DE2912736C2 - Anordnung zur Pollageerfassung bei einem Langstator-Synchronlinermotor für ein fahrweggebundenes Triebfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Pollageerfassung bei einem Langstator-Synchronlinearmotor für ein fahrweggebundenes Triebfahrzeug mit einer fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung mit Induktoren und einem fahrwegseitigen Meßwicklungssystem sowie einer Empfangs- und Auswerteeinrichtung.

Es ist bereits eine Anordnung zur Erfassung der relativen Pollage zwischen den Erregermagneten und der Vortriebs-Wanderfeldwicklung eines Langstator-Synchronlinearmotors bekannt, die aus einer am Fahrzeug angeordneten Sendeeinrichtung mit Induktor und im Fahrweg verlegten und gekreuzten, an die Polteilung der Wanderfeldwicklung angepaßten mäanderförmigen Meßentwicklungen besteht Mittels mindestens eines an die Meßwicklungsperiode x_pm angepaßten Induktors (Antenne) der Sendeeinrichtung wird ein mittel- oder hochfrequentes Magnetfeld in die Meßwicklungen induziert und durch die Relativbewe gung zwischen Induktor und Meßwicklungen ergeben sich an diesen amplitudenmoduliert«: Meßspannungen, die einer Empfangs- und Auswerteschaltung zugeführt werden (DE-AS 26 26 10 752).

Bei Höchstgeschwindigkeits-Triebfahrzeugen der

obengenannten Art sind für einen betriebssicheren Ablauf der Fahrprogramme solcher Triebfahrzeuge die Kenntnis der Position derselben auf dem Fahrweg, die Fahrtrichtung, die Fahrtgeschwindigkeit unter Umständen auch die Beschleunigung und die Beschleunigungs-

änderung (Ruck) der Triebfahrzeuge und eine Überwachung der fahrzeug-, fahrweg- und streckenseitigen technischen Einrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise Informationen aber die genannten Triebfahrzeug-Parameter und über Fehlfunktionen der fahrzeug-, fahrweg- und streckenseitigen technischen Einrichtungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßtignale des Meßwicklungssystems als Informationen über Triebfahrzeug-Parameter und den Betriebszustand der fahrzeug-, fahrweg- und streckenseitigen technischen Einrichtungen verwendet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß für die erforderlichen Kenntnisse des Fahrprogrammablaufes, die Schaffung der entsprechenden Informationen und deren Übermittelung an eine Betriebsleitzentrale ein nur geringer

technischer Aufwand und keine besonderen Übertragungswege erforderlich sind, sondern hierfür die Anordnung zur Pollageerfassung mit dem bereits vorhandenen Meßwicklungss/stem herangezogen ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine prinzipielle Ausbildung einer Anordnung zur Pollageerfassung und zur Erzielung von Informationen über den zurückgelegten Weg des Fahrzeuges, dessen Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung,

F i g. 2 ein Diagramm mit den sich aus dem Meßwicklungssystem der Anordnung zur Pollageerfas-

sung ergebenden niederfrequenten Meßspannungen und von diesen abgeleiteten Signalen,

Fig.3 einen Ausschnitt einer Fahrstrecke mit Triebfahrzeug und zugeordneter Sendeeinrichtung, Meßwicklungssystem, ortsfesten Gebern entlang der Fahrstrecke und streckenseitiger Empfangs· und Auswerteeinrichtung,

Fig.4 einen Ausschnitt einer Meßwicklung mit bestimmter dtruktur der Wicklungsleiter.

In der F i g. 1 ist in bekannter Weise in einem Fahrweg A eine dreiphasige Vortriebswicklung VWdes Langstator-Synchronlinearmotors angeordnet, der ein Meßwicklungssystem B zugeordnet ist, das aus drei gekreuzten Meßwicklungen MWl bis MW3 und einer ungekreuzten Meßwicklung HW besteht, wobei diese Wicklungen eine feste Zuordnung untereinander und zur Yortriebswicklung VW haben. Mit x_P ist die Polteilung der Vortriebswicklung und mit τ_ρΜ die gegenüber der Vortriebswicklung doppelte Teilung der Meßwicklungen MWi bis MWl bezeichnet, wobei leztere 120° gegeneinander versetzt sind

Wie nicht weiter dargestellt, jedoch aus Fig.3 ersichtlich, bewegt sich über dem Meßwicklungssystem B mindestens ein Induktor / (Antenne) einer am Triebfahrzeug T angeordneten Sendeeinrichtung SE, dessen Magnetfeld Signalspannungen in die Wicklungen des Meßwicklungssystems B induziert, die an eine streckenseitige oder in einer Betriebsleitzentrale befindliche Meßeinrichtung Cgeführt sind und die nach F i g. 1 je über zwei Leitungen an ein Bandpaß-Filter FO bis F3 geführt sind; den Filtern FX bis F3 sind Demodulatoren DX bis D 3 nachgeschaltet, wobei diesen das am Ausgang des Filters FO auftretende Signal der fahrzeugseitigen Trägerfrequenz zugeführt ist An den Ausgängen der Demodulatoren DX bis D 3 treten niederfrequente und fahrzeuglageabhängige Spannungen Ud ι bis Ud j auf, wie sie in der F i g. 2 dargestellt sind. Diese Spannungen steuern einen Koordinatenwandler KW an, dem ein Vektoranalysator VA nachgeschaltet ist, dessen Sinus- und Cosinus-Winkelsignale sin θ und cos θ einer Periodizitäts-Anpaßstufe PA für die Anpassung der Teilung der Meßwicklungen an die Vortriebswicklung zugeführt sind, der eine Stufe FB zur Fehlwinkelbildung folgt, die ein Fehlwinkelsignal FS ausgibt

Die vorstehend beschriebene, aus dem Meßwicklungssystem B, der fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung SE und der an das System B geschalteten Meßeinrichtung C bestehende Anordnung zur Pollageerfassung ist in einfacher Weise zur Weg-, Oeschwindigkeits- und Beschleunigungsbestimmung von Triebfahrzeugen herangezogen.

Zu diesem Zweck ist eine elektronische Schaltung D vorgesehen, die aus drei oder zwei Nullspannungsdetektoren NX bis Λ/3 oder Λ/4, NS, einer von deren Ausgangssignalen Nu ι bis Nut bzw Nm, Nm angesteuerten Plausibilitätsstufe PL und einer ebenfalls von diesen Signalen angesteuerten Verknüpfungsstufe 0, einem digitalen Vorwärts-Rückwärts-Zähler Z, einer Schaltung 5 für eine Skalierung der Zählerstände, einer Schaltung DZ für eine Differenzzeitmessung und einer Schaltung ZA für die Messung der Differenzzeitänderung besteht.

Die Eingänge der drei Nullspannungsdetektoren NX bis /V 3 sind mii den Ausgängen der Demodulatoren D X bis D 3 verbunden. Es können aber auch nur zwei Nullspannungsdetektoren Λ/4, Λ/5 vorgesehen sein, deren Eingänge dann mit den Ausgängen der Periodizi täts-Anpassungsstufe PA verbunden sind, wie gestrichelt angedeutet ist; die Ausgänge der Detektoren Λ/4, NS sind an die Plausibilitätsstufe PL und an die als ODER-Glied ausgebildete Verknüpfungsstufe 0 geführt, wie angedeutet ist Der Zähler Z erhält eine streckenseitige Nullsetzung N.

Die Wirkungsweise der elektronischen Schaltung D wird in Verbindung mit dem Signaldiagramm nach der F i g. 2 und F i g. 3 näher erläutert

ίο In der Fig.3a ist schematisch ein Triebfahrzeug T dargestellt, an dem eine Sendeeinrichtung SJ? mit einem Induktor /und ein Initiator IR für ortsfeste, entlang dem Fahrweg A angeordnete Geber G vorgesehen ist Das mehrphasige Meßwicklungssystem ist schematisch Η durch nur eine Leitung B angedeutet Die Vortriebswicklung VW ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt Das Meßwicklungssystem B und die Geber G sind mit einer die Einrichtungen C, D nach F i g. 1 enthaltenden Betriebsleitzentrale BZ verbunden.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, verden den drei Nullspannungsdetektoren N1 bis N 3 die drei niederfrequenten Meßspannungen U_D\ bis LOi zugeführt; gehen diese Spannungen durch Null (Fig.2), so bilden die Oetektoren NX bis N3 entsprechende Nullimpulse Mi bis M 3.

Diese Impulse treten fahrtrichtungsabhängig auf; in einer Fahrtrichtung des Triebfahrzeuges treten die Impulse beispielsweise in der zeitlichen Folge Ni \, Ni ₂, Ni 3, Ni ι usw. und in der entgegengesetzten Fahrtrichtung in der Folge N_n, N_n, N₁₂, N_n usw. auf.

Die drei Folgen der Nullimpulse Nn, Ni 2, N/ 3 steuern eine Plausibilitätsstufe PL an, welche eine bestimmte Anzahl der eingehenden Nullimpulse auf ordnungsgemäßes Auftreten hin überprüft (Kontrolle der Phasen folge der Nullimpulse); es erfolgt ferner eine Kontrolle auf Maximal- und Minimalzeit zwischen aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen. Auslösung eines Fremsvorganges des Triebfahrzeuges, wenn über eine bestimmte Zeit bzw. über einen bestimmten Weg nichtplausible Nullimpulse eingehen.

Ergibt diese vorübergehende Prüfung ein fehlerfreies Auftreten der Nullimpulse, so gibt die Plausibilitätsstufe PL an der Leitung 10 ein Fahrtrichtungssignal FR aus; gleichzeitig wird von ihr der Zähler Z aktiviert, indem diesem über die Leitung 11 ein Freigabesignal und über die Leitung 12 ein Signal über die Zählrichtung entsprechend der Fahrtrichtung zugeführt wird.

Die Nullimpulse Ni 1 bis Ni j sind auch der als ODER-Glied ausgebildeten Verknüpfungsstufe 0 zugeführt, an deren Ausgang eine Impulsfolge /F mit einem Impulsabstand '/)T_p-4 auftritt, wie der Fig. 2 zu er'.nchmen ist.

Die Impulse der Folge /Fsind dem Zähler Zuber die Leitung 13 als Zählimpulse zugeführt und werden bei Freigabe des Zählers Z von diesem aufsummiert. Über die Leitung 14 wird dem Zähler Z zwecks ortsabhängiger Nullsetzung ein Signal N zugeführt, beispielsweise am Anfang der Wegbestimmung, gegebenenfalls innerhalb der zu fahrenden Strecke und am Zielort, wie durch die Geber G nach der F i g. 3a angedeutet ist. Überfährt das Fahrzeug T einen der ortsfesten Geber G X und damit auch der fahrzeugseitige Initiator IR, so erzeugt der entsprechende Geber das Nullsetzsignal N für den Zähler Z, dessen Zählstand Null wird und der mit folgendem Auftreten der Impulse der Impulsfolge IF wieder von Null beginnend zählt.

Initiator IR und Geber G können beispielsweise

derart ausgebildet sein, daß im Bereich des Gegenüberstehens vom Initiator IR eine Spannung in den Geber induziert wird.

In der F i g. 3b sind Geber C dargestellt, die keine direkte Verbindung mit der Leitzentrale BZ haben. Z'.ise Geber G'sind beispielsweise ortsfeste ferromagnetische Stücke; am Fahrzeug Γ ist ein beispielsweise induktiver Initiator //"angeordnet, der das Überfahren des passiven Gebers C feststellt und darauf eine weitere Sendeeinrichtung SK zum kurzzeitigen Aussenden einer Trägerschwingung mit von der Trägerschwingung der Sendeeinrichtung SE unterschiedlicher Frequenz veranlaßt. Dieses Trägersignal wird in das Meßwicklungssystem B gekoppelt und gelangt über dieses in die Betriebsleitzentrale BZ, in welcher dieses Signal u. a. zur Nullsetzung des Zählers Z, zur Überwachung desselben (Zählstand) und für weitere Kontrollen herangezogen ist.

Die tahrzeugseitigen initiatoren und die fahrwegseitigen Geber können entfallen, wenn beispielsweise der entlang des Fahrwegs verlaufenden ungekreuzten Meßwicklung HW nach Fig. I in bestimmten Abständen Strukturänderungen gegeben sind, wie aus Fig.4 ersichtlich.

Die F i g. 4a zeigt einen Ausschnitt einer ungekreuzten Meßwicklung HW, welche in bestimmten Abständen des Fahrweges 5' Schleifenstrukturen LV, LV aufweist, die ein- oder mehrwindig sein können; sowohl im Leiter L\ als auch im Leiter L 2 ist eine Schleife vorgesehen, die in der Praxis übereinanderliegen. Überfährt der fahrzeugseitige Induktor / derartige Schleifen LV, LV. so tritt empfangsseitig ein erhöhter Pegel P in der empfangenen Spannung Um auf, der in einer beispielsweise dem Bandfilter FO nach der F i g. 1 nachgeschalteten Amplitudenauswerte-Schaltung Mals Ortsmarke registriert und weiterverarbeitet wird.

Wie aus F i g. 4b ersichtlich, können anstelle von im Wicklungszug vorgesehenen Schleifen auch definierte Verringerungen LA des gegenseitigen Abstandes der beiden Leiter LI, L2 der Meßwicklung HWvorgesehen sein. Überfährt der fahrzeugseitige Induktor / eine Ηρι-ηπισρ ^tniWtiir cn prfrvlcxt pinnfanoccpiticr pinp

ο · o-r'oo

ortsabhängige Absenkung des Pegels P der Empfangsspannung Um; diese Absenkung P wird wieder mittels einer Amplitudenauswerte-Schaltung M als Ortsmarke des Fahrzeugs registriert und weiterverarbeitet.

Am Ausgang a des Zählers Z nach Fig. 1 steht in digitaler Form als Zählergebnis die Anzahl von Wegimpulsen an; dieses Zählergebnis kann entweder direkt weiterverarbeitet werden oder mittels eines dem Zähler Z nachgeschalteten Umsetzers 5 skaliert werden, so daß an dessen Ausgang s der vom Triebfahrzeug zurückgelegte Weg beispielsweise in m, dm oder cm zur Verfügung steht.

Die Impulse der Impulsfolge IF enthalten in ihrer zeitlichen Folge eine Geschwindigkeitsinformation, deren Auswertung digital oder analog erfolgen kann. Hierfür ist eine Einrichtung DZ vorgesehen, die eine ^r> digitale Differenzzeitmessung zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Impulsen der Impulsfolge IFdurchführt.

Eine Information über die Beschleunigung wird erzielt, indem mittels einer Einrichtung ZA die

in Änderung der digital vorliegenden Differenzzeit, die ein Maß der Beschleunigung ist, gewonnen wird.

Geschwindigkeit (Ausgang v) und Beschleunigung (Ausgang a') sind mit geeigneten Mitteln auch entsprechend analog unter Heranziehung der Impulse

ι"' der Impulsfolge /Fermittelbar.

Wie bereits vorstehend erwähnt, brauchen zur Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbestimmung nicht unbedingt die Nulldurchgänge der Meßspannungen herangezogen im weiden, SCfiuciTi 65 kann äüCn die

-¹» koordinatengewandelte Information benutzt werden.

Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, entfallen die Nullspannungsdetektoren /Vl bis /V 3 und es sind nur noch die Nullspannungsdetektoren N 4, N 5 vorgesehen, denen die Sinus- und Cosinuswinkelsignale sin Θ, cos θ

λ' zugeführt sind, wie sie aus der Fig.2 ersichtlich sind. Die Periodendauer dieser Signale ist identisch mit der Periodizität r_pwder gekreuzten Meßwicklungen MW \ bis MYi 3 und sie haben gegenüber den Meßsignalen t/oi bis Uo 3 die halbe Periodendauer; ihre Amplitude

w ist normiert.

An den Ausgängen der Nuihpannungsdetektoren N4, /V5 treten aus den Nulldurriigängen der Winkelsignale sine und cos θ abgeleitete Nullsignale N/4 und Λ//5 auf, die mittels der Verknüpfungsstufe 0 zu einer

'5 Impulsfolge /F'zusammengefaßt sind bzw. die Plausibilitätsstufe PL ansteuern. Die Impulsfolge /F'steuert den Zähler Z an, wie in Verbindung mit der Impulsfolge IF bereits beschrieben wurde.

Gegenüber der Impulsfolge IF ergeben die Nullimpulse der Folge IF' eine größere Auflösung mit geringerem technischen Aufwand.

Im vnrlipgpnHen Beispiel ist ein mehrphasiges Meßwicklungssystem B und eine einphasige Sendeeinrichtung zugrundegelegt.

Zwecks Vereinfachung des Meßwicklungssystems kann dieses auch einphasig sein, d. h. beispielsweise nur aus einer gekreuzten Meßwicklung MW und gegebenenfalls einer Hilfswicklung //IVbestehen, während die zugeordnete Sendeeinrichtung mehrphasig ausgebildet ist, d. h. fahrzeugseitig hat die Sendeeinrichtung mehrere Induktoren, die auf verschiedenen Trägerfrequenzen arbeiten und definierte Abstände zueinander haben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   t. Anordnung zur Pollageerfassung bei einem Langstator-Synchronlinearmotor für ein fahrweggebundenes Triebfahrzeug mit einer fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung mit Induktoren und einem fahrwegseitigen Meßwicklungssystem sowie einer Empfangs- und Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale des Meßwicldungssystems (B) als Informationen über Triebfahrzeug-Parameter und den Betriebszustand der fahrzeug-, fahrweg- und streckenseitigen technischen Einrichtungen verwendet sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationen aus den Nulldurchgängen der niederfrequenten Meßsignale (Um bis Um) abgeleitete Signale (Nn bis TVb) herangezogen sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem von den niederfrequenten MeBsignalen angesteuerten Koordinatenwandler und einem diesem nachgeschalteten Vektoranalysator, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationen aus den Nulldurchgängen der Winkelsignale (sin Θ, cos Θ) abgeleitete Signale (Νμ, Nr) herangezogen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den einzelnen abgeleiteten Nullsignalen (Nn bis Nr; Nh, Nb) mittels einer Verknüpfungsstufe (O) eine Signalfolge (IF, IF') gebildet h.*. die einen digitalen Vorwärts-Rückwärts■ Zähler (Z) ansteuert, welc* ;r von einer durch die Nullsignale angesteuerten Plausibilitätsstufe (PL) an Freigabe- und Zählrichiungs Tgnal und fahrwegseitig erzeugte Nullsetzsignale (N) erhält
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullsignalfolge (IF, IF') eine Einrichtung (DZ) zur Differenzzeitmessung zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Signalen der Folge ansteuert
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer von der Differenz/witmeßeinrichtung (DZ) angesteuerten Einrichtung (ZA)d\e Änderung der Differenzzeit gemessen wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Fahrweges (A) aktive oder passive Geber (G, G') angeordnet sind, deren erzeugte, zur punktförmigen Ortsbestimmung des Fahrzeugs herangezogene Signale entweder über das Meßwicklungssystem oder über getrennte Signalleitungen an die Auswerteeinrichtung gelangen.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der punktförmigen Ortssignale des Fahrzeuges (T) mindestens eine Meßwicklung (HW)in definierten Abständen derartige Leiterverformungen aufweist, daß in diese vom fahrzeugseitigen Induktor (I) definiert höhere oder niedrigere Spannungen induziert werden, die in der Auswerteschaltung als Ortsmarken für das Fahrzeug (T) ausgewertet werden.
9. 9. Anordnung nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrphasiges Meßwicklungssystem (MW \ bis MW3. HW) mit einer einphasigen Sendeeinrichtung verwendet ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein einphasiges Meßwicklungssystem mit einer mehrphasigen, fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung mit verschiedenen Frequenzen verwendet ist