DE3224381A1

DE3224381A1 - Steuergeraet fuer fahrzeugantrieb und betriebsverfahren

Info

Publication number: DE3224381A1
Application number: DE19823224381
Authority: DE
Inventors: Thomas C. North Huntingdon Pa. Matty; John D. Pittsburgh Pa. Strong
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1983-01-13
Also published as: IT1157878B; KR840000398A; CA1183240A; ES8308772A1; GB2103835A; IT8241612A1; IT8241612A0; ES513648A0; JPS589505A; FR2508854A1; US4410947A; BR8203807A

Description

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT

D-4OOO DÜSSELDORF ! · SCHAIlOWPLA YY 9 VNR: 109126

Düsseldorf,

49,625 ²⁹· ^{Juni 1982}

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

■ Steuergerät für Fahrzeugantrieb und Betriebsverfahren

Die Erfindung betrifft die Steuerung von Transit-Fahrzeugen, und insbesondere beschäftigt sie sich mit der Steuerung der Zugkraft von Transit-Fahrzeugen, wenn aus irgendeinem Grunde ein Verlust an Zugkraft auftritt.

In einem Aufsatz mit dem Titel "Alternative Systems For Rapid Transit Propulsion And Electrical Braking", veröffentlicht in der Zeitschrift "Westinghouse Engineer", März 1973, wird auf den Seiten 34 bis 41 eine Thyristor-Zerhacker-Steuerung für den Antrieb und das elektrische Bremsen von Transit-Fahrzeugen beschrieben. Der Thyristor-Zerhacker liefert ein Antriebssystem, das hinsichtlich Glattheit und Leichtigkeit der Aufrechterhaltung einer gegebenen Geschwindigkeit überlegen ist/ wobei das letztgenannte Merkmal besonders für die automatische Zugsteuerung gewünscht wird.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, einen Fahrzeugantriebsmotor mit einem programmierten Mikroprozessor zu betreiben, der einen Zerhacker steuert, welcher den durchschnittlichen Strom dieses Antriebsmotors festlegt, wie in der US-Patentschrift 40 95 153 beschrieben wird.

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Aus dem Stand der Technik ist bekannt/ ein Schlupf-Gleit- . ' Steuersystem für ein Fahrzeug, wie beispielsweise einen Transit-!

Wagen, zu schaffen, wie es beschrieben wird in einem Aufsatz,
der in der Zeitschrift "The Westirighouse Engineer", September · : 1970, auf den Seiten 143 bis 149 erschienen ist, bei dem dann, ' wenn ein Paar von Rädern Schlupf aufweisen oder gleiten, korrigierende Maßnahmen ergriffen werden, um die Zug- oder Bremswirkung zu reduzieren, die auf die Achse ausgeübt wird, um so , den Rädern zu ermöglichen, die der Zuggeschwindigkeit äquivalente Geschwindigkeit wiederzuerlangen. Die gewünschte Zug- \ oder Bremskraft wird dann erneut angelegt. j

Die US-Patentschrift 30 69 606 offenbart die Verwendung eines ^; Hilfsfeldes für einen Gleichstrom-Antriebsmotor, angeordnet

in einem Brückenschaltkreis und wirksam mit einem .Zugfahrzeug, |

um auf Differenzen in der Geschwindigkeit von ausgewählten ί

Motoren zu reagieren, um so die Motorgeschwindigkeit zu begren- ;

zen und dadurch den Motor gegen übermäßige Spannung und über- |

mäßige Geschwindigkeit zu schützen. i

Die US-Patentschrift 37 83 339 offenbart die Lieferung von ·.

zwei Tachometern, die mit einem sich bewegenden Fahrzeug ver- I koppelt sind, derart, daß der Ausgang des ersten Tachometers
dem Signal voraneilt, das von dem zweiten geliefert wird, wenn
das Fahrzeug sich in Vorwärtsrichtung bewegt, während der Ausgang des zweiten Tachometers dem Signal vorauseilt, das von
dem ersten Tachometer geliefert wird, wenn das Fahrzeug in
umgekehrter Richtung sich bewegt, um auf diese Weise die Bewegung des Fahrzeuges zu kontrollieren.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Antriebssteuergerät für ein Fahrzeug, das yon einem Zugkraft-Anforderungssignal gesteuert wird und das zumindest zwei Stützräderanordnungen besitzt, die mit einer Schiene zusammenarbeiten,
wobei entsprechende, Geschwindigkeitssignale liefernde Tachometer mit jeder der Radanordnungen verkoppelt sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zugkraft des . Transit-Fahrzeuges so zu steuern, daß die beim Auftreten von . Schlupf oder Gleiten notwendig werdende Zugkraftverringerung so durchgeführt und die Zugkraft derart wiederangelegt wird, daß der Verlust bezüglich des Produktes von Zugkraft .und Zeit möglichst klein bleibt. Gelöst wird die Aufgabe durch Einrichtungen, die auf das Zugkraft-Anforderungssignal reagieren, um selektiv Zugkraft an zumindest zwei Radanordnungen auf unter-. schiedlichen Achsen des Fahrzeuges anzulegen, Einrichtungen ; zum Abfühlen einer vorbestimmten Differentialgeschwindigkeitsbeziehung zwischen den zwei Radanor.dnungen des Fahrzeugs, die sich aus irgendeinem Auftreten von Zugkraftverlust zwischen zumindest einer derartigen Radanordnung und der Schiene ergibt, Einrichtungen, um einen ersten Pegel von angelegter Zugkraft ' zu speichern, wenn der Verlust von Zugkraft aufgetreten ist; _; und Einrichtungen zum Wiederanlegen der Zugkraft mit einer ersten Beschleunigungsrate über zumindest eine der Radanordnungen gemäß einer vorbestimmten Beziehung mit dem ersten Pegel von : angelegter Zugkraft.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird aufgrund einer abgefühlten vorbestimmten Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Räder eines sich bewegenden Fahrzeuges, gemäß der Feststellung von entsprechenden Tachometern, die mit den Fahrzeugrädern verkoppelt sind, bei Auftreten eines Verlustes an Zugkraft eine Reduktion der Antriebsmotorströme vorgenommen und dann wiederangelegt in einer oder mehreren angepaßten gesteuerten Raten gemäß der Höhe der Zugkraft, bei der der Verlust aufgetreten ist, um so den sich ergebenden Verlust bezüglich des Produktes aus Zugkraft und Zeit möglichst klein zu machen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in Form einer Funktionsdarstellung ein bekanntes Antriebsmotor-Steuergerät bezüglich der Eingangssi-¹-gnale und der Ausgangssignale, die mit dem Motorsteuergerät zusammenarbeiten;

Fig. 2 den Betrieb eines Schlupf-Gleit-Steuergerätes gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Transit-Fahrzeuges gemäß dem Stand der Technik im Zusammenwirken mit einer Fahrspur;

Fig. 4 eine Bodenansicht eines Transit-Fahrzeuges gemäß dem Stand der Technik, einschließlich einem Geschwindigkeits-Abfühltachometer, der mit jeder motorangetriebenen Rad- und Achsenanordnung verkoppelt ist;

Fig. 5 schematisch den Betrieb der Schlupf-Gleit-Steuerung [ gemäß dem Stand der Technik für ein Antriebsmotor- i Steuergerät in Übereinstimmung mit der Signalbetriebs-¹ weise der Fig. 1; . !

Fig. 6 schematisch die erfindungsgemäße Schlupf-Gleit-Steuer-, operation für ein Antriebsmotor-Steuergerät/ ein- : schließlich der Lieferung einer Vielzahl von Radge- j schwindigkeitssignalen an die Schlupf-Gleit-Brems- ; Misch-Steuerung; j

Fig. 7 eine modifizierte Betriebsweise des erfindungsgemäßen Schlupf-Gleit-Steuergerätes; und

Fig. 8 eine Erläuterung einer anderen Modifikation des erfindungsgemäßen Schlupf-Gleit-Steuergerätes.

In Fig. 1 ist eine Funktionsdarstellung eines zum Stand der Technik gehörenden Fahrzeug-Motor-Steuergerätes dargestellt, und zwar bezüglich den Eingangssignalen und den Ausgangssignalenp

die allgemein damit arbeiten und einschließlich einem CPU-Mikroprozessor 94, der mit einem programmierbaren Speicher 96, PROM,. und einem Notizblockspeicher 98, RAM, mit beliebigem Zugriff zusammenarbeitet, der für die Zwischenspeicherung vorgesehen ist. Ein geeignetes Anwendersteuerprogramm ist in dem programmierbaren Speicher 96 gespeichert. Der Mikroprozessor 94 kann ein Prozessor des Typs INTEL (Handelsname) 8080 sein, der Speicher 98 mit beliebigem Zugriff kann ein Speicher des Typs INTEL ■8108 sein, und der programmierbare Speicher 96 kann ein programmierbarer Festwertspeicher des Typs.INTEL 1702 sein, welche Bauelemente·am freien Markt gegenwärtig zur Verfügung stehen.

Es gibt vier erläuterte allgemeine Kategorien von Eingangsund Ausgangssignalen bezüglich der prozessorgesteuerten Betriebsweise eines Transit-Fahrzeuges,

Die digitalen Eingangssignale werden über den digitalen Eingang 100 von dem Transit-Fahrzeug geliefert und umfassen das Schlupf-Gleit-Signal SLIP, das thermische Überlastungssignal eines Thyristor-Temperatur-Sensors, THOUL, sowie ein oder mehre-. re Leistungskreis-Zustandsanzeigesignale LCOC.

Die analogen Eingangssignale werden über den analogen Eingang 102 geliefert und umfassen den ersten Antriebsmotorzweigstrom 11, den zweiten Antriebsmotorzweigstrom 12, den Leitungsstrom IL, die Leitungsspannung LV, das primäre Leistungsanforderungs- oder Bremsanforderungssteuersignal P, ein lastbewertetes Stromanforderungssignal IRW bezüglich des Luftdrucks in den Fahrzeugstützgliedern, das analoge Phasensignal IP und das Fahrzeug-Ist-Geschwindigkeitssignal S.

Die digitalen Ausgangssignale werden über den digitalen Ausgang 104 zu dem gesteuerten Transit-Fahrzeug geliefert und : umfassen das Leitungsschalter-Steuersignal LS, das Leistungs-

■ bremsbetriebs-Steuersignal P/B, das Feldnebenschluß-Steuer-

■ Signal FS, das erste Bremswiderstands-Steuersignal BC1 , das

' zweite Bremswiderstands-Steuersignal BC2, das dritte Bremswider-

stands-Steuersignal BC3, das vierte Bremswiderstands-Steuersi- ; gnal BC4, das Phasen-Null-Steuersignal $_Q<, das Taktsignal BOOST,j das EIN-Unterdrückungs-Steuersignal SüPP und das Null-Geschwin- _f digkeitssignal ZS.

Das analoge Ausgangsstrom-Anforderungssignal 1+ wird über den analogen Ausgang 106 geliefert, der zu einer analogen Phasensteuerung 108 führt, die so aufgebaut ist, daß sie das Steuersignal ON liefert, um den Zerhacker-Thyristor T1 zu zünden, das Steuersignal OFF, um den kommutierenden Zerhacker-Thyristor T2 zu zünden, das Steuersignal T5 für den T5-Thyristor in dem Antriebsmotor-Steuerzerhacker-Gerät, das Thyristor-Steuersignal T6 und das analoge Phasenanzeigesignal IP, das zum analogen Eingang 102 läuft. Die mit dem Umschalten des.Zerhackers in den eingeschalteten und in den ausgeschalteten Zustand (ON, OFF) verknüpfte Zeitperiode liegt bei einer konstanten Frequenz; von 283 Hz, welche Frequenz das Taktzeitintervall für den Programmzyklus und für die überprüfung der Betriebsweise des Pro- ' zessors definiert. Während eines jeden der 283 Zeitintervalle \ pro Sekunde läuft der Programmzyklus durch das Anwenderprogramm.; Beim Stand der Technik mußten einige der Eingangssignale gefiltert werden, um die Effekte von Rauschspannungsspitzen und Storimpulsen u. dgl. zu verlangsamen, das Computerprogramm tastet jedoch nunmehr die Eingangssignale 283 mal in jeder Sekunde ab, so daß, wenn gewünscht, jedes Signal während eines .j jeden Programmzyklus überprüft werden kann, und wenn das Signal , in gleicher Höhe wie vorher verblieben ist, kann die richtige ; Antwort geliefert werden.

Die Hauptsteuerung liefert eine Zugkraft-Anforderung an das Zugsteuersystem, das mit jedem Fahrzeug zusammenarbeitet, und liefert ein P-Signal, das eine gewünschte Antriebskraft auswählt Dieses Signal läuft von 0 bis 100 itiA und legt fest, wievieJL Antriebskraft oder Bremskraft von einem bestimmten Zugfahrzeug erwünscht wird. Das P-Signal wird decodiert, um den richtigen Motorstrom festzulegen und dadurch die richtige Zugkraft zu erzeugen. Außerdem gibt es ein Bestätigungssignal, das als

BRK-Signal bezeichnet wird, welches festlegt, wann die Antriebsleistung oder die Bremskraft angelegt werden soll. Der Zweck des BRK-Signals liegt darin, die Leistungsumschaltung zur richtigen Zeit zu steuern, um so zu verhindern, daß ein Wagen gebremst wird, während ein anderer Wagen sich im Antrieb befindet. Kontaktschlüsse in der Leistungsschaltung werden festgestellt, um sicherzustellen, daß die Leistungskontakte in richtiger Stellung sind, und um die Einstellungen in der logischen Verknüpfungsschaltung neu einzustellen. Beispielsweise wird beim Feldnebenschlußbetrieb die Höhe des Motorstromes so eingestellt, daß ein unerwünschtes physikalisches Rütteln des Fahrzeugs verhindert wird. Eine Sicherheitsablesung des P-Signalpegels wird so durchgeführt, daß dann, falls das P-Signal verloren ist, die Zugsteuerung automatisch in den Bremsbetrieb übergeht. Das bekannte Antriebssteuergerät stellt fest, welche Schalter zu schließen sind und wann diese Schalter zu schließen

sind, um die Leistungsschaltung in richtiger Weise zu modifizieren. Ein dynamisches Bremsruckführungssignal DBFB wird zu der mechanischen Bremssteuerung vom analogen Ausgang 106 geliefert, um eine korrekte Verteilung der mechanischen Bremsung zu erlangen, die notwendig ist, um den Verzögerungspegel aufrechtzuerhalten, der von dem P-Signal erfordert wird. Das P-Signal ist in Wirklichkeit ein Fahrzeugbeschleunigungs- oder Abbremsungs-Anforderungssignal.

Das in Fig. 1 dargestellte Antriebssteuergerät liefert Ausgangsimpulse an die Hauptleistungsthyristoren, um diesen mitzuteilen, wann sie sich einschalten und wann sie sich abschalten sollen. Wenn ein Befehlssignal abgefühlt wird, beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug sich im Antriebs- oder Leistungsbetrieb befindet, und das Befehlssignal wünscht, daß das Fahrzeug abgebremst wird, fühlt das Steuergerät irgendwelche Differenzen zwischen dem gewünschten Motorstrom und dem tatsächlichen Motorstrom und führt den tatsächlichen Strom gemäß den Anforderungen linear herab. Wenn der Strom auf den gewünschten Pegel herabgeführt wird, öffnet das Steuergerät alle Antriebsschalter und verbindet sie erneut für den Bremsbetrieb, führt dann den

Motorstrom linear wieder zurück auf den Pegel/ der von der ι gewünschten Bremsoperation festgelegt wird. j

Bei dem bekannten Antriebsmotor-Steuergerät gemäß Fig. 2 ist [ ein Leistungsschaltkreis 24 vorhanden/ der die Leistungsversor- [

i gung 26 umfaßt, welche über den relaisbetätigten Leitungsschal- ι ter 28 an dem Zerhacker und dem Leitungsfilter 30 angeschlossen ; ist. Das Motorsteuergerät 14 steuert den Leitungsschalter 28 ' mit dem Signal LS, und der Zustand des Leitungsschalters wird
über das Anzeigesignal LCOC zu dem Motorsteuergerät 14 zurück- ! geführt. Die Leistungsversorgung 26 kann eine Nennspannung ! von 750 V besitzen, kann sich aber im Bereich von über 900 V | und bis herab auf etwa 450 V verändern. Während des Motorbrem- j sens wird die Wiedergewinnung als eine Funktion der Filterkon- i densatorspannung festgestellt. Bei einer Spannung von über : 9 75 V öffnet sich der Leitungsschalter. Der Leitungsreaktor 32 -ι arbeitet in der Weise, daß er irgendwelche StrUmänderungen
glättet. Der Motorsteuerkasten 34 wird benutzt, um den Motorschaltkreis in entweder dem Antriebs- oder dem Bremsbetrieb zu
stellen und um die Bremswiderstände während des Bremsens einzustellen. Der Motorreaktor 36 stellt dann die Verbindung mit
dem Antriebsmotor 16 her. · ,

Der Leistungs- und Bremssignalgenerator 38 liefert ein Ausgangszugkraft-Steuersignal P an das Motorsteuergerät 14 aufgrund
eines Zugkraft-Anforderungssignals 40 von der Hauptsteuerung 42 ] des Bedienungspersonals. Die Steuerungen 44 des Vorderendes ^! werden vorgesehen, um den Generator 38 aufgrund von Eingängen j einzuschalten oder abzuschalten, wie beispielsweise ein Zustand , von überhöhter Geschwindigkeit zur Klemmung des P-Signals an _; einen niedrigen Pegelwert führt. Das Motorsteuergerät 14 lie- j fert ein Rückführungs-Ausgangssignal DBFB, das die Höhe der ~\ elektrodynamischen Bremskraft anzeigt, wie es von den abgefühl- ^! ten Motorströmen im Bremsbetrieb festgestellt wird. Der Lade- ; gewicht-Sensor 48 liefert ein Eingangssignals an das Motorsteuer-f gerät 14 gemäß dem Gewicht des Fahrzeugs. I

In Fig. 1 und 2 sind bekannte Motorsteuergeräte dargestellt, die mit den. von dem Fahrzeug getragenen Motor- und Bremssteuergerätkomponenten verbunden sind, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Vier Tachometer T₁, T₂, T₃ und T₄ sind in Fig. dargestellt, die entsprechend mit den vier Antriebsmotoren und Stützräderachsen des Fahrzeugs verbunden sind. Die Schlupf-Gleit-Brems-Mischsteuerung 55, die aus einem an sich bekannten Modell der Firma Westinghouse bestehen kann, beispielsweise Westinghouse Air Brake Co., Modell F2 Unit, Part No. 585819, siehe deren Zeichnung EA 8515-51, welche Steuerung gegenwärtig am Markt erhältlich ist, reagiert auf das Geschwindigkeitssignal eines jeden der Tachometer T₁, T₂, T₃ und T,, um eine vorbestimmte Differenz zwischen irgendwelchen zwei gelieferten Geschwindigkeitssignalen zu ermitteln und festzustellen, daß einer der Schlupf- oder Gleitbetriebszustände des Fahrzeugs auftritt. Ein Schlupf tritt während der Beschleunigung auf, und ein Gleiten tritt während des Bremsens des Fahrzeugs auf. Die Schlupf-Gleit-Steuerung SS liefert einen Ausgang 10 zur Steuerung des pneumatischen Bremsgerätes 12 des Fahrzeugs und liefert ein Signal SLIP an den Digitaleingang des Motorsteuergerätes 14, um die Zugkraft zu entfernen, die von den Antriebsmotoren des Fahrzeugs geliefert wird, welche schematisch als Motoren 16, 18, 20 und 22 in Fig. 2 dargestellt sind. Es sollte bemerkt werden, daß der Leistungsschaltkreis, ähnlich dem dargestellten Leistungsschaltkreis 24, ebenfalls für jeden der Motoren 18, 20 und 22 vorgesehen ist und mit dem Motorsteuergerät 14 zusammenarbeitet. Das Bremsgerät 12 kann Laufflächen-Bremsen umfassen, die mit der Außenseite der Fahrzeugräder zusammenarbeiten und auf Änderungen im steuernden Luftdruck reagieren, wie durch die Schlupf-Gleit-Steuerung SS festgelegt. Das von der Schlupf-Gleit-Steuerung SS gelieferte Signal SLIP für den Digitaleingang des Motorsteuergerätes 14 verursacht, abhängig davon, ob das Fahrzeug sich im Antriebs- oder Bremsbetrieb befindet, eine Rücknahme des Stromes zu den Motoren 16, 18, 20 und 22 und dann ein erneutes Anlegen dieses Motoratromes mit einer vorbestimmten, ruckbegrenzten Rate.

- . ■ ι Das Motorsteuergerät gemäß dem Stand der Technik, wie in den ι

Fig. 1 und 2 dargestellt, ist gegenwärtig in Benutzung als ; Teil der Ost-West-Linie der Sao .Paulo Brazil Metro, die in

einem Aufsatz, der in dem Conference Record des IäS Annual ;

Meeting der IEEE Industry Applications Society, Oktober 1977, ;

Seiten 1105-1109 erschienen ist, diskutiert wird. |

- "i In Fig. 3 ist ein Transit-Fahrzeug 45 gemäß dem Stand der Tech- i nik dargestellt, das mit einer Fahrspur 47 zusammenarbeitet. j Wenn das Fahrzeug 45 unter dem Zustand von begrenzter Adhäsion ; zwischen den Rädern 49 und der Fahrspur 47 arbeitet, war es . bisher üblich, diesen Zustand bezüglich einer vorbestimmten { Differenz bei ausgewählten Radgeschwindigkeiten zu ermitteln j und die über die Räder zugeführte Zugkraft zu entfernen und dann diese Zugkraft mit einer konstanten, ruckbegrenzten Rate ;■ erneut zuzuführen, wie beispielsweise mit einer Rate von 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde, welcher Wert für den normalen Betrieb des Fahrzeugs verwendet wurde. Wenn eine Adhäsionsgrenze wieder ^ erreicht wurde, wurde die Zugkraft entfernt und dann mit der j gleichen normalen Rate wieder angelegt. Dies wurde wiederholt getan, bis das Problem der Adhäsionsgrenze nicht mehr auftrat. >

In Fig. 4 ist eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik dar- , gestellt, bei der Antriebsmotoren 16, 18, 20 und 22 mit entspre-j chenden Achsen- und Radeinheiten 50, 52, 54 und 56 verkoppelt ! sind. Das Motorsteuergerät 14, das von dem Fahrzeug 58 getragen wird, antwortet auf zwei oder mehr der entsprechenden Motorge- j

schwindigkeitssignale S1, S2, S3 und S4, vorzugsweise mit zu- j mindest einem von jedem Ende des Fahrzeugs.

i In Fig. 5 ist eine Darstellung der Beschleunigungsrate über i der Zeit wiedergegeben, um die Schlupf-Gleit-Steuerung der Fahrzeugantriebsmotoren gemäß dem Stand der Technik darzustellen. Als Antwort auf das P-Signal wird eine Zugkraft ruckbegrenz^: durch die Motoren 16, 18, 20 und 22 an das Fahrzeug angelegt, ; und zwar mit einer Beschleunigungsrate von beispielsweise 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde gemäß dem Kurvenabschnitt 62.

Wenn ein Schlupf- oder Gleitzustand ermittelt wirdf. was auftritt, wenn die Adhäsionsgrenze 60 erreicht ist, wird das Signal SLIP durch die Steuerung 55 aktiviert und dem Motorsteuergerät zu geführt. Di5 angelegte Zugkraft wird dann gemäß Kurvenabschnitt 64 auf Null gebracht und damit entfernt. Die Zugkraft wird dann mit der gleichen Rate erneut angelegt, siehe Kurvenabschnitt 66, bis die Adhäsionsgrenze an der Stelle Y auf der Kurve erreicht ist, wo die Zugkraft wiederum gemäß dem Kurvenabschnitt 68 auf Null geht. Dieser Betrieb wird wiederholt, bis der .Adhäsionsgrenzzustand, gezeigt durch Kurve 60, sich nicht mehr fortsetzt, so daß die angelegte Zugkraft mit der gleichen konstanten Stoßrate von Kurvenabschnitt 70 angehoben wird, bis zur angeforderten Beschleunigungsrate, die durch Kurve dargestellt ist. Wenn keine weiteren Schlupfzustände mehr auftreten, würde die angelegte Zugkraft dann gemäß Kurve auslaufen. Die dem Fahrzeug zugeführte absolute Zugkraft kann ermittelt werden durch Multiplikation der Beschleunigungsrate mit der Fahrzeugmasse.

In Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Betriebsweise der Zugkraft steuerung dargestellt. Die angelegte Zugkraft, dargestellt durch Kurvenabschnitt 80, wird am Kurvenabschnitt 84 auf Null herabgebracht, wenn eine bestimmte Rad-Achsen-Einheit, wie beispielsweise die in Fig. 3 dargestellte Einheit 52, an der Stelle A der Adhäsionsgrenzkurve gemäß den Sensoren Schlupf erhält. Der in Fig. 1 dargestellte CPU 94 innerhalb der Motorsteuerung 14, dargestellt in Fig. 2, ist so programmiert, daß er in einem Speicher den Wert der Zugkraft an der Stelle A auf der Adhäsionsgrenzkurve 82 sich merkt und dann anpassend die Rate oder die Raten steuert, bei der die Zugkraft erneut angelegt wird, um so den sich ergebenden Verlust bezüglich des Produktes aus Zugkraft und Zeit möglichst klein zu machen.

Ein Programm, das mit einem Intel 8080-Mikroprozessor 94 ar beitet, kann ausgeführt werden, um die auf Schlupf-Gleiten reagierende Zugkraftsteuerung von Fahrzeugmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung zu liefern, wie in Fig. β dargestellt.

An der in Fig. 6 erkennbaren Stelle A ist die Adhäsionsgrenze erreicht, an der die Rad-Achsen-Einheit schlüpft oder gleitet, J abhängig davon, ob es sich um Antriebsbetrieb oder Bremsbetrieb | handelt. Der Wert der Zugkraft TERJS legt den Bremspunkt fest, : der an der Stelle B in Fig. 6 dargestellt ist, welcher Punkt ! die Rate festlegt, mit der die Zugkraft erneut angelegt wird. ..' Beispielsweisb kann die Zugkraftanstiegsrate gemäß Kurvenab- j schnitt 86 die gleiche sein wie die Zugkraftanstiegsrate oder die Fahrzeugbeschleunigung von etwa 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde gemäß Kurvenabschnitt 80. Beim Punkt B, was etwa 0,825 der Zugkraft von Stelle A entspricht, wird die Fahrzeugbeschleu-^: nigungsrate, die durch den Kurvenabschnitt 87 dargestellt ■ ist, so ausgewählt, daß sie ausgeglichener ist, wie beispiels- j weise 1 Meile pro Stunde pro Sekunde bezüglich Antriebskraft . ■: und 0,5 Meilen pro Stunde pro Sekunde bezüglich Bremskraft ausmacht, um auf diese Weise irgendwelchen Verlust an Adhäsionseustand zu vermeiden und das Fahrzeug entlang der Fahrspur ; in Bewegung zu halten. Wenn die Adhäsionsgrenzkurve 82 bei der Zugkraft C erneut erreicht wird, wird die Zugkraft, die i dem Fahrzeug zugeführt wird, entfernt, wie durch den Kurven- ; abschnitt 88 dargestellt ist. Die Zugkraft wird dann erneut an das Fahrzeug angelegt, siehe Kurvenabschnitt 90, und zwar mit einer höheren als normalen Rate, wie beispielsweise mit 2,25 Meilen pro Stunde pro Sekunde, bis eine Zugkraft erreicht wird, von der bekannt ist, daß sie einen vorbestimmten Bruch- \ teil, wie beispielsweise das 0,825-fache, der letzten bekannten ^: Adhäsionsgrenze C beträgt. Dann folgt die Beschleunigung gemäß ' dem Kurvenabschnitt 92, wie beispielsweise eine Antriebsbeschleut nigung von 0,5 Meilen pro Stunde pro Sekunde und im Bremsbetrieb 0,25 Meilen pro Stunde pro Sekunde, um auf diese Weise j irgendeinen weiteren Adhäsionsverlust zu vermeiden.. Diese } Betriebsweise wird wiederholt, bis die Adhäsionsgrenze.82 , nicht mehr vorhanden ist. |

Es ist wünschenswert, daß die in Fig. 6 dargestellte weiße i

Fläche unter der Kurve 82 (also nicht die schraffierte Fläche) ! möglichst groß sein sollte, da die Zugkraft gemäß dieser unter j

- 17 der Kurve 82 liegenden weißen Fläche angelegt wird.

Wenn der Mikroprozessor 94 aufgrund des Signals SLIP feststellt, daß es einen Verlust an Adhäsion bezüglich der Kurve 82 in Fig. 6 gibt, wird die Höhe der Zugkraft, bei der dieser Verlust auftritt, wie beispielsweise aufeinanderfolgend an den Stellen A, dann B, dann C, dann D, usw., gemerkt. Ein nachfolgender Bremspunkt oder Knie, wie beispielsweise bei B, welcher typischerweise ungefähr das 0,825-fache von A beträgt, wird dann verwendet, um die folgenden zwei stoßbegrenzten Raten, bei der die Zugkraft erneut angelegt wird, festzulegen und auf Basis der vorhergehend erinnerten Ahäsionsgrenze festzusetzen. Wenn dies der erste Verlust an Adhäsion bei der Stelle A ist, da die angeforderte Höhe der Zugkraft erreicht wurde, werden die Werte festgesetzt für: stoßbegrenzte RATE 1 von etwa 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde/ welche angelegt wird bis zum Knie B, und stoßbegrenzte RATE 2 von etwa 1 Meile pro Stunde pro Sekunde bezüglich der Antriebsleistung und 0,5 Meilen pro Stunde pro Sekunde bezüglich Bremsbetrieb, welche Werte angelegt werden nach dem Knie B. RATE 1 kann höher angesetzt werden als 3 Meilen pro Stunde pro Sekunde hinsichtlich der Antriebsleistung, als es die normale Stoßrate von etwa 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde der Antriebsleistung beträgt, wie durch Kurvenabschnitt 80 dargestellt ist, und RATE 2 ist typischerweise niedriger, wie beispielsweise 1 Meile pro Stunde pro Sekunde in Antriebsleistung und 0,5 Meilen pro Stunde pro Sekunde in Bremsleistung, als die normale Stoßrate, um so die weiße Fläche unter der gewünschten Zugkraft über der Zeitkurve 81 möglichst groß zu machen.

Wenn Adhäsion wiederum verlorengeht, bevor die geforderte Höhe der Zugkraft, dargestellt durch Kurve 81, erreicht ist, erinnert sich der Mikroprozessor 94 erneut an die Adhäsionsgrenzhöhe der Zugkraft, setzt die Höhe des folgenden Knies und entfernt die Zugkraft. Jedesmal werden RATE 1 und RATE modifiziert, um die weiße Fläche unter der gewünschten Zugkraft über der Zeit, Kurve 81, zu erhöhen. Um dies zu erreichen,

wird RATE 1 erhöht und RATE 2 verringert. Dieses Verfahren
setzt sich wiederholt fort, bis die gewünschte Höhe der Zug- .. kraft, wie durch Kurve 81 dargestellt, erreicht ist.

In Fig. 7 ist der Betrieb einer Anordnung erläutert, die mit
dem Mikroprozessor 94 zusammenarbeitet, um so eine Verdopplung
der Beschleunigungsrate für jedes der vorbestimmten Zeitintervalle zu erreichen, die nach einem vorherigen Schlupf oder .
Gleiten auftreten, ohne daß ein anderer Schlupf- oder Gleit- J zustand auftritt, wie durch die Schlupf-Gleit-Brems-Misch-Steuerung SS abgefühlt wird. Beispielsweise ist in Fig. 7 eine ^! vorher verlorene Adhäsion an der Stelle R dargestellt, und \

die Zugkraft wird entfernt, wie durch Kurvenabschnitt 200
wiedergegeben. Die Zugkraft wird erneut angelegt, wie durch
den Kurvenabschnitt 202 angedeutet, bis zur Stelle S, die j das 0,825-fache von R betragen kann, erreicht wurde. Dann
wird einer langsameren Beschleunigung gefolgt, siehe Kurvenabschnitt 204, und zwar für eine vorbestimmte Zeitperiode, , wie beispielsweise für 3 Sekunden, und mit der Annahme, daß
kein Schlupf- oder Gleitzustand festgestellt wird. An der
Stelle T wird die Beschleunigungsrate des Kurvenabschnitts 204
verdoppelt, um die Beschleunigungsrate des Kurvenabschnitts 206 ! festzustellen. Dann wird nach der gleichen Zeitperiode, falls I kein Schlupf- oder Gleitzustand ermittelt wird, an der Stelle ü j die Beschleunigungsrate wiederum für den Kurvenabschnitt 208
verdoppelt. Diese gleiche Betriebsweise wird für bis zu fünf
derartige Zeitperioden wiederholt, ohne daß ein anderer Schlupf-' oder Gleitvorgang auftritt, wenn die Fahrzeugbeschleunigungsrate zurück auf die ursprüngliche normale Rate zurückkehrt,
wie beispielsweise 2 Meilen pro Stunde pro Sekunde bis zu
der gewünschten Zugkraft, die in Kurve 81 dargestellt ist.

In Fig. 8 ist eine Modifikation einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt, um die Verluste bezüglich I des Produktes aus Zugkraft und Zeit weiter zu verkleinern, \

i wie sie durch die schraffierten Gebiete unter dem geforderten

Pegel für die Zugkraft repräsentiert werden, wie durch Kurve 81

- 19 -

dargestellt. Wenn ein Verlust an Adhäsion durch die Schlupf- Gleit-Brems-Misch-Steuerung 55 für eine gegebene Rad-Achsen- Einheit gemessen wird, wie es beispielsweise an der Stelle G auf der Adhäsionsgrenzkurve 82 auftritt, erinnert sich der Mikroprozessor 94 an die Höhe der Zugkraft an der Stelle G und entfernt die Zugkraft, wie durch den Kurvenabschnitt 94 dargestellt, bis auf eine Zugkrafthöhe H, die eine vorbestiirante Beziehung zu der Zugkrafthöhe G hat, wie beispielsweise die Hälfte beträgt. Dann wird die Zugkraft erneut angelegt, gemäß dem Kurvenabschnitt 96, bis das Knie I erreicht ist, wo die Rate der angelegten Zugkraft abgesenkt wird, wie es bereits bezüglich Fig. 7 beschrieben worden ist. Diese Operation setzt sich wiederholt fort, wie in Fig. 7 dargestellt, bis die ange forderte Höhe der Zugkraft erreicht ist, wie es durch Kurve dargestellt ist.

ES/jn 4

Identifikation von Bezugszahlen, die in den Zeichnungen Ver wendung finden;

Legende

Bremsgerät Motorsteuergerät Motorsteuergerät Leistungsversorgung Leitungsschalter Zerhacker- und Leitungsfilter Mo tor steuerkas ten

Leistungs- und Bremssignalgenerator

Hauptsteuerung Vorderendsteuerungen Ladegewicht

Schlupf-Gleit-Brems-Misch-Steuerung

PROM

Digitaleingang Analogeingang Analogeingang Digitalausgang Analogausgang Analoge ^-Steuerung

Bezugszahl-Nr.	Figur
12	2
14	2
14	3
26	2
28	2
30	2
34	2
38	2
42	2
44	2
48	2
55	2
94	1
96	1
98	1
100	1
102	1
102	1
104	1
106	1
108	1

Claims

DR.-1NG. Ernst Stratmafsin

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

VNR: 109126

Düsseldorf,

49,625 ²⁹· ^{Juni 1982}

. Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Patentansprüche;

Antriebssteuergerät für ein Fahrzeug, das von einem Zugkräft-Anforderungssignal gesteuert wird und zumindest zwei Stützradanordnungen besitzt, die mit einer Fahrspur zusammenarbeiten, mit entsprechenden, ein Geschwindigkeitssignal liefernden Tachometern, die mit jeder der Radanordnungen verkoppelt sind, wobei das Gerät gekennzeichnet ist durch Einrichtungen, die auf das Zugkraft-Anforderungssignal reagieren, um selektiv Zugkraft an zumindest zwei Radanordnungen auf unterschiedlichen Achsen des Fahrzeuges anzulegen, Einrichtungen zum Abfühlen einer vorbestimmten Differenzgeschwindigkeitsbeziehung zwischen den zwei Radanordnungen des Fahrzeugs, die sich bei irgendeinem Auftreten eines Zugkraftverlustes zwischen zumindest einer der Radanordnungen und der Spur ergibt, Einrichtungen zum Erinnern eines ersten Pegels der angelegten Zugkraft, wenn der Verlust an Zugkraft auftritt; und Einrichtungen zum Wiederanlegen der Zugkraft mit einer ersten Beschleunigungsrate über zumindest eine der Radanordnungen gemäß einer vorbestimmten Beziehung zu dem ersten Pegel von angelegter Zugkraft.
2. Antriebssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft-Wiederanlege-Einrichtungen derart konstruiert sind, daß sie Zugkraft bei der ersten Rate bis zu einer vorbestimmten Prozentzahl des ersten Pegels anlegen und dann Zugkraft mit einer zweiten Rate wiederanlegen, die niedriger als die erste Rate ist.
3. Antriebssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft-Wiederanlage-Einrichtungen so aufgebaut sind, daß sie Zugkraft mit einer höheren ersten Beschleunigungsrate wiederanlegen, bis zu einer Zugkraft, die geringer ist als der erste Pegel, und dann die Zugkraft mit einer zweiten niedrigeren Beschleunigungsrate wiederanlegen, bis ein Adhäsionsverlust mit der Fahrspur auftritt oder bis die angeforderte Zugkraft gemäß dem Zugkraft-Anforderungssignal erreicht ist.
4. Antriebssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft-Wiederanlage-Einrichtungen derart ■ konstruiert sind, daß sie die angelegte Zugkraft bezüglich zumindest der einen Radanordnung beim Auftreten des Adhäsionsverlustes entfernen, bevor-die Zugkraft bei der ersten Rate wiederangelegt wird, gemäß einer vorbestimmten Prozent" zahl des Pegels von angelegter Zugkraft.
5. Antriebssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft-Wiederanlage-Einrichtungen derart ' gebaut sind, daß sie Zugkraft wiederholt entfernen und dann wiederanlegen, jedesmal dann, wenn der Adhäsionsver-

lust auftritt, und daß dann für jede vorbestimmte Zeitperiode, die vergeht, ohne daß ein Adhäsionsverlust auftritt, eine nächste Beschleunigungsrate als eine vorbestimmte Prozentzahl einer vorhergehenden Beschleunigungsrate erhöht wird.
6. Antriebssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rate für jede Zugkraft-Wiederanlegung von aufeinanderfolgenden Zugkraft-Wiederanlegungen nach entsprechenden Adhäsionsverlusten eine erhöhte Beschleunigung sra te ist.
7. Verfahren zur Steuerung der Zugkraft zwischen einem Fahrzeug und einem stützenden Fahrweg für das Fahrzeug, aufgrund eines Zugkraft-Anforderungssignals, wenn irgendein Zugkraftverlust auftritt wegen Schlupf zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrspur, wobei das Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist; Anlegen einer Zugkraft bei einer ersten Beschleunigungsrate zwischen dem Fahrzeug und der Fahrspur aufgrund eines Zugkraft-Anforderungssignals; Abfühlen irgendwelchen Auftretens eines Zugkraftverlustes zwischen dem Fahrzeug und der Fahrspur; Entfernen von zumindest einem Teil der angelegten Zugkraft, wenn der Zugkraftverlust abgefühlt wird und Erinnern des Pegels der Zugkraft zum Zeitpunkt des Adhäsionsverlustes; und Wiederanlegen der Zugkraft für das Fahrzeug bei einer zweiten Beschleunigungsrate, die zumindest so hoch ist wie die erste Beschleunigungsrate, bis zu einem Zugkraftpegel, der geringer ist als der erinnerte Pegel und dann Anlegen der Zugkraft an das Fahrzeug bei einer dritten Rate, die niedriger ist als die erste Rate.
S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft mit der dritten Rate weiterangelegt wird, bis die angeforderte Zugkraft erreicht ist oder bis ein vorbestimmtes Zeitintervall abgelaufen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft mit der zweiten Rate nach jedem Adhäsionsverlust wiederangelegt wird bis zu einer vorbestimmten Prozentzahl des erinnerten Pegels bei der zweiten Rate, und dann bei zumindest der dritten Rate angelegt wird, bis

ein anderer derartiger Adhäsionsverlust abgefühlt oder die angeforderte Zugkraft verwirklicht ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7 _s dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft nach jedem Auftreten von Zugkraftverlust wiederangelegt wird und dann für jede der vorbestimmten Zeitperioden, die einem Zugkraftverlust folgen, eine vorbestimmte Erhöhung in der Beschleunigungsrate vorgesehen wird, bis zu einer gewünschten maximalen Beschleunigungsrate für das Fahrzeug.

Beschreibung: