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Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis
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Die Erfindung bezieht sich auf einen blockiergeschützten Bremskraftregelkreis
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Bremskraftregelkreise sind
aligemein bekannt und werden beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung
GR 3 vertrieben. Als Auslösekriterien für die Bremsdruckabsenkung bei drohender
Blockiergefahr werden Schwellwerte der Radverzögerung (sog. -b-Kriterium) bzw. hierzu
überlagert Schwellwerte des Schlupfes (sog,V-Kriterium) verwendet, wobei in Abhängigkeit
von der absoluten Radgeschwindigkeit die einzelnen Schwellwerte modifiziert werden
oder die Art der Bremsdruckbeeinflussung modifiziert wird.
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Bei dem Auslösekriterium der Radverzögerung wurde nach Unterschreiten
eines ersten (negativen) Schwellwertes der Radbeschleunigung stets der eingesteuerte
Bremsdruck abgesenkt. (Im Folgenden wird der Ausdruck "Radbeschleunigung" stets
in mathematisch strengem Sinne verwandt; negative Radbeschleunigung bezeichnet somit
eine Radverzögerung).
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Der erste Ansprechschwellwert mußte hierbei betragsmäßig relativ klein
gemarht werden, damit ein drohendes Blockieren möglichst frühzeitig erkannt werden
konnte. Dies
führte dazu, daß deq überwachte Rad nicht so weit "in
den Schlupf" getrieben wurde, daß der maximal mögliche Haftwert ausgenutzt wurde.
Es wurde daher Bremsweg verschenkt, wobei freilich ein Blockieren des Rades mit
größter Wahrscheinlichkeit verhindert wurde.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den eingangs genannten,
blockiergeschützten Bremskraftregelkreis dahingehend zu verbessern, daß der Bremsweg
verkürzt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Startphase
bei Beginn einer Bremsung der Bremsdruck bei Unterschreiten einer ersten, negativen
Beschleunigungsschwelle konstant gehalten wird.
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Die Startphase beginnt hierbei mit dem ersten Einbremsen. (1 .d.R.
im Anschluß an eine Fahrstrecke mit konstanter Geschwindigkeit).
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In vorteilhafter Weise wird diese Startphase dadurch beendet, daß
die Radbeschleunigung einen weiteren, betragsmäßig größeren negativen Schwellwert
unterschreitet, wobei dann der Bremsdruck rasch abgesenkt wird.
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Damit auch dann ein Blockieren des Rades sicher verhindert wird, wenn
der zuletzt genannte Schwellwert nicht unterschritten wird, die Radgeschwindigkeit
jedoch sehr klein ist, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung während
der Startphase von "Bremsdruck halten" auf "Bremsdruck langsamXaisenken'"t wenn
die Radgeschwindigkeit einen vorgegebenen Bezugswert unterschritten hat.
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Da auch dies in gewissen Grenzfällen noch nicht mit Sicherheit ein
Blockieren verhindert, wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung während der Startphase von "Bremsdruck halten" bzw.
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"Bremsdruck langsam absenken" auf "Bremsdruck rasch absenken" umgeschaltet,
wenn die Radgeschwindigkeit einen weiteren, kleineren Bezugswert unterschritten
hat.
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Während beim Stand der Technik die erste Blockierschutzmaßnahme stets
in einem Druckabsenken bestand, wird bei der vorliegenden Erfindung bewußt in Kauf
genommen, daß das überwachte Rad einen relativ großen Schlupf annimmt, was zur Folge
hat, daß der maximal mögliche Haftwert zwischen Rad und Fahrbahn besser ausgenützt
wird. Weiterhin wurde festgestellt, daß bei einer solchen Regelung neben einer Bremswegverkürzung
auch ein deutlich ruhigeres Regelverhalten des Rades auftritt, d.h. die einzelnen
Regelzyklen mit Bremsdruckhalten, Bremsdruckabsenken und Bremsdruckwiederanheben
treten deutlich seltener auf als bei einer Regelung, bei der gleich zu Beginn eines
Regelzyklus der Bremsdruck abgesenkt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigt: Figur 1 den zeitlichen
Verlauf der Radbeschleunigung bei einer Bremsung; Figur 2 eine bericht der Bremsdruckbefehle
in Abhäng gkeit von verschiedenen, aus der
Radumdrehungsgeschwindigkeit
abgeleiteten Kriterien; Figur 3 ein Meßdiagramm des zeitlichen Bremsdruckverlaufes
bei einem vierachsigen Schienenfahrzeug; Figur 4 ein Meßdiagramm der bei dem Bremsdruckverlauf
der Figur 3 auftretenden Radgeschwindigkeitender Fahrzeuggeschwindigkeit und einer
Bezugsgeschwindigkeit; und Figur 5 ein schematisches Blockschaltbild des Bremskraftregelkreises
nach der Erfindung.
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In Figur 1 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Radbeschleunigung
während eines Bremsvorganges dargestellt. Die Größen S YE, Yo YF G M A und Y bezeichnen
die einzelnen eingestellten Schwellwerte für die Radbeschleunigung.
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Die erwähnte "Startphase beginnt mit dem ersten Anlegen der Bremse
im Anschluß an eine ungebremste Fahrt und endet dann, wenn die Radbeschleunigung
den betragsmäßig relativ großen/ zeigt ;0 unLerschritten hat.
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0 Die vorliegende Erfindung bezieht sich nur auf diese Startphase,
so daß ein detaillierteres Eingehen auf die übrigen Schwellwerte hier nicht erforderlich
ist.
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Die Form der Kurve der Figur 1 hängt - wie allgemein bekannt - von
den einzelnen Bremsparametern, wie Oberfläche von Rad und Fahrbahn, Haftwert, Bremsdruck
etc.
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ab.
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In Fig. 2 ist dargestellt, welche den Bremsdruck beeinflussenden Maßnahmen
in Abhängigkeit von den einzelnen Auslösekriterien ergriffen werden. Durch eine
der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit nachgebildete Bezugsgeschwindigkeit v
(sog. fiktive Linie) sowie durch vorbestimmte Schwellwerte v1 - V4 der Radgeschwindigkeit
werden fünf Geschwindigkeitsbereiche, sog. Geschwindigkeitskorridore, festgelegt.
Die Radumdrehungsgeschwindigkeit oder,etwas unexakter, die Radgeschwindigkeit nimmt
von oben nach unten in Fig. 2 ab.
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Zum Zeitpunkt t1 beginnt ein Bremsvorgang durch Einsteuern eines Bremsdruckes.
Das entsprechende Rad wird hierbei verzögert. Der Bremsdruck wird solange erhöht,
bis die Radbeschleunigung zum Zeitpunkt t den Schwellwert YS erreicht hat. Befindet
sich die Radgeschwindigkeit in in/der ersten drei "Geschwindigkeitskorridore" von
v - V3, so wird zu diesem Zeitpunkt der vorhandene Bremsdruck gehalten, was beispielsweise
dadurch geschieht, daß bei ohnehin geschlossenem Auslaßventil das Einlaßventil geschlossen
wird. Wie die Kurve PR1 der Fig. 3 zeigt, kann die Phase des Druckhaltens sehr lange
dauern und eventuell sogar während des gesamten Bremsvorganges.
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Ist dieser gehaltene Bremsdruck für den weiteren Bremsverlauf zu groß,
beispielsweise,wenn sich der Haftwert verschlechtert, so sind folgende Fälle denkbar:
a) die Radbeschleunigung nimmt weiter ab und unterschreitet den Schwellwert YO.
Dieser Schwellwert ist betragsmäßig relativ groß gewählt, so daß bei Erreichen dieses
Schwellwertes akute Blockiergefahr besteht. In diesem Falle wird der vorhandene
Bremsdruck schn-ell abgesenkt was beispielsweise durch vollständiges Öffnen des
inlaßventiles geschieht. Hiermit ist
die Startphase beendet, und
der weitere Regelzyklus verläuft nach Regelkriterien, die nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung sind.
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b) Der Schwellwert Y0 wird nicht erreicht, die Differenzgeschwindigkeit
iSv zwischen Bezugsgeschwindigkeit und Radgeschwindigkeit vergrößert sich jedoch
so weit, daß das entsprechende Rad sehr langsam dreht und ebenfalls kurz vor dem
Blockieren steht. In diesem Falle wird in dem "Geschwindigkeitskorridor" von v3
- V4 der Bremsdruck langsam abgesenkt, was durch impulsförmiges Ansteuern des Auslaßventiles,
sog. "Pulsen" erfolgt.
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Ist dagegen die Radgeschwindigkeit kleiner als V4 und damit v recht
groß, so wird der Bremsdruck rasch abgesenkt.
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Als weiterer Fall ist denkbar, daß der zum Zeitpunkt t5 vorhandene
Bremsdruck sich beim weiteren Bremsverlauf als zu klein herausstellt, so daß das
Rad wieder hochbeschleunigt und der Schlupf abnimmt. Dieser Zustand wird dadurch
erkannt, daß die Radbeschleunigung einen positiven Schwellwert YM überschreitet.
In diesem Falle wird der Bremsdruck langsam, d.h. gepulst, angehoben, bis der Schwellwert
YM wieder unterschritten wird. Der zu diesem Zeitpunkt vorhandene Bremsdruck wird
dann wieder gehalten. Diese Maßnahme erfolgt jedoch nur dann, wenn sich die Radgeschwindigkeit
in dem ersten Geschwindigkeitskorridor von v - v1 befindet. Anderenfalls werden
die entsprechenden, oben beschriebenen Maßnahmen ergriffen.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen in der Praxis erhaltene Meßwerte eines vierachsigen
Schienenfahrzeuges. Mit dem Index 1 ist die vordere Achse des vorderen Drehgestelles,
mit dem Index 2 die hintere Achse des vorderen Drehgestelles, mit dem Index 3 die
vordere Achse des hinteren
Drehgestelles und mit dem Index 4 die
hintere Achse des hinteren Drehgestelles bezeichnet. Die Kurve V Fz bezeichnet die
tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem ungebremsten Meßrad abgegriffen
wurde. v bezeichnet die sog. fiktive Geschwindigkeit, die in bekannter Weise eine
Nachbildung der bei üblichen Fahrzeugen nicht erhältlichen Fahrzeuggeschwindigkeit
darstellt. Der Deutlichkeit halber sind in den Fig. 3 und 4 die einzelnen Kurven
versetzt zueinander gezeichnet.
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Für einen korrekten Maßstab müßten die jeweiligen Anfangspunkte der
Kurven zum Zeitpunkt t1 von einem gemeinsamen Punkt aus starten. Der zeitliche Maßstab
der Fig. 3 und 4 stimmt jedoch überein. Besonders hervorzuheben ist der Verlauf
des ersten Rades, bei dem der Bremsdruck nach dem anfänglichen Anheben während des
gesamten Bremsvorganges konstant gehalten wird. Die zugehörige Radgeschwindigkeit
VR1 läßt gleichwohl Schwankungen erkennen, die auf sich ändernden Haftwert zwischen
Rad und Schiene schließen lassen. Diese Anderungen sind jedoch nicht so stark, daß
eines der oben erwähnten Kriterien für eine Änderung des Bremsdruckes erreicht werden.
Die übrigen Räder zeigen dagegen mehr oder weniger starke Geschwindigkeitseinbrüche
und die entsprechenden Gegenmaßnahmen. Allerdings zeigt auch das dritte Rad eine
relativ lange, stabile Periode,bei der Änderungen des Bremsdruckes nicht erforderlich
sind.
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Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Bremskraftregelkreises. Mit "1" ist ein mit dem entsprechenden Rad mechanisch gekoppelter
Radgenerator bezeichnet, der drehzahlproportional kodierte Signale abgibt. Bei den
heute üblichen Radgeneratoren wird ein impulsförmiges Signal ausgeqeben, dessen
Frequenz der Radumdrehungsgeschwindigkeit proportional ist. Dieses mit "Radgeschwindigkeitssignal"
be-
zeichnete Signal wird einem Kondensatorentladeschaltkreis 2
bekannter Bauart zugeführt, wo das Signal v gebildet wird. Dieses Signal wird zusammen
mit dem Radgeschwindigkeitssignal vR einem Vergleicher 3 zugeführt, der ein Differenzsignal
A v, das der Differenz der Eingangssignale entspricht, abgibt. Die Signale VR und
zu v werden einem Komperator 4 zugeführt und dort mit Signalen aus einem Bezugswertgeber
5 verglichen. Der Bezugswertgeber 5 enthält die Schwellwerte für die genannten Geschwindigkeitskorridore,
d.h. die Werte v1 - V4. Die Ausgänge des Komperators 4 führen Signale, die den entsprechenden
Geschwindigkeitskorridor bezeichnen bzw. die geschilderten Kriterien. Diese Signale
werden einer Auswerteschaltung 6 zugeführt.
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Weiterhin wird das Radgeschwindigkeitssignal aus dem Radgenerator
1 einem Differenzierschaltkreis 11 zugeführt, an dessen Ausgang ein der Radbeschleunigung
proportionales Signal (vgl. Figur 1) erscheint. Dieses Signal wird in einem weiteren
Komperator 7 mit den Beschleunigungsschwellwerten YS YV aus einem Bezugswertgeber
8 verglichen. In Abhängigkeit von diesem Vergleich erscheinen auf den Ausgangsleitungen
des Komperators 7 entsprechende Signale, die anzeigen, welches der Beschleunigungskriterien
erfüllt ist.
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Diese Signale werden ebenfalls der Auswerteschaltung 6 zugeführt.
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Die Auswerteschaltung 6 führt die in der Tabelle der Fig. 2 angegebenen
logischen Operationen durch und gibt auf ihren Ausgangsleitungen entsprechende Signale
zur Steuerung von Bremsventilen 10 aus. Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein Impulsgeber
bezeichnet, der eine impulsförmige Ansteuerung der Bremsventile 10 für ein langsames
Druckanheben bzw. Druckabsenken steuert.
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Anhand der Tabelle der Fig. 2 ist es ohne erfinderisches Zutun möglich,
die Auswerteschaltung 6 schaltungstechnisch mit herkömmlichen Bauteilen zu realisieren,
so daß eine detailliertere Beschreibung der Auswerteschaltung 6 hier nicht erforderlich
ist.
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Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein blockiergeschützter
Bremskraftregelkreis geschaffen, mit dem die Bremswege des Fahrzeuges deutlich verkürzt
werden können. Der wesentliche Grundgedanke liegt darin, daß nach Erreichen einer
ersten (negativen) Beschleunigungsschwelle der zu diesem Zeitpunkt vorhandene Bremsdruck
gehalten wird und nicht - wie beim Stand der Technik - bereits abgesenkt wird.
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Man läßt damit das überwachte Rad relativ große Schlupfwerte erreichen,
was zu einer besseren Ausnutzung des möglichen Haftwertes führt. Obwohl die genauen
physikalischen Vorgänge zwischen Rad und Fahrbahn in Abhängigkeit vom Schlupf noch
nicht bekannt sind, ist zu vermuten, daß durch den relativ hohen Schlupf zwischen
Rad und Fahrbahn ein Aufrauhen oder "Putzen" der Fahrl,ahn und 1 () der der Lauffläche
der Räder erfolgt, was einen weiteren Anstieg des Haftwertes zur Folge hat.
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Sämtliche in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren beschriebenen
technischen Einzelheiten kö-nnen sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.