DE2930378C2

DE2930378C2 - Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2930378C2
Application number: DE19792930378
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dipl.-Ing. Dr. 6100 Darmstadt Neu; Eckart Dipl.-Ing. Dr. 8035 Gauting Saumweber
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1979-07-26
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE2930378A1

Description

a) unverändert, wenn die Differenz (4v_E) zwischen der Radumfangsgeschwindigkeit zu Beginn des Bremsdruckabsenkens beim vorhergehenden Regelzyklus und dem Minimum der während dieses Bremsdruckabsenkens auftretenden Radumfangsgeschwindigkeit am Ende des vorhergehenden Regelzyklus zwischen zwei unterschiedlichen großen, fest vorgegebenen Werten (^Vm_1x; J y_mi„) liegt,

b) um einen konstanten, vorgegebenen Stufenwert (ΑΑε&ε) vergrößert, wenn am Ende des vorhergehenden Regelzyklus die genannte Differenz (Ave) kleiner oder gleich dem kleineren der zwei fest vorgegebenen Werte (Jv_OT„) ist,

c) Null, wenn beim Bremsdruckabsenken des vorhergehenden Regelzyklus zu irgendeinem Zeitpunkt die genannte Differenz (Ave) größer oder gleich dem größeren der zwei fest vorgegebenen Werte (Av_m,_x) ist.

Die Erfindung betrifft einen blockiergeschützten Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solcher Bremskraftregelkreis ist aus der DE-OS 19 14 765 bekannt. Dort wird der gewünschte Druckverlauf (Steilheit des Druckverlaufes) durch impulsförmiges Ansteuern von Einlaß- und/oder Auslaßventilen erreicht, wobei bei einer Ausführungsform abwechselnd Druckabsenk- und Druckhaltephasen oder Druckanstiegs- und Druckhaltephasen auftreten. Durch Änderung des Tastverhältnisses der Steuerimpulse für diese Ventile (in Abhängigkeit vom Raddrehverhalten) wird die zeitliche Dauer der Druckhaltephasen bzw. der Druckänderungsphasen und damit der Mittelwert des zeitlichen Druckverlaufes verändert. Ziel dieses bekannten Bremskraftregelkreises ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand Druckänderungen unterschiedlicher Steigung vornehmen zu können.

Die DE-AS 18 00 416 zeigt einen blockiergeschützten Bremskraftregelkreis, bei dem die Arbeitskennlinie eines Bremsdruckmodulators beim Druck-Abbau verändert werden soll. Dies geschieht ebenfalls durch impulsförmiges Ansteuern eines Magnetventiles, wobei das Tastverhältnis der Steuerimpulse eine Funktion des Raddrehverhaltens (Radbeschleunigung) ist. Bei der konkreten Realisierung wird dort ein elektro-pneumatischer Bremsdruckmodulator mit einem Magnetventil verwendet. Dieses Magnetventil wird impulsförmig erregt. Dadurch wird die Membran einer Kolbenstange in einer Richtung verschoben. Je länger bzw. je häufiger das Magnetventil erregt ist, desto weiter wird die Kolbenstange in dieser Richtung verschoben. Hierdurch wird ein Ventil der Radbremszylinder von dem Hauptbremszylinder getrennt und ein Volumen einer Ventilkummer wird proportional vergrößert, wodurch der

IVuck des Radbremszylinder entsprechend verringert wird. Im stationären Zustand der Membran wird der Radbremszylinderdruck konstant gehalten. Uei Bewegung der Membran und der Kolbenstange wird der Druck im Radbremszylinder abgesenkt. Das genannte Volumen und eine Drosselöffnung in der Membran sind hierbei an das Volumen des Bremszylinders angepaßt

Die DE-OS 24 60 904 zeigt eine Blockierschutzankge, die unterschiedliche Druckgradienten verwendet Die Dauer der steilen Druckanhebung wird dabei vom Maß der Drucksteigerung im vorhergehenden Regelzyklus abhängig gemacht Realisiert ist dieser Vorgang durch ein einstellbares Zeitglied und einen Speicher. Hier lernt also die Blockierschutzanlage aus dem vorhergehenden Regeizyklus, wie sie agieren soll.

Versuche haben nun ergeben, daß der eingangs genannte Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge dann am günstigsten arbeitet, wenn der Exponent für den Bremsdruckabfall innerhalb bestimmter Grenzen liegt Nun können aber die Volumina der Bremzylinder bei den einzelnen Schienenfahrzeugen in großen Bereichen schwanken, beispielsweise zwischen 2,5 und 7,5 !tr. Dies hat zur Folge, dats das Bremsventil für den jeweiligen Bremszylinder eingestellt werden muß, was bisher durch austauschbare Düsen im Bremsventil oder durch ein Ventil mit Einheitswirkung realisiert wurde.

In letzter Zeit wird insbesondere aus Kostengründen für alle Typen von Schienenfahrzeugen ein einheitliches und billiges Bremsventil gefordert. Eine Anpassung an die verschiedenen Bremszylinder durch austauschbare jo Düsen im Bremsventil oder durch ein Ventil mit Einhcilswirkung ist somit nicht mehr akzeptabel.

Aufgabe der Erfindung isl es, den blockicrgcschützlcn Bremskraftregelkreis der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß unter Verwendung ei- j5 ncs Bremsvcntiles und mindestens eines an dieses Bremsventil nicht speziell angepaßten Bremszylinders ein dem optimalen Bremsdruck angenäherter Bremsdruckverlauf während der Regelspiele erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der Erfindung wird somit ein Bremsventil mit unveränderlichen Düsen verwendet, die so bemessen sind, daß für das größt':· vorkommende Bremszylindervolumen die vorgegebenen Werte für den Bremsdruckabfall bzw. den Bremsdruekanstieg erreicht werden. Der tatsächliche Bremsdruckvcrlauf wird über einen Impulsvorgang an den gewünschten Brcmsdruckverlauf angepaßt. Bei kleineren Brems/ylindervolumen werden folglich die zu steilen Brcnisdruckändcrungen durch Pulsen abgeflacht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Regler, ohne von der Anpassung oder Fehlanpassung von Bremsventil und Bremszylinder zu »wissen«, selbsttätig die richtigen Steuerbefehle ermittelt und sich somit nicht 'lur dem Raddrehverhalten, sondern auch aneinander fchlangQpaßten Ventilen anpaßt Da der Regler die Zeitdauer der Druckhaltephasen in Abhängigkeit von Kriterien lies vorhergehenden Regelzyklus einstellt, »lernt« er c'ie richtigen Steuerbefehle aufgrund des bisherigen Br^msverlaufcs einzustellen. Die adaptive Anpassung Ci¹OIgI nach der Erfindung dadurch, daß die DruekanM'^gs- und Druekabf Jlphasen eine fest vorge- H5 gebene Zi-'Hdauer haben, während die Druckhaltephasen vcräni'^rt werden, wobei die Zeitdauern von Druckhallcr >has<-'M und Druckanstiegs- bzw. Druckabfaüphasen über Faktoren miteinander verknüpft sind. Durch Auswahl dieser Faktoren wird der gewünschte Bremsdruckverlauf eingestellt

Es sei noch angemerkt daß die genannten Zeitintervalle prinzipiell nicht mit der Meßzeit von digitalarbeitenden Bremskraftregelkreisen zusammenhängen. Allerdings verringert sich der Aufwand einer digitalen Logik erheblich, wenn diese Zeitintervalle ein Vielfaches der Meßzeit sind

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert Es zeigt:

F i g. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises;

F i g. 2 den Bremsdruckverlauf über der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreis;

F i g. 3 den Bremsdruckverlauf und die Radumfangsgeschwindigkeit für einen Regelzyklus bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreis.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises. Ein überwachtes Rad 1 des Fahrzeuges ist mit einem Generator 2 gekoppelt, der ■ ein der Umfangsgeschwindigkeit des Rades proportionales Signal an ein Gleitschutzgerät 3 angibt Das Rad 1 wird über eine Bremse 4 gebremst wobei die Bremse 4 über ein Gleitschatzventil bzw. Bremszylinder 5 betätigt wird. Das Gleitschutzventil bzw. Bremszylinder 5 ist pneumatisch oder hydraulisch mit einem Bremsventil 6 verbunden, der seinerseits an einem Druckbehälter 7 angeschlossen ist. Eine manuelle, vom Fahrer des Fahrzeuges eingeleitete Bremsbetätigung wirkt in bekannter Weise auf das Bremsventil 6, wodurch das Gleitschutzventil 5 betätigt wird. Über das Gleitschutzgerät 3 wird der Bremsvorgang entsprechend den oben genannten Kriterien überwacht, wobei zwischen das Gleitschutzgerät 3 und das Gleitschutzventil 5 geschaltete Einrichtungen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den genannten Signalen für ein Druckanheben 8, ein Druckabsenken 9 und ein Druckhalten 10 sorgen. Weiterhin sind Einrichtungen 11 bzw. 12 vorgesehen, die den Einrichtungen 8 bzw. 9 zugeordnet sind und Einrichtungen für den Lernprozeß für das Druckanheben bzw. den Lernprozeß für ds Druckabsenken enthalten. Über die Einrichtungen 11 und 12 werden somit die Faktoren a,» bzw. at bestimmt. Das Gleitschutzgerät 3 und die Einrichtungen 8 bis 12 stellen den Regler des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises dar.

F i g. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Bremsdruckes Pi bei der Druckabfall- bzw. Druckanstiegsphase. Der ungepulste Druckverlauf folgt einer e-Funktion mit dem Exponenten k* (Index E für Druckabfall; Index A für Druckanstieg), während für den mittleren Verlauf des gepulsten Druckes (gestrichelte Linie) der Exponent k (mit entsprechenden Indizes) gilt. Sowohl beim Abfall wie auch beim Anstieg des Bremsdruckes besteht zwischen dem Exponenten k* der ungeregelten Druckkurve und dem Exponenten Jt der mittleren gepulsten Druckkurve die Beziehung

l+o-

In

η bezeichnet hierbei die Anzahl der Haltephasen und a die oben genannten Faktoren a α bzw. a/·.
Für n=1 folgt

während sich für π —► oo ergibt:

— 1+a·

Hieraus ist ersichtlich, daß zu Beginn eines gepulsten Druckabfalles bzw. -anstiegs (n=\) der Ä-Wert größer ist als danach (n—* oo), wo mit einem annähernd konstanten k gerechnet werden kann. Dies ist günstig für die Regelung, weil so die Hysterese der Bremse noch schneller überwunden wird.

Um die Lebensdauer von Magnetventilen nicht zu kurz werden zu lassen, wird die Anzahl der Haltestufen begrenzt, beispielsweise auf vier. Dies bedeutet, daß danach die Bremsdruckänderung ungepulst erfolgt.

Wählt man die Zeiten der Druckanstiegs- bzw. Druckabfallphasen #_A bzw. A₅ konstant und die Druckhaltephasen entsprechend a_A. &a (für die Druckanstiegsphase) bzw. a_E Aj (für die Druckabsenkphase), so lassen sich die k-Werte (k~_E -bzw. k~_A für Bremsdruckabbau bzw. Bremsdruckaufbau) auf die Auswahl der beiden Faktoren a_E (Bremsdruckabsenkung) und a_A (für den Bremsdruckaufbau) zurückführen. Die beiden Größen aeund a_A müssen mit der Regellogik verknüpft werden, wobei der Faktor a_E allein aus Kriterien am Ende der Druckabsenkphasen bestimmt wird, während der Faktor a_A aus den Daten am Ende eines Bremsdruckanstieges (mit einer später zu erläuternden Ausnahme) bestimmt werden.

Es läßt sich nachweisen, daß beispielsweise die Entlüftungs- bzw. Belüftungszeiten keine geeigneten Größen sind, um die Faktoren a_E bzw. a_A festzulegen. Diese Daten hängen nämlich nicht nur von den Α-Werten, sondern auch noch stark von der Bremshysterese, von Fahrzeugdaten, den Reibungsverhältnissen und den Reglerdaten ab. Bei der Erfindung werden daher die optimalen αε- und a_A-Werte auf iterativem Wege ermittelt Dieser Weg wird im Zusammenhang mit der F i g. 3 im Folgenden erläutert Man geht davon aus, daß die Geschwindigkeit ν (F i g. 3) die Fahrzeuggeschwindigkeit ν möglichst getreu nachbildet Hieraus werden zwei Bezugsgeschwindigkeiten vi und v₂ abgeleitet, die den folgenden Gesetzmäßigkeiten gehorchen:

V₂=(I-/J₁. ₂)v- VcI.

wobei vi immer kleiner als v₂ ist und v₂ immer kleiner als ν ist und A_ci,A_ci sowie v_c 1, v_c ₂ konstante Größen sind. Mit vr ist die Radumdrehungsgeschwindigkeit η φι bezeichnet Ein Druckanstieg war demnach in seinem zeitüchen Verlauf günstig, wenn beim Unterschreiten einer festgelegten Bremsdruck-Absenkschwelle die Umfangsgeschwindigkeit des Rades ηφ, zwischen v₂ und μ vi liegt

Der Faktor a_A hat in diesem Falle einen günstigen Wert der nicht verändert zu werden braucht Gilt bei diesem Kriterium dagegen ktp, 2: v₂, so bedeutet dies, daß die Belüftung zu flach erfolgte, a_A also zu verklei- b5 nern ist, was in der Logik durch den Befehl

verwirklicht wird. aa_A symbolisiert dabei einen konstanten Wert, mit dem a_A optimiert wird. Unterschreitet dagegen die Umfangsgeschwindigkeit ηφ, die Vergleichsgeschwindigkeit V₁, wird also die Ersatzbedingung /·/?>;£ Vi erfüllt, dann war der Anstieg des Bremsdruckes zu steil und a_A ist zu vergrößern:

a A_n

ίο Dabei ist dafür zu sorgen, daß a.\ nie negativ wird. Zu Beginn einer geregelten Bremsung muß a_A = 0 gesetzt sein, damit sich die Pulsung jedem Bremszylinder anpassen kann.
Hiervon abweichend gestaltet sich die Verknüpfung des Faktors a_E mit der Differenz der Radumfangsgeschwindigkeit, sogenanntem Δ V-Kriterum, die sich während der Entlüftungsphase ausbildet, weil in dieser Zeit die Umfangsbeschleunigung ηφ, negativ und positiv ist, die Umfanggeschwindigkeit also zuerst absinkt und danach nach Durchschreiten ihres Minimums wieder ansteigt. In der Regel ist die Geschwindigkeitszunahme gering, bis eine festgelegte Beschleunigungsschwelle überschritten ist. Av^ ist dann eine geeignete Größe, um den Faktor a£zu beeinflussen.

Die Wirkungsweise des Bremskraftregelkreises wird im Zusammenhang mit Fig.3 erläutert Ein gepulster Druckanstieg war regelungstechnisch günstig, wenn kurz vor seinem Ende, d. h. im Moment der Entscheidung, die Radgeschwindigkeit v« zwischen zwei Grenzgeschwindigkeiten v₍ und v₂ liegt. Die Größe ;;,, hat in diesem Fall den optimalen Wert, der beibehalten wird. Gilt dagegen v«« > v₂, so bedeutet dies, daß die Belüftung zu flach erfolgte, a_A also beim nächsten Druckanstieg zu verkleinern ist. Hat zu diesem Zeitpunkt v« die Grenzgeschwindigkeit V₁ unterschritten, dann war der Anstieg des Bremsdruckes zu steil und a_A ist für die weitere Regelung zu vergrößern.

Bei der Auswahl von a_E wird von der Vorstellung ausgegangen, daß bei einer günstigen Bremskraftregeiung während einer gepuisten Druckabsenkung die größte Differenz der Radgeschwindigkeit Avm (der Geschwindigkeitseinbruch) immer Werte zwischen einem Minimalwert (4v_mn) und einem Maximalwert (Av_max) einnehmen soll. Wird am Ende der Absenkphase dies festgestellt, dann braucht a_E nicht verändert zu werden. Registriert man dagegen in diesem Augenblick Λ ν μ < v_wjn, so bedeutet dies, daß die Entlüftung zu steil erfolgt, a_E also für die nächste Druckabsenkung zu vergrößern ist Erkennt man dagegen zu irgendeinem Zeitp'jp.kt der Entlüftungsphase, das Jvm> v_max geworden ist dann kann ein Blockieren des Rades drohen. Um dies unter allen Umständen zu verhindern, ist sofort ar auf Null zu setzen, so daß eine Entlüftung des Bremszylinders mit der größtmöglichen Steilheit erfolgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge mit einer druckmittelbetätigten Bremsvorrichtung, die ein Bremsventil und mindestens einen hiermit zusammenwirkenden Bremszylinder aufweist wobei ein Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von Signalen, die proportional der Radumfangsgeschwindigkeit eines überwachten Rades sind, von hieraus abgeleiteten Radumfangsverzögerungs- bzw. -beschleunigungssignalen, von Schwellwertsignalen und von die Fahrzeuggeschwindigkeit nachbildenden Signalen den Druckmitteldruck in dem Bremszylinder absenkt, konstant hält oder erhöht, wobei der Regler so ausgebildet ist, daß der tatsächliche Bremsdruckverlauf in Abhängigkeit von den genannten Signalen über abwechselnde Druckanstiegs- und Druckhaltephasen bzw. abwechselnde Druckabfall- und Druckhaltephasen mit durch den Regler einstellbarer Zeitdauer dem optimalen Bremsdruckverlauf angenähert wird, d a -durch gekennzeichnet, daß das Bremsventil (6) an das größte Volumen möglicher Bremszylinder (5) angepaßt ist, 2s

daß der Regler (3,8—12) bei kleineren Volumina der Bremszylinder (5)

a) die Druckanstiegs- (#*) und Druckabfallphasen (i?e) für eine fest vorgegebene Zeitdauer wirken läßt

b) die Druckhaltephasen (sa&a; αε&ε) durch Einstellen der Zeitdauer verändert, wobei die Zeitdauer der Druckhaltephasen (a_A&A\ at&E) während des ersten Regelzyklus gleich Null ist und bei weiteren Regelzyklen in Abhängigkeit von der Radumfangsgeschwindigkeit kurz vor dem Ende der gesamten Druckanstiegs- (#4) oder Druckabfallphase (t?f) des vorhergehenden Regelzyklus stufenweise (Aa a\ Ααε) veränderbar ist oder konstant bleibt.

2. Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (3, 8—12) so ausgebildet ist, daß während eines Bremsdruckanhebens die Zeitdauer der Druckhaltephase (a_A&A) eines Regelzyklus gegenüber dem vorhergehenden Regelzyklus wie folgt festgelegt ist:

a) unverändert, wenn die Umfangsgeschwindigkeit (vr) eines überwachten Rades im Moment der Festlegung zwischen einem ersten (v\) und einem zweiten, größeren Wert (v\) und einem zweiten, größeren Wert (νΐ) liegt, die beide proportional zur nachgebildeten Fahrzeugge- schwindigkeit fvjund kleiner als diese sind,

b) um einen vorgegebenen Stufenwert (AaA) verkleinert, wenn die Umfangsgeschwindigkeit (vr) eines überwachten Rades im Moment der Festlegung größer oder gleich dem zweiten Wert Cv₂) ist,

c) um den vorgegebenen Stufenwert (Aaa) vergrößert, wenn die Umfangsgeschwindigkeit (vr) eines überwachten Rades im Moment der Festlegung kleiner oder gleich dem ersten Wert (vi) ist.

3. Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (3, 8—12) so ausgebildet ist daß während eines Bremsdruckabsenkens die Zeitdauer der Druckhaltephase (αΕ&ε) eines Regelzyklus gegenüber dem vorhergehenden Regelzyklus wie folgt festgelegt ist, wobei das Ende eines Regelzyklus dadurch festgelegt ist, daß die Radumfangsbeschleunigung einen vorgegebenen, positiven Schwellwert überschritten hat: