DE2917673A1 - Verfahren und anordnung zur erfassung des schleuderns oder gleitens bei laufachsenlosen fahrzeugen mit drehstromantrieb - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zur Erfassung des
• Schleuderns oder Gleitens bei laufachsenlosen Fahrzeugen mit Drehstromantrieb Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens bei laufachsenlosen Fahrzeugen mit Drehstromantrieb für reibwertoptimalen Kraftschluß zwischen Treibrad und Schiene. Bei der Kraftübertragung vom Rad auf die Schiene geht man bis in die Nähe der Haftwertgrenze. Wird diese überschritten, tritt Schleudern oder Gleiten der Treibräder auf. Zur Erfassung dieses Momentes ist es bei Schienenfahrzeugen bekannt, an wenigstens je einer Lauf- und Treibachse Tachometerdynamos anzubringen und aus den aus Drehzahldifferenzen entstehenden Differenzspannungen Kommandos abzuleiten, die Steuerung oder Regelung des Fahrzeugantriebes beeinflussen.
• Bei Fahrzeugen mit ausschließlich Treibachsen und auch solchen mit gebremsten Laufachsen ist diese Methode ungeeignet. Für solche Fahrzeuge ist es bekannt, neben der Radbe-- 5 - schleunigung die Messung der linearen Beschleunigung mittels eines nach dem Trägheitsprinzip arbeitenden Beschleunigungssystems vorzusehen (DE-PS 11 78 889).
• Darüber hinaus sind auch Versuche bekannt geworden, die Fahrzeug-Lineargeschwindigkeit durch Mikrowellen oder optiches adar als radschlupfunabhängige Referenzgröße zu erhalten.
• Insbesondere kritisch werden die Forderungen nach hochgenauen Messungen, wenn die Triebfahrzeuge insbesondere Lokomotiven nach Möglichkeit einen Betrieb über längere Zeit im Bereich kleinen Schlupfes gestatten sollen, indem nach neueren Erkenntnissen cie übertraqbare Kraft ihr Maximum erreicht. in Übergang dieses an sich labilen Zustandes in den des Makroschlupfes mit nur noch geringen Reibwerten muß abei mit Sicherheit verhindert werden.
• Weiterhin ist es bekannt, zur Erfassung des Schleuderns ocr Gleitens der er bei laufachsenlosen Fahrzeugen Integratoren einzusetzen, die die Fahrzeuggeschwindigkeit simulieren. Nach der DE-OS 27 07 047 wird der Integrator dazu verwendet, aus Eingangsspannung und eingestellter Zugkraft die zu erwartende Beschleunigung darzustellen. Seine Ausgangsspannung simuliert die Fahrzeuggeschwindigkeit. Da hierbei über längere Zeit beträchtliche Fehler entstehen, muß dieser Wert durch die gemessene Achsdrehzahl, solange kein Schlupf vorliegt, wieder korrigiert werden. Dieser Funktionsablauf setzt aber voraus, daß nach jedem Schlupfvorgang möglichst rasch der Rollzustand wieder hergestellt wird. Sonst kann der Integrator der wirklichen Geschwindigkeit mit der Zeit so weit davonlaufen, daß er kein Maß mehr für dieses darstellt und dann ein Makroschlupf nicht mehr verhindert werden kann. Ein längers Verbleiben im Zustand eines kleinen Schlupfes, wie gefordert, ist demnach hiermit nicht zu erreichen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres Verfahren zur Erfassung des Schleuder- oder Gleitvorganges für laufachsenlose Drehstromtriebfahrzeuge zu schaffen, mit dem sehr exakt der Bereich kleinen Schlüpfens erfaßbar und auswertbar ist, ohne daß es umfangreicher Messungen der aufgezeigten Art bedarf und daß nicht die Schwächen des "Davonlaufens" aufweist. Die zugehörige Anordnung soll darüher hinaus leicht in bestehende Schaltungen integrierbar sein, d.h. ältere Fahrzeuge sollen nachrüstbar sein.
• Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Führungsgröße für die Drehmoentenregelung der Drehstromfahrmotoren als Maß für die zu erwartende normale Beschleunigung dient und einen Integrator steuert, dessen Ausgangsspannung direkt die einzustellende Frequenz der die Drehstrommotoren versorgenden Wechselrichter bestimmt, daß dieser Wert auf den normalerweIse kleineren Wert der Ständerfrequenz der Drehmomentenregelung nach unten korrigierbar ist und bei größerem Wert dagegen bestehen bleibt (beim Bremsen umgekehrt) und daß zusätzlich an den Integrator ein weiteres Signal geschaltet wird, das als erste zeitliche Ableitung aus der Soll-Istwertdifferenz des Drehmomentes den Integrator bei fallendem Drehmoment infolge Überschreitens des Drehmomentmaximums im Bereich geringen Schlupfes abwärts steuert (beim Bremsen umgekehrt).
• Es wird dabei die Eigenschaft des drehzahl starren Drehmomentverhaltens von Drehstromfahrmotoren bei konstanter Ständerfrequenz ausgenutzt.
• In einer vorteilhaften Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist die vorgegebene Ständerfrequenz an den +Eingang des Komparators angeschlossen, dessen Ausgang, der über Schaltzweige für "Fahren" und "Bremsen" an einer Additionsstelle, an die außerdem das Drehmoment als Führungsgröße une ein vom Soll-Istwertvergleich des Drehmoments gesteuerter Differentiator angeschlossen ist, einen Integrator steuert, dessen Ausgang mit dem -Eingang des Komparators und dem Ausgang für die korrigierte Ständerfrequenz verbunden ist.
• Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindng sind den Ansprüchen in Verbindung mit Zeichnung und Beschreibung entnehmbar.
• Anhand eines Blockschaltbildes für eine prinzipielle Anordnung wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
• Das Blockschaltbild ist einer Drehstrom-Traktionsschaltung einzufügen und weist drei getrennte Eingänge 1, 2, 3 und einen Ausgang 4 auf. Dem Eingang 1 wird dabei eine Ständerfrequenz f1 vorgegeben, die die Fahrmotorregelung auf ein gewünschtes Drehmoment einstellen würde. Sie entspricht der gewollten Schlupffrequenz + der gemessenen Rotationsfrequenz. Dies kann im einfachsten Fall als analoge Spannung, bei Rechnertechnik in digitaler Darstellung erfolgen.
• Dem Eingang 2 wird die Führungsgröße für das Drehmoment MdSoll und dem Eingang 3 der Istwert für das Drehmoment Ist zugef:ahrt. Dem Ausgang 4 ist dann eine um den Radschlupf korrigierte Ständerfrequenz f1, für die Wechselrichtersteuerung entnehmbar.
• Zur Funktion: Solange kein Radschlupf auftritt, ist die am Ausgang 4 ausgegebene Ständerfrequenz f1, gleich deram Eingang 1 anliegenden Ständerfrequenz f1 für die Drehmomentenregelung des Fahrmotors. Über einen Integrator 5 wird aus der am Eingang 2 anstehenden Drehmomentenführungsgröße MdSoll die zu ererwartende Beschleunigung integriert, wobei im Fahrbetrieb die Integration aufwärts und beim Bremsbetrieb abwärts erfolgt. Dazu sind entsprechend die zur Additionsstelle 6 führenden Schaltzweige entweder für "Fahren": Schalter 7 und 8 mit Diode 9 oder für "Bremsen": Schalter 10 mit Negationsglied 11 und Schalter 12 mit Diode 13 einzuschalten. Im folgenden soll der Vorgang für den Fahrbetrieb betrachtet werden. Der Integrator 5 integriert somit auch die zu erwartende Beschleunigung aufwärts, wobei er. so gesteuert wird, daß er etwas schneller ist, als es dem mit diesem Drehmoment sich einstellenden Beschleunigungswert entspricht. Der Ausgang des Integrators 5 ist mit einem Komparator 14 verbunden (-Eingang), der den Integrationswert mit der von Eingang 1 an den +Eingang des komparators 6 geführten vorgegebenen Ständerfrequenz fl vergleicht. Sein Ausgang ist negativ und wird über den Schaltzweig für "Fahren" mit Schalter 8 und Diode 9 und die Additionsstelle 6 auf den Integrator 5 rückgekoppelt.
• Die Gegenkopplung bewirkt, daß das den Integrator 5 steuernde Drehmoment MdSoll bis zur Gleichheit herabgesetzt wird, so daß f, nicht größer als f1 werden kann. Die Spannung am Ausgang 4 lauft somit mit der am Eingang 1 anstehenden Spannung mit solange letztere nicht schneller steigt als der Integrator 5 integrieren kann.
• enn jedoch eine Achse infolge Schlupfes schneller zu beschleunigen beginnt, dann wird die Drehmomentenregelung des Motors die Ständerfrequenzvorgabe f1 am Eingang 1 entsprechend schnell ansteigen lassen, um das Drehmoment aufrecht zu erhalten. Die Ausgangsspannung des Integrators 5 kann dem nicht mehr folgen und steigt nur wenig schneller an als bisher, d.h. als es der Beschleunigung ohne Schlupf ent- sprechen werden Der Komparator 14 kann dabei nicht wirksam werden, da die Diode 8 bei positivem Ausgang sperrt und auch der Pfad 12, 13 gesperrt ist. Die Achse, die im Begriff zu schleudern steht, kann ihre Drehzahl jedoch nur so schnell erhöhen, wie es der abgegebenen Ständerfrequenz f1, für den Wechselrichter und Motor am Ausgang 4 entspricht, d.h. der Schlupf vergrößert sich nur sehr langsam. Dabei .:..r.« ein Gebiet steigenden Reibwertes durchlaufen, was eine Erhöhung der Drehmomen anforderunc erbringt. Sobald dieses Gebiet durchquert ist, ist das Drehmomentmximum überschritten und das Drehmoment beginnt zu fallen. Gleichzeitig wird die Radbeschleunigung größer,und die Fahrmotorschlupffrequenz verringert sich. Die Drehzahl nähert sich dabei dann eweils der Synchrondrehzahl des Motors soweit, wie das noch abgegebene Drehmoment dem Reibwert der Schiene er.tsGr.cht. Das fallende Drehmoment MdIst, wird gemessen oder ber eine proportionale Ersatzgröße dem Eingang 3 der Anordnung zugeführt, steuert über einen Relationspunkt 15, an dem auch die Führungsgröße EdSoll anliegt, einen Differentiator 16. Dieser bildet die erste zeitliche Ableitung aus der Differenz aus Soll- und Istdrehmoment - für das Istdrehmoment kann auch eine proportionale Ersatzgröße verwendet werden - und wirkt über einen Schaltzweig für "Fahren" mit Negationsglied 17, Diode 18 und Schalter 19 auf die Additionsstelle 6. Damit wird bewirkt, daß der Integrator 5 abwärts l.cuft und die Ständerfrequenz f1 wieder zurücknimmt. Hierdurch wird auch die Achsdrehzahl wieder aus d er Gebiet zu großen Schlupfes in den Bereich geringen Radschlupfes zurückgeführt. Mit 20, 21 ist noch der entsprechende Schaltzweig für "Bremsen" bezeichnet. Der geschilcerte Vorgang wiederholt sich mit einer langsamen Periode, und zwar umso langsamer, je genauer der Integrator an die e wirkliche Fahrzeugbeschleunigung angepasst ist. Durch die Erfindung pendelt der Radschlupf langsam um die Größe herum, bei der die größte Reibkraft erzielt wird.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens bei laufachsenlosen Fahrzeugen mit Drehstromantrieb für reibwertoptimalen Kraftschluß zwischen Treibrad und Schiene, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße für die Drehmomentenregelung (MdSoll) der Drehstromfahrmotoren als Maß für die zu erwartende normale Beschleunigung dient und einen Integrator (5) steuert, dessen Ausgangsspannung (Ausgang 4) direkt die einzustellende Frequenz (f1,) der die Drehstrommotoren versorgenden Wechselrichter bestimmt, daß dieser Wert (kl,) auf den normalerweise kleineren Wert der Ständerfrequenz (f1) der Drehmomentenregelung nach unten korrigierbar ist und bei größerem Wert (f1) dagegen bestehen bleibt (beim Bremsen umgekehrt) und daß zusätzlich an den Integrator (5) ein weiteres Signal geschaltet wird, das als erste zeitliche Ableitung aus der Soll-Istwertdifferenz des Drehmomentes den Integrator (5) bei fallendem Drehmoment infolge Überschreitens des Drehmomentmaximums im Bereich geringen Schlupfes abwarts steuert (beim Bremsen umgekehrt).
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerfrequenz (f1) er Drehmomentenregelung (Eingang 1) an den +Eingang eines Komparators (14) angeschlossen ist, dessen Ausgang, der über Schaltzweige für "Fahren" (8,9) und "Bremsen" (12,13) an eine Additionsstelle (6), an die außerdem das Drehmoment als Führungsgröße (Eingang 2) und ein von Soll-Istwertvergleich des Drehmoments gesteuerter Differentiator (16) angeschlossen ist, einen Integrator (5) steuert, dessen Ausgang mit dem -Eingang des Komparators (14) und dem Ausgang (4) für die korrigierte Ständerfrequenz (f1,) verbunden ist.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (14) über zwei jeweils aus Diode und Schalter bestehende antiparallele Schaltzweige für "Fahren" (8,9) und "Bremsen" (12,13) mit der Addierstelle (6) verbunden ist, wobei die im Schaltzweig für "Fahren' liegende Diode (9) mit ihrer Kathode am Ausgang des Komparators (14) liegt.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß cie Addierstelle (6) mit dem Eingang (2) für die Drehmomentführungsgröße (MdSoll ) über zwei parallele Schaltzweige für "Fahren" und "Bremsen" verbunden ist, von denen der Schaltzweig "Fahren" nur auseinem Schalter (7) und der Schaltzweig "Bremsen" aus einem Schalter (10) mit vorgeschaltetem Negationsglied (11) besteht.
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentiator (16) über zwei antiparallele Schaitzweige für "Fahren" und "Bremsen" mit der Additionsstelle (5) verbunden ist, von denen der Schaltzweig für "Fahren" aus einem Negationsglied (17), einer nachgeschalteten Diode (18) und einem Schalter (l9) und der Schaltzweig für "Bremsen" aus einer mit der Kathode zur Additionsstelle (6) gerichteten Diode (21) und einem nachgeschalteten Schalter (20) besteht.