-
-
Einrichtung zum Bestimmen des Raddurchmessers eines
-
Schienenfahrzeuges ~ Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zum Bestimmen des Raddurchmessers eines Schienenfahrzeugs unter Verendung mindestens
eines Radimpulsgebers sowie Zählern und Speichern zum Ermitteln und Festhalten bestimmter
Zählraten des Radimpulsgebers beim Durchlaufen einer vorgegebenen Meßstrecke.
-
Zum Bestimmen des von einem Fahrzeug zurückgelegten Weges ist es üblich,
die beim Durchlaufen dieses Weges von einem nicht angetriebenen Fahrzeugrad ausgeführten
Radumdrehungen zu zählen und die ermittelten Zählraten mit dem Umfang des betreffenden
Rades multiplikativ zu verknüpfen. Der dabei ermittelte Wert für den zurUckgelegten
Fahrweg ist umso genauer äe genauer die Drehzahl bestimmt ist und äe genauer der
tatsächliche Umfang des in die Berechnung einbezogenen Fahrzeugrades mit dem rechnerisch
berücksichtigten Umfangswert übereinstimmt. Durch Verschleiß der Eahrzeugräder wird
der in die Rechnung einbezogene Wert des Radumfanges immer mehr oder weniger abweichen
von dem tatsächlichen Radumfang des Rades, dessen Radumdrehungen gezählt werden.
-
Dort, wo eine relativ genaue Fahrwegbestimmung erforderlich ist, wie
beispielsweise im Eisenbahnwesen, wird deshalb bei der Weg- und Geschwindigkeitsmessung
eine sogenannte "Raddurchmesseranpassung" vorgenommen (SIGNAL UND DRAHT 65 (1973)
12, Seite 219 bis 224). Aufgabe der 11Raddurchmesseranpassung" ist es, die ermittelten
Meßergebnisse an die unterschiedlichen Raddurchmesser der Fahrzeuge anzupassen Dies
geschieht dadurch, daß ein oder mehrere Impulse einer Impulsfolge, die durch Vervie
Afachung
von drehzahlabhängicn lvadimpulsen gebildet wurden, bei der Auswertung der jeweils
ermittelten Impulsraten unterdrückt werden. Die Zahl der unterdrückten Impulse ist
umso größer, je kleiner der Raddurchmesser ist. Damit wird der Wegmeßeinrichtung
pro Radumdrehung eine dem jeweiligen tatsächlichen Umfang des Fahrzeugrades entsprechende
Impulszahl zugeführt, so daß eine exakte Wegmessung möglich ist. Voraussetzung ist
allerdings, daß das in die Messung einbezogene Fahrzeugrad während des Meßvorganges
nicht schleudert oder gleitet.
-
Bisher wird die "Raddurchmesseranpassung" durch das Wartungspersonal
vorgenommen. Die Einstellung erfolgt digital durch einen Schalter; jede Schalterstellung
entspricht einem bestimmten Raddurchmesser. Der Wartungsbeamte muß den tatsächlichen
Raddurchmesser mittels einer Schieblehre bestimmen und stellt dann an Hand einer
Tabelle die jeweils auszublendende Impulszahl ein.
-
Diese Art der Anpassung des zu berücksichtigenden Zählergebnisses
an den jeweiligen Raddurchmesser eines Fahrzeugs hat den Nachteil, daß diese nur
in relativ großen zeitlichen Abständen aktualisiert wird, so daß mit zunehmendem
zeitlichen Abstand zur jeweils letzten Wartung eines Fahrzeugs die systembedingten
Ortungs-und Geschwindigkeitsmeßfehler zunehmen, d.h. die-Qualität der Fahrzeugsteuerung
nimmt ab. Außerdem ist die-Raddurchmesseranpassung jeweils abhängig von der Sorgfalt
des jeweiligen Wartungsbeamten und von der Genauigkeit der verwendeten Meßeinrichtungen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Bestimmen
des Raddurchmessers eines Schienenfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 anzugeben, die selbsttätig den jeweils interessierenden Raddurchmesser bestimmt
und damit eine
laufcnde Raddurchmesseranpassung möglich macht, die
unabhängig ist von der Sorgfalt eines Wartungsbeamten und unabhängig von irgendwelchen
Bedienungshandlungen eines Fahrzeugführers. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll
ausschließlich durch handelsübliche Bauelemente realisierbar sein, also keine speziell
auf den vorliegenden Anwendungsfall zugeschnittenu Logik- oder Funktionsgruppen
beiShaltens und sie soll mit nur geringen in der Praxis vernachlässigbaren Meßfehlern
behaftet sein.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruches 1.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung
sieht vor, daß der Wert des jeweils ermittelten Raddurchmessers dem Steuereingang
eines der Wegmeßeinrichtung des Fahrzeugs vorgeschalteten Teilers zugeführt ist
und so automatisch die Einbeziehung des jeweils aktuellen Raddurchmessers in die
Fahrzeugsteuerung ermöglicht.
-
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen
Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Figur 1 der Zeichnung zeigt eine Meßstrecke mit den streckenseitigen
Schalteinrichtungen und ein sich dieser Meßstrecke näherndes Fahrzeug mit einem
von den Schalteinrichtungen beeinflußbaren Aufnehmer und Figur 2 in Form eines Blockschaltbildes
den auf dem Fahrzeug angeordneten Teil der Einrichtung zum Bestimmen des Raddurchmessers.
-
Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 zeigt schematisch ein auf einer
Fahrschiene FS laufendes zweirädriges Fahrzeug F kurz vor einer-fUr die selbsttätige
Bestimmung des Raddurchmessers des Fahrzeugs eingerichteten Meßstrecke s. Diese
Meßstrecke wird begrenzt durch ortsfeste Schalteinrichtungen S1 am Anfang und S2
am Ende der Meßstrecke. Diese Schalteinrichtungen sind so ausgebildet, daß sie auf
einen am Fahrzeug F angebrachten Aufnehmer FG wirken und diesem das Erkennen des
Meßstreckenanfangs und des Meßstreckenendes ermöglichen.
-
An dem vorderen Rad Ri des Fahrzeugs ist in bekannter Weise ein Radimpulsgeber
ii angebracht, der beispielsweise bei jeder vollständigen Radumdrehung 64 Impulse
ausgibt, die für die Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf dem Fahrzeug verwendet
werden. Der Durchmesser D des in die Messung einbezogenen Fahrzeugrades soll bestimmt
werden.
-
In Figur 2 sind die hierzu auf dem Fahrzeug erforderlichen Einrichtungen
schematisch dargestellt. Sobald der fahrzeugseitige Aufnehmer FG die den Anfang
der Meßstrecke s kennzeichnende Schalteinrichtung S1 (Figur 1) passiert, schaltet
eine Steuereinrichtung St Potential auf den Setzeingang eines Zählers Z1 und veranlaßt
damit das Registrieren der ab diesem Zeitpunkt vom Radimpulsgeber i7 abgegebenen
Radimpulse durch den Zähler Zi. Gleichzeitig mit dem Wirksamschalten des Zählers
Zi veranlaßt die Steuereinrichtung das Rücksetzen eines dem Zähler Z1 nachgeschalteten
Speichers SP1 sowie das Rücksetzen eines weiteren Zählers Z11, der später erläutert
ist. Passiert das Fahrzeug mit seinem Aufnehmer FG die am Ende der Meßstrecke s
angeordnete Schalteinrichtung S2, so veranlaßt die Steuereinrichtung St durch Beaufschlagung
des Setzeinganges des Speichers SP1 die Ubernahme der bis zu diesem Zeitpunkt vom
Zähler Z1 registrierten Radimpuls-Zählrate in diesen Spei-
cher.
Im Anschluß daran veranlaßt die Steuel'eini'ichtung das Rücksetzen des Zählers Z1,
der damit in die Grundstellung gelangt, die er für einen späteren erneuten Meßvorgang
benötigt.
-
Im Anschluß daran veranlaßte die Steuereinrichtung St die Aufschaltung
der von einem hochfrequenten Taktgeber G abgegebenen Taktimpulse auf den Signaleingang
f eines voreinstellbaren Teilers T1. Der Einstelleingang K dieses Teilers ist vom
Ausgangs signal des Speichers SP1 beaufschlagt. Wirksamgeschaltet wird der Teiler
T7 durch das Ausgangssignal eines Zeitgliedes T. Dieses Zeitglied ist digital steuerbar
und auf eine vorgegebene Verarbeitungszeit t eingestellt, auf deren Dauer noch näher
einzugehen ist. Während der vorgegebenen Verarbeitungszeit t veranlassen die hochfrequenten
Taktimpulse des Taktgebers G das schrittweise Zurückschalten des Teilers T7 aus
der durch das Ausgangssignal des Speichers SP1 gegebenen Schaltstellung bis auf
den Wert null. Beim Erreichen der Nullstellung gibt der Teiler T1 einen Ubertragimpuls
an einen nachgeschalteten weiteren Zähler Zil und übernimmt denn erneut die vom
Speicher SPi her anliegende Impulsrate über seinen Einstelleingang K. Aus der durch
die ermittelte Impulsrate gegebene Zählstellung wird der Teiler Ti erneut durch
die hochfrequenten Taktimpulse des Taktgebers zurUckgestellt 9 wobei beim Erreichen
der Nullstellung erneut ein Übertrag gebildet wird. Dieser Vorgang wiederholt sich
fortlaufend so lange, bis die dem Zeitglied T eingeprägte Verarbeitungszeit t abgelaufen
ist und das Zeitglied T den Teiler T1 unwirksam schaltet.
-
Der dem Teiler T1 nachgeschaltete weitere Zähler Zil summiert die
ihm vom Teiler zugeführten Ubertragimpulse solange wie der Teiler durch das Zeitglied
T wirksamgeschaltet ist. Nach Ablauf der vorgegebenen Verarbei-
tungszeit
t ist der weitere Zähler Zil in eine Zählstellung gelangt, die durch die Summe aller
ihm zugeführten Ubertragimpulse gegeben ist. Das Zählergebnis gelangt u.a. auf eine
nachgeschaltete Anzeigeeinrichtung Al. Wie nachfolgend näher erläutert wird, ist
das der Anzeigeeinrichtung Al zugeführte Zählergebnis des weiteren Speichers Zil
bei geeigneter Dimensionierung des Zeitgliedes T gleich dem zu bestimmenden Raddurchmesser
des den Radimpulsgeber il steuernden Fahrzeugrades in Millimetern.
-
Für die Bemessung der Meßstrecke und der durch das Zeitglied T vorgegebenen
Verarbeitungszeit t gelten folgende Überlegungen: Nach dem Passieren der Meßstrecke
s hat der Zähler Zl eine bestimmte Anzahl zl von Radimpulsen registriert. Es gilt:
(1) zu s = z1 m as, worin A s die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radimpulsen
vom Fahrzeugrad zurückgelegte Wegstrecke ist. Diese Wegstrecke folgt der Beziehung
(2) - Der n Hierin sind D der zu bestimmende Raddurchmesser und n die Anzahl der
von einem oder mehreren zugeordneten Radimpulsgebern je Radumdrehung ausgelösten
Radimpulse.
-
Aus diesen Gleichungen folgt (3) s = z1 . D . # bzw.
-
n (4) D = s . n z1 . # Die nach dem Durchfahren der Meßstrecke s
im Zähler Z1 anstehende Zählrate zl ist damit dem zu bestimmenden Raddurchmesser
D umgekehrt proportional. Für die Be-
sti.mung oes Raddurchmessers
D ist es daher erforderlich, den Kehrwert dieser Zählrate zu bilden. Technisch geschieht
dies bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch Beaufschlagen des dem Zähler Zi
nachgeschalteten Teilers T1 mit der Zählrate zl des Zählers und den hochfrequenten
Taktimpulsen des Taktgebers G. Die dabei innerhalb einer vorgebbaren Verarbeitungszeit
t am Ausgang des Teilers abgreifbaren Übertragimpulse werden von dem nachgeschalteten
Zähler Zil registriert.
-
Seine Zählrate folgt der Beziehung (5) zil = t f zl worin f die Taktfrequenz
des Taktgebers G ist.
-
Wenn nun die Zählrate zll des weiteren Zählers Zil gleich dem zu bestimmenden
Durchmesser D in der Maßreinheit Millimeter des beobachteten Fahrzeugrades sein
soll, muß - ausgehend von den Gleichungen (4) und (5) -folgende Bedingung erfüllt
sein: (6) t.f = |s . n| z1 z1.# Hieraus folgt (7) t = d.h. der Teiler T1 wird nach
dem Aufschalten der Zählrate z1 für diese Verarbeitungszeit t durch die hochfrequenten
Taktimpulse des Taktgebers beaufschlagt und er liefert in dieser Zeit gerade soviele
Übertragimpulse an den nachgeschalteten weiteren Zähler, daß dessen Zählrate zil
genau dem zu bestimmenden Raddurchmesser D in mm entspricht.
-
Prinzipiell kann die Meßstrecke jeden beliebigen Wert annehmen wenn
sie nur lang genug ist im Verhältnis zum Durchmesser des zu bestimmenden Fahrzeugrades.
Wählt man die Meßstrecke so, daß für ein Fahrzeugrad mit einem
Solldurchmesser
DN einc bestimmte Anzahl von Radimpulsen ausgelöst werden, dann vereinfacht sich
der Bestimmungsausdruck fUr die Verarbeitungszeit t. Es gilt dann (8) s =#sN . z1N
worin z1N die Anzahl der beim Durchlaufen dieser Meßstrecke ausgelösten Radimpulse
und #sN die von diesem Fahrzeugrad zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radimpulsen
zurückgelegte Wegstrecke ist.
-
Hieraus folgt unter Berücksichtigung von (2)
Wird dieser Bestimmungsausdruck in Gleichung (7) eingesetzt so ergibt sich (10)
t = 1/f. |DN . z1N| Wählt man z.B. die Meßstrecke s = 900 . #sN mit DN = 900 mm
, legt man die Taktfrequenz f des Taktgebers auf 10 MHz fest und verwendet man einen
Radimpulsgeber, der je Radumdrehung n = 64 Radimpulse auslöst, so ergibt sich für
die Verarbeitungszeit t = . 900 . 900 = 81 ms und für die 107 Meßstrecke s = 900
900' 1 - 39760,781 mm.
-
64 Der Vorteil, der sich aus der Vorgabe einer nach Gleichung (8)
festgelegten Meßstrecke ergibt, ist der , daß für die Verarbeitungszeit t ganzzahlige
Werte zu bestimmen sind und daß diese Werte problemlos durch digital steuerbare
Zeitglieder vorgebbar sind.
-
In Figur 2 ist der Ausgang des weiteren Zählers Z11 außer auf die
Anzeigeeinrichtung A1 auch auf den Steu-
ereingang eines Digital-Analogwandiera
U geführt. Dieser Digital-Analogwandler dient dazu, die vom Radimpulsgeber kommenden,
in einer Multiplizierstufe M vervielfachten Radimpulse in einen analogen Wegstreckenwert
umzusetzen und einem Wegzähler W zuzuführen. Das dem Umformer U zugeführte Ausgangssignal
des weiteren Zählers Zil soll dazu dienen, abhängig vom jeweiligen Raddurchmesser
einen oder einige der vom Umsetzer verarbeiteten Radimpulse auszublenden und so
das Ergebnis der Wegmessung außer von der Anzahl der ausgegebenen Radimpulse selbsttätig
auch vom Durchmesser des in die Messung einbezogenen Fahrzeugrades abhängig zu machen.
-
Im linken Teil der Figur 2 sind diejenigen Schaltmittel dargestellt,
die auf dem Fahrzeug benötigt werden, wenn aus irgendeinem Grunde zusätzlich zu
einem ersten Raddurchmesser noch der Durchmesser eines weiteren Fahrzeugrades ermittelt
werden soll. Wie die Zeichnung zeigt, werden diese Schaltmittel jeweils parallel
zu den entsprechenden Schaltmitteln im rechten Teil der Figur 2 angeordnet und durch
die diese Schaltmittel steuernden Signale gesteuert.
-
2 Figuren 4 Patentansprüche
Leerseite