchschnittsbeschleunigungssignal an der Leitung 14 folgt dem dargestellten Profil 36, da das Geschwindigkeitseingangssignal unterbrochen ist. Während dieser Periode folgt das vorausgesagte Geschwindigkeitsausgangssignal dem Profil 38, da die vorausgesagte Geschwindigkeit eine Funktion der Durchschnittsbeschleunigung ist. Unter der Annahme, daß die Anordnung auf das überbeschleunigungssignal anspricht, um den überbeschleunigungszustand zu korrigieren, folgen die tatsächliche Geschwindigkeit und die tatsächliche Beschleunigung im wesentlichen während der Periode von der Zeit B bis zur Zeit C den dargestellten Profilen. Aufgrund des Überbeschleunigungssignals wird somit die dem durchdrehenden oder schlüpfenden Rad zugeführte Leistung herabgesetzt. Die Beschleunigung fällt ab, und die Geschwindigkeit beginnt abzunehmen. Wenn sich die tatsächliche Geschwindigkeit auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Spielraums der vorausgesagten Geschwindigkeit verkleinert hat, wie es kurz vor dem Auftreten des Zeitpunkts C dargestellt ist, liefert die Vergleichsschaltung 24 ein Ausgangssignal, das die Speicherschaltung 22 zurücksetzt und das Überbeschleunigungssignal entfernt. Die Schaltung akzeptiert dann das tatsächliche Beschleunigungssignal und fährt wie zuvor mit der Arbeitsweise fort.

Die in der Fig. 2 dargestellten Kurven sind typisch für das Durchgleiten eines Rades, wie es während des Antriebs eines Fahrzeugs vorkommen kann. Während des Bremsens eines Fahrzeugs kann ein ähnlicher Haftungsverlust auftreten und zum Rutschen eines Rades führen. In der Fig. 3 sind das Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil beim Verlust der Haftung während des Bremsens dargestellt. Wie man sieht,

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verläuft das Geschwindigkeitsprofil während des Bremsens im wesentlichen umgekehrt wie während des Antriebs. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung funktioniert somit gleichermaßen für ein Rutschen wie für ein Durchdrehen eines Rades.

In der Fig. 4 ist ein ins Einzelne gehende Schaltbild dargestellt, das ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung nach der Fig. 1 verkörpert. Obwohl es sich bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 im wesentlichen um eine Analogschaltung handelt, sei bemerkt, daß die Funktionen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 auch unter Anwendung der digitalen Verarbeitungstechnik verwirklicht werden können. Die Rechenschaltung 12 enthält einen Eingangswiderstand 42, der mit seinem einen Ende an den Eingangsanschluß 10 und mit seinem anderen Ende über einen Schalter 43 an den invertierenden Eingangsanschluß eines ersten Integrationsverstärkers 44 angeschlossen ist. Der Integrati ons verstärker 44 kann von an sich bekannter Bauart sein und enthält einen Operationsverstärker 46 sowie einen Rückführungskondensator 48, der zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden ersten Eingangsanschluß der Verstärkers 46 geschaltet ist. Ein zweiter Eingangsanschluß des Verstärkers 46 ist über einen Widerstand mit einem Referenzpotential oder Masse verbunden. Der Schalter 43 enthält einen Feldeffekttransistor 52, dessen Quellenanschluß mit dem Widerstand 42 und dessen Senkenanschluß mit dem ersten Eingangsanschluß des Verstärkers 44 verbunden 1st. Antiparallelgeschaltete Dioden 54 und 56 sind zwischen den Quellenanschluß des Feldeffekttransistors 52 und das Bezugspotential geschaltet, um die dem Feldeffekttransistor 52 zugeführte Spannung zu begrenzen. Ein stromaufnehmender Widerstand 58 ist zwischen den Senkenanschluß des Feldeffekttransistors 52 und das Bezugspotential geschaltet. Der Feldeffekttransistor 52 stellt einen Schalter dar, der dazu dient, während eines überdrehzahl- oder ünterdrehzahlzustands das Geschwindigkeitseingangssignal abzuschalten.

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Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 44 ist mit einem ersten Eingangsanschluß eines zweiten Integrations-_x Verstärkers 60 über einen Widerstand 62 verbunden. Mit Ausnahme eines frequenzkompensierenden Widerstands 64, der im Rückführzweig in Reihe mit einem Kondensator 66 liegt, ist der Integrationsverstärker 60 im wesentlichen genau so aufgebaut wie der Integrationsverstärker 44, und er enthält einen Operationsverstärker 68 und den Rückführkondensator

Ein Ausgangsanschluß des Integrationsverstärkers ist mit einem Eingangsanschluß eines Verstärkers 70 verbunden, der von an sich bekannter Bauart ist und unter Umkehrung des vom Integrationsverstärker 60 gelieferten Signals eine Verstärkungseinstellung vorsieht. Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 70 ist über einen Widerstand 71 mit dem Quellenanschluß des Feldeffekttransistors 52 verbunden. Auf diese Weise wird die Rückführschleife der Rechenschaltung 12 vervollständigt. Die Rechenschaltung 12 besteht somit aus einem Doppelintegrator. Da das am Ausgangsanschluß des zweiten Integrationsverstärkers 60 auftretende Signal der Geschwindigkeit proportional ist, ist das am Ausgangsanschluß des ersten Integrationsverstärkers 44 auftretende Signal der Durchschnittsbeschleunigung proportional. Die Schleife ist verhältnismäßig langsam ausgelegt, so daß plötzliche Geschwindigkeitsänderungen das Durchschnittsbeschleunigungssignal am Ausgang des IntegrationsVerstärkers 44 nicht beeinträchtigen und auch nicht das Durchschnittsgeschwindigkeitssignal am Ausgang des IntegrationsVerstärkers 60. Da die Schleife aus zwei Integratoren besteht, erhält man zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit und der vorausgesagten Geschwindigkeit bei einem konstanten Maß für die Änderung der Geschwindigkeit einen Fehler von 0. Die Schleife läuft geringen Werten der Geschwindigkeitsänderung nach, spricht jedoch auf schnellere Änderungen, die durch ein durchdrehendes Rad oder rutschendes Rad verursacht werden, in einer nennenswerten Weise nicht an.

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Die Leitung 14 verbindet den Ausgangsanschluß des Integrationsverstärkers 44 mit dem ersten Eingangsanschluß des Vergleichers 20 über einen Eingangswiderstand 72, der somit auf der einen Seite mit der Leitung 14 und auf der anderen Seite mit einem ersten Eingangsanschluß eines Verstärkers 74 in Verbindung steht. Der Verstärker 74 enthält einen Rückführwiderstand 75. Ein zweiter Eingangsanschluß des Verstärkers 74 ist über einen Widerstand 76 mit dem Bezugspotential verbunden. Das Geschwindigkeitseingangssignal am Eingangsanschluß 10 gelangt über die Differenzierschaltung 18 ebenfalls zum ersten Eingangsanschluß des Verstärkers 74. Die Differenzierschaltung 18 enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 78 und einem Widerstand 80. Der Widerstand 80 und der Widerstand 72 bilden zusammen ein Summiernetzwerk zur Vereinigung des tatsäch- " liehen Beschleunigungssignals von der Differenzierschaltung 18 mit dem Durchschnittsbeschleunigungssignal vom Integrationsverstärker 44. Außerdem sorgt der Widerstand 80 für die notwendige Verstärkerstabilität. Folglich wird am ersten Eingangsanschluß des Verstärkers 74 ein Summierpunkt geschaffen, an dem die Differenz zwischen den Beträgen des Istbeschleunigungssignals und des Durchschnittsbeschleunigungssignals auftritt. Eine Glättungsschaltung (nicht dargestellt) kann man in Verbindung mit dem Verstärker 74 verwenden, um Geräuschsignale in dem gemessenen Geschwindigkeitssignal zu entfernen und auf diese Weise fehlerhafte Vergleiche zu vermeiden.

Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 74 1st mit einem bidirektionalen Verglelcher verbunden, der einen ersten Vergleicher 82 und einen zweiten Vergleicher 84 enthält. So ist der Ausgangsanschluß des Verstärkers 74 an den invertierenden Eingangsanschluß des Vergleichers 82 und an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Vergleichers 84 angeschlossen. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Vergleichers 82 ist über einen Widerstand 86 mit einem eln-

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stellbaren Abgriff eines Potentiometers 88 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß des Vergleichers 84 ist über einen Widerstand 90 mit einem einstellbaren Abgriff eines Potentiometers 92 verbunden. Das Potentiometer 88 ist zwischen eine negative Bezugsspannung -V und das Bezugspotential geschaltet. Das Potentiometer 92 ist zwischen eine positive Bezugsspannung +V und das Bezugspotential geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Vergleicher 82 und 84 führen zum ersten und zweiten Eingangsanschluß eines logischen ODER-Glieds 94. Wenn daher ein 1-Signal am Ausgang irgendeines der Vergleicher 82 und 84 auftritt, erscheint auch am Ausgang des ODER-Glieds 94 ein logisches 1-Signal. Ein Widerstandskondensatornetzwerk aus einem Widerstand 83 und einem Kondensator 85 bzw. aus einem Widerstand 87 und einem Kondensator 89 ist zwischen den Ausgang* und den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Vergleichers 82 bzw. 84 geschaltet. Diese Widerstandskondensatornetzwerke sorgen für eine Hysterese und veranlassen daher die Vergleicher bei einer Zustandsänderung zu einer Verriegelung, so daß bei schwankendem Eingangssignal keine Oszillation auftritt. Die Zeitkonstante dieser Netzwerke ist hinreichend klein, so daß der Vergleichsvorgang nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

Der Ausgangsanschluß des ODER-Glieds 94 ist mit einem Eingangsanschluß der Zeitverzögerungsschaltung 26 verbunden. Wie man der Fig. 4 entnehmen kann, enthält die Zeitverzögerungsschaltung 26 einen monostabilen Multivibrator· Die Zeitverzögerungs schaltung 26 spricht auf die Vorderflanke eines positiv gerichteten oder logischen 1-Signals von dem ODER-Glied 94 an, um für eine vorbestimmte Zeitdauer ein logisches O-Signal abzugeben. Solche monostabilen MuItivibratoren sind an sich bekannt. Das Ausgangssignal der Schaltung gelangt zu einem ersten Eingangsanschluß eines UND-Glieds Das UND-Glied 96 gibt während der Zeitverzögerungsperiode der Zeitverzögerungs schaltung 26 an seinem Ausgang ein logisches O-Signal ab.

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Der Ausgang des ODER-Glieds 94 ist außerdem mit dem Setzeingang eines RS-Flipflop der Speicherschaltung 22 verbunden. Der Rücksetzeingang des Flipflop der Speicherschaltung 22 ist an den Ausgang des UND-Glieds 96 angeschlossen. Der Q-Ausgang des Flipflop der Schaltung 22 liefert das Uberbeschleunigungssignal. Das Überbeschleunigungssignal wird über die Leitung 13 von der Speicherschaltung 22 zum Gattanschluß des Feldeffekttransistors 52 zurückgeführt. Wenn die Speicherschaltung 22 in den Setzzustand getriggert ist, wird der Feldeffekttransistor 52 in den geöffneten Zustand gesteuert, so daß die Zufuhr des Geschwindigkeitseingangssignals zum Verstärker 44 unterbrochen und die Geschwindigkeitsrückführschleife geöffnet ist. Dadurch wird der Integrationsverstärker 44 veranlaßt, ein Ausgangssignal mit einem konstanten Betrag abzugeben, d.h. ein Ausgangssignal mit einem Betrag, der demjenigen Betrag entspricht, den das Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 44 gerade vor dem Öffnen des Feldeffekttransistors 52 hatte. Da dieses Konstantbetragsignal dem Integrationsverstärker 60 zugeführt wird, liefert der Integra ti ons verstärker 60 im wesentlichen ein lineares Rampensignal, das der vorausgesagten Geschwindigkeit des überwachten Rades unter den Bedingungen einer konstanten Beschleunigung entspricht.

Eine Erholung von einem überbe schleunlgungszustand wird durch die Vergleichsschaltung 24 festgestellt· Vie man sieht, ist die Vergleichsschaltung 24 im wesentlichen mit der Vergleichsschaltung 20 identisch, so daß eine Einzelbeschreibung der Vergleichsschaltung 24 entfallen kann. Von Interesse ist allerdings die Tatsache, daß die Verwirklichung dieser Schaltung nach der Fig. 4 nur einen einzigen Eingangsanschluß aufweist, der mit einem Trennverstärker 107 verbunden ist, obwohl die in der Fig. 1 dargestellte Vergleichsschaltung 24 zwei Eingangsanschlüsse aufweist, um Signale zu empfangen, die der tatsächlichen Geschwindigkeit und der vorausgesagten Geschwindigkeit proportional sind· Diese beschriebene Modifikation wird dadurch erreicht, daß

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als Eingangssignal das Differenzsignal verwendet wird, das am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 42 und dem Wi-„ derstand 71 auftritt. Dieses Differenzsignal entspricht der Differenz zwischen den Beträgen des Momentangeschwindigkeitssignals und des Voraussagegeschwindigkeitssignals. Die Vergleichsschaltung 24 vergleicht lediglich dieses Differenzsignal mit einem vorbestimmten Betrag und liefert ein logisches 1-Signal, wenn sich die Differenz innerhalb der vorbestimmten Grenzen findet, die durch die Vergleicher 102 und 104 vorgegeben sind. Da die Vergleichsschaltung 24 ein logisches 1-Signal liefern muß, wenn das Eingangsdifferenzsignal innerhalb eines Plus- oder MinusSpielraums des vorbestimmten Betrages ist, werden die Ausgangssignale der Vergleicher 102 und 104 einem NAND-Glied 106 zugeführt. Das NAND-Glied 106 liefert nur dann ein logisches 1-Signal, wenn beide Eingangssignale logische 0-Signale sind. Der Ausgang des NAND-Glieds 106 ist über ein ODER-Glied 99 mit einem zweiten Eingang des UND-Glieds 96 verbunden. Wenn die von der Schaltung 26 bereitgestellte Zeitverzögerung abgelaufen ist, verursacht eine Rückkehr des tatsächlichen Geschwindigkeitssignals in einen vorbestimmten Spielraum des Vorausgeschwindigkeitssignals, daß ein logisches 1-Signal von der Vergleichsschaltung 24 dem UND-Glied 96 zugeführt wird und daß das UND-Glied 96 ein logisches 1-Signal dem Rücksetzanschluß des Flipflop der Schaltung 22 zuführt. Dadurch wird die Schaltung 22 zurückgesetzt und das Uberbeschleunigungssignal entfernt.

In der Fig. 5 ist die Erfindung in Verbindung mit einer Steuer- und Regelanordnung für einen drehzahlvariablen Motorantrieb dargestellt, der eine geeignete leistungsstarke Gleichspannungsquelle 108, eine Umformereinrichtung mit einem Wechselrichter 110, der von der Gleichspannungsquelle gespeist wird, und mehrere drehzahleinstellbare Wechselstrommotoren 112A, 112B und 112C mit 3-Phasen-Statorwicklungen, die vom Wechselrichter 110 gespeist werden, und mit Rotoren enthält, die mit getrennten mechanischen Lasten gekuppelt

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sind, beispielsweise mit den Rädern eines Zugfahrzeugs (nicht gezeigt). Durch geeignetes Verändern der Frequenz und der Amplitude der Erregung, die der Wechselrichter 110 an die Statorwicklungen der Motoren 112 liefert, können die Motoren angetrieben (Motorbetrieb) oder gebremst werden (Bremsbetrieb), wie es erwünscht ist. Zu diesem Zweck enthält die elektrische Leistungsumformereinrichtung geeignete Geräte, die allgemein durch die Bezugszahl 114 gekennzeichnet sind und die zum Regeln und Steuern der Arbeitsweise des Wechselrichters 110 dienen, und zwar in programmierter Abhängigkeit von einer Vielzahl von Eingangssignalen, nämlich einem ersten Sollsignal Toqtt» das das Sollmotordrehmoment darstellt, einem weiteren Sollsignal 0GOLL' ^^as ^^en Sollwert des Motorflusses darstellt, und Rückführsignalen, die die tatsächlichen Antworten auf ausgewählte Motorpara·* meter darstellen. Dies wird noch im einzelnen erläutert. Das Signal T₃₀Tj₁ ^wir(i ^von einer Solldrehmoment-Logikschaltung 116 geliefert, die auf Operatorbefehlssignals anspricht, die im allgemeinen mit "Zugleitungen¹¹ bezeichnet sind.

Die dargestellten Regel- und Steuereinrichtungen 114 enthalten einen Drehmomentregler 118, dem über eine Leitung 120 das Solldrehmomentsignal T₅OLL' ^über eine Leitung 122 ein Drehmomentrückfuhrsignal, das den Istwert des Drehmoments darstellt, der von dem Motor 112 nach Maßgabe einer Drehmomentverarbeitungsschaltung 124 entwickelt wird, und über eine Leitung 126 ein Drehzahlrückführsignal erhält, das von einem geeigneten Fühler stammt, beispielsweise Tachogeneratoren 128A, 128B und 128C, die die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit der Rotoren der Motoren 112A, 112B und 112C abtasten. Das Geschwindigkeitsrückführsignal an der Leitung 126 stellt den Mittelwert oder Durchschnitt der Signale dar, die von den Tachogeneratoren 128A,' 128B und 128C stammen. Die Mittelwertbildung wird von einer Mittelwertbildungsschaltung 131 vorgenommen, die an sich be-

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kannt ist. Aufgrund dieser Eingangssignale liefert der Drehmomentregler 118 an einen Wellenformgenerator 132 über eine erste Eingangsleitung 130 ein Sollstatorfrequenzsignal f_c, das die Grundfrequenz einer Sequenz periodischer Steuersignale an jeder von drei Ausgangsleitungen X, Y und Z bestimmt. Das Geschwindigkeits- oder Drehzahlrückführsignal gelangt über eine Änderungsbegrenzungsschaltung 129 zum Generator 132. Die Änderungsbegrenzungsschaltung 129 verhindert, daß ein übermäßig hoher Änderungswert der Raddrehzahl den Wechselrichtersteuerungseinrichtungen zugeführt wird, wie es im einzelnen in der US-PS 3 916 275 erläutert ist. Die SteuersignalSequenzen an den Leitungen X, Y und Z werden von dem Wellenformgenerator 132 in einem um jeweils 120° versetzten Muster erzeugt, um die Zünd- und Kommutierung seinrichtungen des Wechselrichters 110 zu steuern. Dabei wird die Frequenz der Grundschwingung der 3-phasigen Wechselspannung, die der Wechselrichter den Anschlüssen der Statorwicklungen des Motors 112 zuführt, als Funktion des Frequenzbefehlssignals oder Sollstatorfrequenzsignals f_r gesteuert.

Das Sollfrequenzsignal f„ vom Drehmomentregler wird noch einer Multipliziereinrichtung 134 zugeführt, die in Kaskade mit einer Dividiereinrichtung 136 mit einer zweiten Eingangsleitung 138 des Wellenformgenerators 132 verbunden ist. In der Multipliziereinrichtung 134 wird der Wert des Sollfrequenzsignals mit einem an einer Leitung 140 auftretenden integrierten Flußfehlersignal multipliziert, das aus einem Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert des Motorflusses hervorgeht. Das Ausgangssignal der Multipliziereinrichtung 134 wird in der Dividiereinrichtung 136 durch den Wert eines an einer Leitung 142 auftretenden Signals dividiert, das dem Betrag der Wechselrichtereingangsspannung proportional ist, die von einem Spannungswandler 144 abgegriffen ist, der mit den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 110 verbunden ist. Das an einer Ausgangsleitung 138 der Dividiereinrichtung 136 erscheinende Signal

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stellt somit das Amplitudenbefehlssignal oder Sollamplitudensignal V_c dar, das sich in direkter Abhängigkeit mit dem Produkt aus dem Sollfrequenzsignal f~ an der Leitung und aus dem integrierten Flußfehlersignal an der Leitung 1AO und in umgekehrter Abhängigkeit mit dem Wechselrichtereingangsspannungssignal an der Leitung 142 ändert. Der Schwingungsform- oder Wellenformgenerator 132 spricht auf das Sollamplitudensignal an und steuert dementsprechend die Arbeitsweise der Wechselrichterzünd- und Kommutierungseinrichtungen, um die Amplitude der Grundschwingung der dreiphasigen Wechselspannung, die der Wechselrichter den Statoranschlüssen des Motors 112 zuführt, als Funktion von V« zu ändern. Solange die Amplitude der Grundschwingung der Statorerregerspannung unter ihrem maximal möglichen Wert ist und der Istwert des Motorflusses gleich einem konstanten Sollwert ist, läuft diese Amplitude der Erregergrundfrequenz nach, so daß das Volt/Hertz-Verhältnis der Erregerspannung im wesentlichen konstant ist.

Der Drehmomentregler 118 veranlaßt, daß das Sollfrequenzsignal f_c sich von dem Istdrehzahlrückführsignal um einen Betrag und in einem Sinne unterscheidet, daß irgendwelche Fehler zwischen dem Motordrehmomentrückführsignal an der Leitung 122 und dem Solldrehmomentsignal an der Leitung 120 so klein wie möglich sind. Die dabei auftretende Differenz zwischen dem Sollfrequenzsignal und dem Istdrehzahlrückführsignal stellt die Motorschlupffrequenz dar. Das Drehmomentrückführsignal stammt von der bereits erwähnten Drehmomentverarbeitungsschaltung 124, die vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet ist, wie es in der DT-OS 2 615 782 beschrieben ist. Das Drehmomentrückführsignal beruht somit auf Statorerregerstrom-Rückführsignalen, die von einer Gruppe von drei Stromwandlern 145 abgeleitet werden, die mit den drei Ausgangsleitungen gekoppelt sind, über die der Wechselrichter die Statoranschlüsse des Motors 112 speist. Weiterhin beruht das Drehmomentrückführsignal auf

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den Motorflußrückführsignalen, die von einer Einrichtung 146 stammen, die den tatsächlichen Magnetfluß im Rotor-Stator-Luftspalt jedes Motors abfühlt. Die Flußabfühleinrichtung 146 ist vorzugsweise derart ausgebildet, wie es aus der DT-OS 2 551 671 bekannt ist.

Die Flußabfühleinrichtung 146 liefert ein Rückführsignal 0, das den durchschnittlichen Wert des tatsächlichen Motorflusses oder Istmotorflusses darstellt. Dieses Signal wird zusammen mit dem Sollflußsignal 0O₀LL ^einer Summierschaltung 148 zugeführt. Die Summierschaltung 148 liefert an eine Leitung 150 ein Flußfehlersignal, das von einer etwa vorhandenen Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert des Motorflusses abhängt. Wie es im einzelnen aus der DT-OS 2 615 782 hervorgeht, wird das an der Lei- ■ tung 150 anliegende Flußfehlersignal in einer Integrierschaltung 152 integriert, und das integrierte Fehlersignal wird über die Leitung 140 der Multipliziereinrichtung 134 zugeführt. Das an der Leitung 138 auftretende Sollamplitudensignal V_c wird somit aufgrund eines Fehlers zwischen dem Istwert und dem Sollwert des Motorflusses erhöht oder erniedrigt, um die Amplitude der Grundschwingung der Statorerregerspannung in einer solchen Weise zu ändern, daß ein auftretender Fehler zu Null wird. Die Überkreuzverbindung des Sollfrequenzsignals f_c von der frequenzsteuernden Drehmomentregelschleife in die amplitudensteuernde Flußregelschleife über die Multipliziereinrichtung 134 verbessert in einem hohen Maße die Stabilität der Motorsteuerung, und zwar insbesondere während des Bremsbetriebs, und ermöglicht es dem Amplitudensteuerkanal, schnelle Drehzahländerungen zu kompensieren, ohne daß eine schnelle Steuerwirkung in der Flußregelschleife erforderlich ist.

Die Drehrichtung der Wechselstrommotoren 112 hängt von der Phasensequenz der dreiphasigen Wechselspannung ab, die der Wechselrichter 110 den Statoranschlüssen zuführt.

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Diese Phasensequenz entspricht der Sequenz der Steuersignalzüge an den Leitungen X, Y und Z am Ausgang des Wellenformgenerators 132. Um diese Sequenz zu bestimmen, führt zum Generator 132 eine dritte Eingangsleitung 154, an die die Solldrehmoment-Logikschaltung 116 ein Vorwärts/ Rückwärts-Befehlssignal F/R anlegt. Der Wellenformgenerator 132 ist derart ausgebildet, daß er die Sequenz X-Y-T in X-Z-Y aufgrund einer Befehlsänderung des Signals F/R ändert und bei entsprechendem Befehl wieder rückgängig macht. Weitere Einzelheiten eines Motorsteuersystems der beschriebenen Art sind in der DT-OS 2 615 782 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nun in das System nach der Fig. 5 in der Form von mehreren Schlupf/ Rutsch-Schaltungen 156A, 156B und I56C einbezogen. Die Tachogeneratoren 128A, 128B und 128C führen über zugehörige

Leitungen 158A, 158B und 158C Geschwindigkeitseingangssignale den Schaltungen I56A, I56B und I56C zu. Ein Überbeschleunigungssignal oder Rad-Schlupf/Rutsch-Signal, das von einer oder mehreren bzw. allen Schaltungen 156 erzeugt werden kann, wird über eine Leitung 16O der Logikschaltung 116 und über eine Leitung 162 dem Drehmomentregler 118 zugeführt. Das Rad-Schlupf/Rutsch-Signal bewirkt eine Verminderung in dem Solldrehmomentsignal TgOLL* ^{das von} der Logikschaltung 116 erzeugt wird, um die Möglichkeit eines nachfolgenden Radschlupfes oder Radrutschens aufgrund eines durch den Motor 112 plötzlich wieder voll angelegten Drehmoments so gering wie möglich zu halten. Das dem Drehmomentregler 118 zugeführte Rad-Schlupf/Rutsch-Signal wird zum öffnen der Drehmomentrückführschleife benutzt, um einen synchronen Schlupf/Rutsch-Zustand zu vermeiden. Die Logikschaltung 116 kann über eine Leitung 164 den Schaltungen 156 ein Übersteuerungssignal zuführen, was noch im einzelnen an Hand der Fig. 6 erläutert wird.

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In der Fig. 6 ist im einzelnen eine der erfindungsgemäßen Rad-Schlupf/Rutsch-Schaltungen I56 dargestellt, und zwar die Schaltung 156A in Verbindung mit den angeschlossenen Komponenten der Anordnung nach der Fig. 5. Die Schaltungen 156B und 156c zeigen einen mit der Schaltung 156A identischen Aufbau. Die Solldrehmoment-Logikschaltung 116 enthält eine Logikschaltung 166 zum Umsetzen der Zugleitungssignale in ein entsprechendes analoges Befehlssignal, das über einen Analogschalter 170 einer Nachführungsänderungsbegrenzungsschaltung 168 zugeführt wird. Die Änderungsbegrenzungsschaltung 168 ist von an sich bekannter Bauart und liefert aufgrund eines analogen Eingangssignals ein Ausgangssignal mit einer vorbestimmten Anstiegszeit. Bei dem Schalter 170 kann es sich beispielsweise um einen analogen bilateralen Schalter handeln, wie er von der Radio Corporation of America (RCA) unter der Nummer CD4016 hergestellt wird. Das am Ausgang der Änderungsbegrenzungsschaltung 168 auftretende Signal ist das Solldrehmomentsignal Toqtt» das einem ersten Eingang einer Summierschaltung 172 im Drehmomentregler 118 zugeführt wird.

Die Summierschaltung 172 kann irgendeinen üblichen Summier- oder Differenzenverstärker enthalten, wie er beispielsweise in den Kapiteln 1 und 2 der Literaturstelle "Operational Amplifiers - Design and Application, von Tobey, Graeme und Huelsman, McGraw-Hill Book Company, 1971, beschrieben ist. Zusätzlich zu dem Solldrehmomentsignal T_S0LL erhält die Summierschaltung 172 über die Leitung 122 von der Drehmomentverarbeitungsschaltung 124 das Istdrehmomentrückführsignal. Das Solldrehmomentsignal T_SQLL stellt einen gewünschten Wert des Drehmoments dar, den der Induktionsmotor 112 entwickeln soll. Die Summierschaltung 172 vereint den Befehlswert des Drehmoments mit dem tatsächlichen Wert des Drehmoments und leitet daraus ein Drehmomentfehlersignal ab, das die Polarität und den Betrag der Differenz zwischen Ist- und Sollwert des Drehmoments angibt.

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Das Drehmomentfehlersignal wird über einen Widerstand 174 und über einen Feldeffekttransistor 176 einem ersten Eingang eines Operationsverstärkers 178 zugeführt, der von üblicher Bauart sein kann und beispielsweise in integrierter Schaltungsform vorliegen kann, und zwar von einer Art, wie es in Kapitel 8 der Literaturstelle "Operational Amplifiers - Design and Application, von Tobey, Graeme und Huelsman, McGraw-Hill Book Company, 1971, beschrieben ist. Antiparallelgeschaltete Dioden 180 und 182 sind zwischen den Quellenanschluß des Feldeffekttransistors 176 und das Bezugspotential geschaltet. Diese Dioden dienen zur Begrenzung der dem Feldeffekttransistor 176 zugeführten Spannung. Ein zwischen den Senkenanschluß des Feldeffekttransistors 176 und das Bezugspotential geschalteter Widerstand 184 dient als Stromsenke für den Feldeffekttransistor 176 und den Verstärker 178. Die dem Operationsverstärker 178 gegebene Übertragungsfunktion wird in erster Linie von dem Eingangswiderstand 174 und einer Rückführschaltung aus einem Widerstand 186 und einem damit in Reihe geschalteten Kondensator 188 gebildet. Diese Elemente geben dem Operationsverstärker 178 ein integrales und proportionales Verhalten, das der Funktion / (K,./s^K₂J entspricht, wie es in einer Druckschrift "Feedback Control System Analysis and Synthesis", von D'Azzo und Houppis, McGraw-Hill Book Company, 1960, beschrieben ist. Der Operationsverstärker 178 arbeitet somit in einer solchen Weise, daß er aus dem Drehmomentfehlersignal ein kompensiertes Signal ableitet, das durch Definition als Sollmotorschlupf frequenzsignal ^fscutUPF behandelt werden soll. Dieses gewünschte Schlupffrequenzsignal ^SCHLUPF* ^{das 2}^ ^Aus~ gang des Verstärkers 178 auftritt, kann über eine Begrenzungsschaltung 190 direkt zur Steuerung der Arbeitsweise des Induktionsmotors 112 verwendet werden, falls eine solche Anordnung erwünscht ist. Es wird allerdings bevorzugt, daß das Sollschlupffrequenzsignal ^SCHLUPF ^einer zweiten oder Drehzahlsummierschaltung 192 zugeführt wird. Die

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Drehzahlsummierschaltung 192 ist bezüglich ihrer Konstruktion und ihrer Eigenschaften der Summierverstärkerschal- _x tung 172 ähnlich und ihr wird zusätzlich zu dem Sollschlupffrequenzsignal fgcHLUPF ^e^^{n zwe}^"^^es Drehzahl signal zugeführt, nämlich das Istdrehzahlsignal Ajtplle* clas ^von den Tachogeneratoren 128 abgeleitet ist und an der Leitung 126 anliegt. Dieses Rückführdrehzahlsignal ί^ττΐ? stellt den Mittel- oder Durchschnittswert der Istdrehzahlen der Induktionsmotorrotorwellen gemessen in Hertz dar.

Die Summierschaltung 192 summiert das Schlupffrequenzsignal und das Istdrehzahlrückführsignal und leitet daraus an ihrem Ausgang ein Drehzahlsteuersignal t„ ab, das das Sollstatorfrequenzsignal darstellt. Das Sollstatorfrequenzsignal I_n wird als frequenzsteuerndes Eingangssi- gnal über die Leitung 130 dem Wellenformgenerator 132 zugeführt.

Zusätzlich zu den Funktionen, die zuvor der erfindungsgemäßen Schaltung 156 zugeschrieben wurden, sind gewisse weitere Maßnahmen verwirklicht, um eine verbesserte Kombination bei der Rad-Schlupf-Rutsch-Anwendung vorzusehen. So wird insbesondere das am Q-Ausgang der Schaltung 22 auftretende Uberbeschleunigungssignal dem Schalter 170 zugeführt, um das Solldrehmomentsignal von der Änderungsbegrenzungsschaltung 168 zu entfernen und stattdessen der Schaltung 168 ein Nulldrehmomentbefehlssignal (Masse- oder Bezugspotentialsignal) zuzuführen. Dadurch wird bewirkt, daß die Schaltung 168 das Solldrehmomentsignal T_SOtt ^auf einen Nulldrehmomentbefehl zurücknimmt. Da die Heftigkeit des Rad-Schlupf/Ruthsch-Zustands bestimmt, wie schnell eine Erholung bewirkt wird, ist das Ausmaß der Verminderung des Signals T_S0LL direkt auf die Heftigkeit des Radschlupfes oder Radrutschens bezogen. Dies geht deutlicher aus der Fig. 7 hervor, in der die schattierten Bereiche solche Perioden darstellen, in denen das Drehmoment gesteuert wird,

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und die nicht schattierten Bereiche Rad-Schlupf/Rutsch-Intervalle darstellen. In der grafischen Darstellung nach der Fig. 7 ist das an der Leitung 120 auftretende Signal Tqqjt als Funktion der Zeit dargestellt. Wie man sieht, "jagt" das System nach demjenigen Wert für das anzulegende Drehmoment, der in einem minimalen Rad-Schlupf/Rutsch-Zustand resultiert. Das System paßt sich daher den jeweiligen Haftungseigenschaften an und sorgt für eine maximal mögliche Beschleunigung oder eine maximal mögliche Verzögerung.

Obgleich die Herabsetzung des Drehmomentbefehls oder des Signals T_S0LL bei der Zufuhr zur Summierschaltung 172 zu einer Herabsetzung des Drehmoments des Motors 112 führen würde, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine noch schnellere Herabsetzung des Drehmomentbefehls des Motors 112 vorzusehen. Aus der Fig. 6 geht hervor, daß diese schnelle Herabsetzung durch Anlegen des Überbeschleunigungssignals von der Schaltung 22 an den Gattanschluß des Feldeffekttransistors 176 bewerkstelligt werden kann. Dadurch wird die Zufuhr des Drehmomentfehlersignals zum Eingang des Verstärkers 178 unterbunden. Die Unterbrechung der Zufuhr des Drehmomentfehlersignals verriegelt das Ausgangssignal des Verstärkers 178 in einer solchen Weise, daß für den Sollmotorschlupf der letzte Wert festgehalten wird. Da das Signal vom Verstärker 178 ein Motorschlupfbefehl (^SCHLUPF^ ^{und das} Signal an der Leitung 126 ein änderungsbegrenztes (durch die Änderungsbegrenzungsschaltung 129) Wellenfrequenzsignal ist, arbeitet das Steuersystem in einem Konstantmotorschlupffrequenzmodus mit Ausnahme des durchdrehenden Motors, anstatt in einem Konstantdrehmomentmodus während eines Rad-Schlupf/Rutsch-Zustands. Der Drehmomentbefehl wird somit unterbrochen, und die Arbeitsweise in einem Konstantmotorschlupffrequenzmodus gestattet es dem schlüpfenden oder rutschenden Motor von den Motoren 112A, 112B und 112C, sich zu entlasten und sich unter

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Anwendung der natürlichen Induktionsmotor-Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien von dem Rad-Schlupf/Rutsch-Zustand zu erholen. Es sei bemerkt, daß bei einem Mehrmotorsystem der hier gezeigten Art, bei dem die Wellenfrequenz- oder Geschwindigkeitsrückführsignale gemittelt werden, die Anderungsbegrenzungs schaltung 129 weggelassen werden kann. Die Anderungsbegrenzungsschaltung 129 verhindert lediglich, daß sich das Wellenfrequenzrückführsignal plötzlich ändert, wenn ein Radschlupf oder ein Radrutschen auftritt. Es handelt sich dabei somit um eine Funktion, die die Mittelwertbildungsschaltung 131 aufgrund ihrer Eigenart vorsieht. Der mit einer Änderung in einem Wellenfrequenzsignal verbundene relative Stoß wird nämlich in dem gemittelten Ausgangssignal herabgesetzt. Allerdings muß man entweder die Mittelwertbildungsschaltung 131 oder die Änderungsbegrenzungsschaltung 129 vorsehen, um zu verhindern, daß das Gesamtmotordrehmoment konstant bleibt, wenn sich die Wellenfrequenz aufgrund des Wellenfrequenzrückführsignals erhöht, die in der Summierschaltung 192 mit dem Sollschlupffrequenzsignal summiert wird.

Obgleich die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Schaltung 156 eine Erholung von einem Rad-Schlupf/Rutsch-Zustand feststellt, erreicht in einigen Fällen das Signal ^TSOLL ^der Ä^nderunS^SDeS^renzunS^sscnal'^tunS ¹^⁸ einen Nulldrehmomentbefehl spegel, bevor eine Erholung festgestellt wird. Unter dieser Bedingung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Schaltung 156 zu übersteuern und es dem Solldrehmomentsignal Te_0LL zu gestatten, dem Motor 112 wieder zugeführt zu werden, bevor eine Erholung des Radschlupfes oder Radrutschens festgestellt worden ist. Das Signal T_SQLL wird daher vom Ausgang der Begrenzungsschaltung 168 über eine Leitung 164 einem ersten Eingang einer bilateralen Vergleichsschaltung 194 zugeführt, deren Aufbau mit demjenigen der Vergleichsschaltung 24 identisch ist. Die Vergleichsschaltung 194 vergleicht den Betrag des Signals ^TSOLL ^m^ ^dem R^ef^erenzP°i^;en'ki^al ^und liefert ein logisches

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1-Signal, wenn das Signal T_SQLL innerhalb eines vorbestimmten Spielraums des Referenzpotentials ist.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 194 ist mit einem ersten Eingang eines ODER-Glieds 196 verbunden. Ein zweiter Eingang des ODER-Glieds ist an den Ausgang einer Verzögerungsschaltung 97 angeschlossen, deren Eingang das Ausgangssignal der Speicherschaltung 22 zugeführt wird. Die Zeitverzögerungsschaltung 97 ist als eine Art von Sicherheitsschaltung vorgesehen und kann weggelassen werden. In diesem Fall entfällt auch das ODER-Glied 196. Die Verzögerungsschaltung 97 ist jedoch zweckmäßigerweise vorhanden, um ein Rücksetzen der Speicherschaltung 22 für den Fall sicherzustellen, daß beide Vergleichsschaltungen 24 und 194 es versäumen, einen Zustand zum Zurücksetzen festzustellen. Andererseits kann man die Vergleichsschaltung 194 weglassen und die Verzögerungsschaltung 97 vorsehen, um nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung eine erzwungene Übersteuerung des Überbeschleunigungssignals zu bewirken.

Der Ausgang des ODER-Glieds 196 ist mit dem ersten Eingang des ODER-Glieds 99 verbunden. Der zweite Eingang des ODER-Glieds 99 ist an den Ausgang der Vergleichsschaltung 24 angeschlossen. Das ODER-Glied 99 dient in Verbindung mit dem ODER-Glied 196 zur Vereinigung der drei zuvor beschriebenen Mittel, um die Schaltung 22 zurückzusetzen, wenn die Abschaltung des überdrehzahlsignals passend ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll die Betriebsweise der in der Fig. 6 dargestellten Schaltungsanordnung erläutert werden. Die Zugleitungs-Befehlssignals werden typischerweise in Form eines parallelen Digitalwortes zugeführt, das einen besonderen Motorstrom oder ein besonderes Motordrehmoment in Verbindung mit einer besonderen Rehrichtung anfordert. Diese Zugleitungssignale werden von der Logikschaltung 166 in ein analoges Drehmomentbefehls-

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signal umgesetzt, "bei dem es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um das Solldrehmomentsignal Τ_σηττ handelt. Ein ■» Vorwärts/Rückwärts-Richtungssignal wird ebenfalls von der Logikschaltung 166 erzeugt und über die Leitung 154 dem Wellenformgenerator 132 zugeführt. Dieses Richtungssignal steuert die Phasenbeziehung zwischen den Signalen an den Leitungen X, Y und Z. Diese Phasenbeziehung legt somit die Drehrichtungen der Statorfelder in den Motoren 112 fest.

Das Signal T₃OLL ^{wird über} den Schalter 170 der Änderungsbegrenzungsschaltung 168 zugeführt. Die Änderungsbegrenzungsschaltung 168 steuert das Ausmaß der Änderung des Signals T₃₀Ix ^{in einer} solchen Weise, daß das plötzliche Anlegen von Energie an die Motoren 112 vermieden ist. Von der Schaltung 168 wird das bezüglich seiner Änderungs-· geschwindigkeit begrenzte Signal T_SQLL der Summierschaltung 172 zugeführt, in der es mit dem Istdrehmomentrückfuhrsignal summiert wird, um das Drehmomentfehlersignal zu erzeugen. Das Drehmomentfehlersignal wird dann über den als Schalter dienenden Feldeffekttransistor 176 dem Verstärker 178 zugeführt, der das Fehlersignal modifiziert, um es in Übereinstimmung mit einem Motorschlupffrequenzbefehlssignal ^SCHLUPF ^{zu trin}S^en· ^Das Signal ^f ₃cHLUPF ^{wird dann} über die Begrenzungsschaltung 190 der Summierschaltung 192 zugeführt. Die Begrenzungsschaltung 190 dient zur Begrenzung des befohlenen maximalen Motorschlupfes. In der Summierschaltung 192 wird das Signal ^cjcHnjPF ¹^ ^dem ^³^™⁰*^^®*³^⁶⁰^⁶¹¹²³**?¹¹⁸¹! summiert, um ein Motorstatorfrequenzbefehlssignal zu erzeugen, das dann als das Sollfrequenzsignal zur Steuerung der Frequenz der den Motoren 112 zugeführten Leistung dient.

Die Rad-Schlupf/Rutsch-Schaltungen 156 sind derart geschaltet, daß ihnen die Geschwindigkeitsrückfuhrsignale zugeführt werden. Diese Signale stammen von den Tachogeneratoren 128 und sind der Momentangeschwindigkeit der von den Motoren 112 angetriebenen Räder direkt proportional. Jede

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Rad-Schlupf/Rutsch-Schaltung berechnet aus dem ihr zugeführten Geschwindigkeitseingangssignal sowohl die durchschnittliche als auch die momentane Beschleunigung des betreffenden angetriebenen Rades. Solange irgendeine Änderung der Geschwindigkeitseingangssignale innerhalb der Zeitkonstanten der Berechnungsschaltung bleibt, folgt die berechnete mittlere Beschleunigung ohne merklichem Fehler der momentanen Beschleunigung des angetriebenen Rades, und die Rad-Schlupf/Rutsch-Schaltung bleibt passiv. Wenn aber eine plötzliche Änderung im Betrag des Geschwindigkeitsrückführsignales auftritt, beispielsweise eine Änderung, die auf eine Herabsetzung der Haftung zwischen dem angetriebenen Rad und einer Schiene zurückzuführen 1st und zum Durchdrehen oder Rutschen eines Rades führt, dann wird diese Änderung von der betreffenden Schaltung 156 als eine Änderung in der Beschleunigung erfaßt. Die Schaltung 156A, 156B oder 156C liefert dann ein logisches 1-Signal, das über das ODER-Glied 155 zum Gatt des Feldeffekttransistors 176 gelangt. Dadurch wird die Zufuhr des Drehmomentfehlersignals zum Eingang des Verstärkers 178 unterbrochen. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal der Schaltung 156 über die Leitung 160 dem Schalter 170 zugeführt, um den Eingang der Änderungsbegrenzungsschaltung 168 mit dem Bezugspotential zu beaufschlagen, so daß das Signal T_SQLL am Ausgang der Schaltung 168 mit einer gesteuerten Geschwindigkeit in Richtung auf das Referenzpotential wandert.

Wenn der Drehmomentfehlerpfad zwischen der Summierschaltung 172 und dem Verstärker 178 geöffnet ist, wird der Betrag des Signals am Eingang des Verstärkers 178 im wesentlichen auf dem Betrag gehalten, der zu dem Zeltpunkt herrschte, als der von dem Feldeffekttransistor 176 verkörperte Schalter geöffnet wurde. Das Signal fSCHLUPF ⁸^ ^Aus~ gang des Verstärkers 178 wird daher konstantgehalten, und die Motoren 112 werden mit einer konstanten Motorschlupffrequenz betrieben, anstatt in einem gesteuerten Drehmo-

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mentmodus zu arbeiten. Diese Vorgehensweise ist besonders nützlich, wenn, wie gezeigt, die Motoren 112 eine Vielzahl von Motoren 112A, 112B und 112C sind, die von derselben Energiequelle gespeist werden. Der Betrieb in einem konstanten Schlupffrequenzmodus gestattet es nämlich den Motoren, die das schlüpfende oder rutschende Rad antreiben, Belastung abzuwerfen, ohne dabei die Drehmomentlast dieses Motors auf die übrigen Motoren zu transferieren. Da das Drehmoment, das diesen anderen Rädern zugeführt wird, somit nicht erhöht wird, besteht eine geringere Gefahr, daß ein nicht schlüpfendes oder nicht rutschendes Rad seine Haftung verliert.

Unter der Annahme, daß die Räder ihre Haftung wiedergewinnen, und zwar entweder vor Ablauf der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 97 oder bevor das Ausgangssignal der Schaltung 168 sich dem Referenzpegel nähert, stellt der Vergleicher 24 fest, daß sich die Istradgeschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmten Spielraums der vorausgesagten Radgeschwindigkeit befindet und setzt die Speicherschaltung 22 zurück. Das Überbeschleunigungssignal (oder Rad-Schlupf/Rutsch-Signal) wird daher vom Feldeffekttransistor 176 und vom Schalter 170 abgeschaltet. Das Signal Tg₀^ wird wieder dem Eingang der Anderungsbegrenzungsschaltung 168 zugeführt, und das Ausgangssignal der Schaltung 168 beginnt in Richtung auf den Betrag des Signals Tg_0LL zu laufen, und zwar beginnend mit demjenigen Betrag, der zu dem Zeitpunkt vorhanden war, als das Überbeschleunigungssignal abgeschaltet wurde. Daher wird der Summierschaltung 172 ein Drehmomentbefehlssignal zugeführt, dessen Betrag kleiner als der Betrag des Drehmomentbefehlssignals ist, das zum Zeitpunkt des Auftretens des Rad-Schlupf/Rutsch-Zustands herrschte. Das resultierende Fehlersignal wird wieder dem Verstärker 178 zugeführt, so daß das Energiesteuersystem in einen gesteuerten Drehmomentmodus übergeht.

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Wenn das Signal T_SQLL am Ausgang der Schaltung einen Betrag innerhalb des vorbestimmten Spielraums des Referenzpotentials erreicht hätte, bevor eine Erholung festgestellt worden wäre, hätte der Vergleicher 194 seinen Zustand geändert und ein Signal zum Zurücksetzen der Speicherschaltung 22 abgegeben. Da das Referenzpotential so ausgewählt ist, daß es ein Nulldrehmomentbefehlssignal darstellt, würde das Energiesteuersystem damit beginnen, den Motoren 112 Energie zuzuführen, und zwar ausgehend vom Nulldrehmoment und laufend in Richtung auf den Solldrehmomentpegel .

Die Zeitverzögerungsschaltung 97 wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Verzögerungszeit mindestens so groß wie die Zeit ist, die die Anderungsbegrenzungsschaltung 16*8 benötigt, um über ihren gesamten Bereich zu laufen. Die Schaltung 97 stellt somit eine Sicherheitsschaltung dar, und zwar für den Fall, daß bei den Detektions- oder Erfassungsschaltungen eine Störung auftritt. Eine typische Verzögerungszeit für die Schaltung 97 beträgt größenordnungsmäßig 3/4 bis 1 1/2 Sekunden.

Aus der obigen Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung 156 in Verbindung mit einer Energiesteueranordnung zur Steuerung des Motordrehmoments ersieht man, daß die miteinander vereinten Systeme oder Anordnungen in einer solchen Weise arbeiten, daß das Motordrehmoment (innerhalb des Solldrehmomentpegels) einen Pegel annimmt, bei dem ein minimaler Radschlupf oder ein minimales Radrutschen auftritt, bzw. einen Pegel, bei dem eine maximale Zugkraft erreicht wird. Weiterhin sieht man, daß die Empfindlichkeit der Schaltung 156 von der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Räder unabhängig ist, d.h. die Größe der vorbestimmten Spielräume wird zu beiden Seiten der tatsächlichen Geschwindigkeit und Beschleunigung der Räder konstantgehalten.

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Nach der Erfindung werden somit Mittel vorgesehen, die den Anfang eines Uberbeschleunigungszustands und die _x Erholung von einem Uberbeschleunigungszustand erfassen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann sich verschiedenen Beschleunigungsänderungen oder Verzögerungsänderungen anpassen, und zwar dadurch, daß Erfassungsgrenzen vorgesehen sind, die diese Änderungen einklammern. Bei Anwendung auf ein Zugmotorsteuersystem sind nach der Erfindung vorzugsweise Mittel zum Erfassen eines Radschlupf- oder Radrutschzustandes und zum Erfassen der Erholung von einem solchen Zustand vorgesehen. In Kombination mit der erläuterten Drehmomentsteuerlogik bildet die Erfindung ein adaptives Steuersystem zum Maximieren der Zugleistung eines elektrischen Fahrzeugs. Die Erfindung stellt ein verbessertes Rad-Schlupf/Rutsch-Steuersystem bereit, das in der Lage ist, synchrones Schlupfen/Rutschen zu erfassen und das nicht auf Drehzahl- oder Geschwindigkeitsvergleichen zwischen verschiedenen Rädern beruht, um einen Schlupf/ Rutsch-Zustand festzustellen.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum Erfassen einer Änderung in der Beschleunigung eines sich drehenden Rades, das in rollendem Eingriff mit einer Angriffsvorrichtung steht, wobei die zu erfassende Änderung in der Beschleunigung eine vorbestimmte Grenze oder einen vorbestimmten Spielraum überschreitet,
gekennzeichnet durch

a. Mittel (128) zum Abfühlen der momentanen Drehgeschwindigkeit des Rades und zum Ableiten eines ersten Steuersignals, das diese momentane Geschwindigkeit darstellt,

b. Rechenmittel (12), die unter Verarbeitung des ersten Steuersignals ein zweites Steuersignal erzeugen, das die durchschnittliche Beschleunigung des Rades darstellt, und ein drittes Steuersignal erzeugen, das eine vorausgesagte Geschwindigkeit des Rades darstellt,

c. Differenziermittel (18), die aus dem ersten Steuersignal ein viertes Steuersignal erzeugen, das die tatsächliche Beschleunigung des Rades darstellt, und

d. Vergleichsmittel (20), die das zweite und das dritte Signal miteinander vergleichen und ein im folgenden mit Radschlupfsignal bezeichnetes fünftes Steuersignal liefern, wenn sich das vierte Steuersignal von dem zweiten Steuersignal mindestens um eine vorbestimmte Beschleunigungsgrenze oder einen vorbestimmten BeschleunigungsSpielraum unterscheidet.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch zweite Vergleichsmittel (24), die das erste und das dritte Steuersignal miteinander vergleichen und ein sechstes Steuersignal liefern, solange sich das erste Steuersignal von dem dritten Steuersignal um nicht mehr als eine vorbestimmte Geschwindigkeitsgrenze oder einen vorbestimmten Geschwindigkeitsspielraum unterscheidet·
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch auf das fünfte Steuersignal ansprechende Mittel (43) zum Sperren der Betriebsoperation der Rechenmittel (12), um dadurch für die Dauer des fünften Signals einen konstanten Wert für das zweite Signal aufrechtzuerhalten.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch Mittel (26, 28) zum Sperren des sechsten Signals für eine vorbestimmte Zeitspanne nach der Erzeugung des fünften Signals.
5. Einrichtung nach Anspruch 4 zur Verwendung in einem Zugfahrzeug, von dem mindestens ein Rad von einem elektrischen Zugmotor angetrieben wird, wobei die Einrichtung eine Radschlupfsteueranordnung bildet, die einer Leistungssteueranordnung für das Fahrzeug zugeordnet ist, und wobei diese Leistungssteueranordnung in einem normalen Betriebsmodus auf ein Solleistungspegelsignal anspricht, um die Leistung des Motors auf den Solleistungspegel einzuregeln, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte Steuersignal der Leistungssteueranordnung zugeführt wird, um ausgewählte Parameter der Leistungssteueranordnung zu modifizieren und dabei die Leistungssteueranordnung aus ihrem normalen Betriebsmodus herauszunehmen, und daß das sechste Steuersignal der Leistungssteueranordnung zugeführt wird, um die Lei stungssteueranordnung in ihren normalen Betriebsmodus zurückzubringen.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Radschlupfanordnung (156) wirksam ist, um die Leistungssteueranordnung in ihren normalen Betriebszustand aufgrund derjenigen Steuersignale zurückzubringen, die anzeigen, daß die momentane Geschwindigkeit des angetriebenen Rades innerhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgrenze der vorausgesagten Geschwindigkeit ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mindestens für eine vorbestimmte Zeitspanne davon abgehalten wird, die Leistungssteueranordnung in ihren normalen Betriebsmodus zurückzubringen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Wechselstrominduktionsmotor (112) ist und daß die Leistungssteueranordnung enthält:

a. einen Leistungsumformer (110), der den Motor mit einer Wechselstromerregung speist,

b. Rückführmittel (124, 145, 146), die ausgewählte Parameter des Motors überwachen und ein Rückführsignal liefern, das die Ausgangsleistung des Motors darstellt, und

c. Regelvorrichtungen (118), die den Leistungsumformer in einem normalen Betriebszustand in einer solchen Weise steuern, daß irgendeine Differenz zwischen dem Sollleistungssignal und dem Rückführsignal so klein wie möglich ist, und die mit der Radschlupfanordnung (156) verbunden sind, und zwar derart, daß die Regelvorrichtungen auf das fünfte Steuersignal oder Radschlupfsignal ansprechen, um den Motor in einem Modus mit konstanter Motorschlupffrequenz zu betreiben, wenn die momentane Beschleunigung des angetrie benen Rades von der durchschnittlichen Beschleunigung um die vorbestimmte Beschleunigungsgrenze oder den vorbestimmten Beschleunigungsspielraum abweicht.

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9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtungen enthalten:

a. eine erste Summierschaltung (172) zum Summieren des Solleistungspegelsignals mit dem Rückführsignal zwecks Erzeugung eines Fehlersignals,

b. Verstärkungsmittel (178) zum Ableiten eines Motorschlupffrequenzbefehlssignals aus dem Fehlersignal,

c. eine zweite Summierschaltung (192) zum Summieren des Motorschlupffrequenzbefehlssignals mit einem Signal, das der Motorankerdrehgeschwindigkeit proportional ist, zwecks Erzeugung eines Statorfrequenzsteuersignals zum Steuern des Leistungsumformers und

d. Schaltmittel (176), über die das Fehlersignal den Verstärkungsmitteln zugeführt wird und die mit der Radschlüpf anordnung (156) verbunden sind und auf das Radschlupf signal ansprechen, um das Fehlersignal zu unterbrechen, wenn die momentane Beschleunigung mindestens um die vorbestimmte Beschleunigungsgrenze von der durchschnittlichen Beschleunigung abweicht.
10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Solleistungspegelsignal ein Solldrehmomentsignal 1st und daß das Rückführsignal ein-Istmotordrehmomentsignal 1st·

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11. Einrichtung nach Anspruch 10 mit einer Solldrehmoment-Logikschaltung zum Erzeugen des Solldrehmomentsignals als Funktion eines veränderbaren Motordrehmomentbefehlssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehmoment-Logikschaltung (116) enthält:

a. eine erste Nebenschaltung (166) zum Erzeugen eines ersten Logikschaltungssignals, das eine vorbestimmte Funktion des Motordrehmomentbefehlssignals ist,

b. eine zweite Nebenschaltung (168) zum Erzeugen des Solldrehmomentsignals in Übereinstimmung mit dem stationären Wert eines Eingangssignals, wobei die zweite Nebenschaltung Mittel enthält, die Änderungen in dem Solldrehmomentsignal auf ein vorbestimmtes Ausmaß bei relativ starken Änderungen des Eingangssignals begrenzen, und

c. zweite Schaltmittel (170) mit einem normalen ersten Zustand zum Verbinden des ersten Logikschaltungssignals mit einem Eingang der zweiten Nebenschaltung und mit einem zweiten Zustand zum Verbinden eines Referenzsignals mit dem Eingang der zweiten Nebenschaltung, die mit der Radschlupfanordnung (156) verbunden ist und auf das Radschlupfsignal anspricht, um aus ihrem ersten Zustand in ihren zweiten Zustand geschaltet zu werden, wenn die momentane Drehbeschleunigung des Rades von der durchschnittlichen Drehbeschleunigung um mindestens die vorbestimmte Beschleunigungsgrenze abweicht.
12. Einrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaltmittel (170) bei Beendigung des Radschlupfsignals in ihren normalen ersten Schaltzustand zurückgeschaltet werden, wenn die momentane Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Rades innerhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgrenze der vorausgesagten Geschwindigkeit liegt.

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13. Einrichtung nach Anspruch 12, 2722443 dadurch gekennzeichnet, daß das Solldrehmomentsignal der Radschlupfanordnung (156) zugeführt wird und daß die Radschlupfanordnung Mittel (194) enthält, die das Solldrehmomentsignal und das Referenzsignal miteinander vergleichen, und Mittel (22, 96, 99, 196) enthält, die die Radschlupfanordnung zurücksetzen und dadurch das Radschlupf signal beenden, wenn das Solldrehmomentsignal einen Wert annimmt, der sich von dem Referenzsignal um weniger als einen vorbestimmten Betrag unterscheidet.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radschlupfanordnung Zeitgabemittel (26) enthält, um die Leistungssteueranordnung eine vorbestimmte Zeit, nachdem die zweiten Schaltmittel (170) von ihrem ersten Zustand In ihren zweiten Zustand geschaltet haben, in ihren normalen Betriebszustand zurückzusetzen, falls die Radschlupfanordnung nicht früher zurückgesetzt worden ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei das Zugfahrzeug eine Vielzahl von angetriebenen Rädern enthält, jedes der angetriebenen Räder mechanisch mit einem zugehörigen elektrischen Wechselstromzugmotor verbunden ist und jeder der Zugmotoren mit der Lei stungs steueranordnung verbunden ist und von ihr gespeist wird,

gekennzeichnet durch

a. eine Vielzahl von Drehgeschwindigkeitsabfühlvorrichtungen (128A, 128B, 128C), von denen jeweils eine mit einem zugehörigen der Antriebsräder verbunden ist, so daß jede der Abfühl vorrichtungen ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das der momentanen Drehgeschwindigkeit des zugeordneten Rades entspricht,

b. Mittel zum Summieren der Geschwindigkeitssignale zwecks Erzeugung eines summierten momentanen Geschwindigkeitssignals, das die durchschnittliche Geschwindigkeit der angetriebenen Räder darstellt, und

c. Mittel, die das summierte momentane Geschwindigkeitssignal der Radschlupfanordnung (156) zuführen.

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16. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei das Zugfahrzeug eine Vielzahl von angetriebenen Rädern enthält, jedes der angetriebenen Räder mit einem zugehörigen elektrischen Wechselstromzugmotor mechanisch verbunden ist und jeder der Zugmotoren mit der Leistungssteueranordnung verbunden ist und von ihr gespeist wird,
gekennzeichnet durch

a. eine Vielzahl von Drehgeschwindigkeitsabfühlvorrichtungen (128A, 128B, 128C), von denen jede mit einem zugehörigen der angetriebenen Räder wirksam gekuppelt ist, so daß jede Vorrichtung ein momentanes Drehgeschwindigkeitssignal liefert, das der momentanen Geschwindigkeit des zugehörigen Rades entspricht, und

b. eine Vielzahl von Radschlupfanordnungen (156A, * 156b, 156c), von denen jede das momentane Drehgeschwindigkeitssignal von einer zugehörigen der Abfühlvorrichtungen erhält und derart geschaltet ist, daß sie ausgewählte Parameter der Leistungssteueranordnung modifiziert.

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