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Anordnung zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens der
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Räder von laufachsenlosen Schlenentriebfahrzeugen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens der Räder von
laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1
naher definiert ist.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-PS 30 11 541) werden
die Raddrehzahlen aller Achsen erfaßt und als Proportionaispannungen mit der Ausgangsspannung
eines Integrators verglichen, der eine Spannung entsprechend der erwarteten Beschleunigung
über der Zeit integriert und als Pseudolaufachse fungiert. Die erwartete Beschleunigung
für den Integrator wird geringfügig höher eingestellt, als das Fahrzeug mit den
gegebene Daten wirklich beschleunigt. Der Integrator wird von der bzw. den gemessenen
Achsdrehzahlen auf deren Wert herabgezogen. Dadurch bleibt die Pseudolaufachsdrehzahl
an die Acnsdrehzahlen gebunden, solange die Achsen im Roll-
oder
Mikroschlupfzustand sind und wird auch nach jedem Schleudervorgang wieder auf diese
zurückgeführt. Über eine Minimalwertauswahl der Achsdrehzahlen wird beim Fahren
auf die noch rollende Achse geschlossen.
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Gehen die Achsen in den Makroschlupf über, dann beschleunigen sie
schneller als der Integrator als Pseudolaufachse. Diese beschleunigt dann nur mit
der vorgegebenen "erwarteten Beschleunigung und gibt ähnlich einer wirklichen Laufachse
mit den schleudernden Achsen Drehzahldifferenzen, die zur Ausregelung ausgewertet
werden.
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Beim Bremsen verlaufen die Vorgänge sinngemäß mit umgekehrten Vorzeichen.
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Zur Auswertung und Ausregelung der Drehzahldifferenzen werden zu den
gemessenen Drehzahldifferenzen ihre zeitlichen Ableitungen d (#n/dt) in passendem
Maßstab zuaddiert. Die Summensignale passieren eine Unempfindlichkeitsschwelle zur
Unterdrückung aller durch Raddurchmesserunterschiede entstandenen Differenzen. Die
Höhe der Zweck Schwelle Differenzen. Die Höhe der Schwelle ist/der Fahrzeuggeschwindigkeit
proportional.
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Nach Passieren der Schwelle werden die Signale je nach dem Fahrzeugantrieb
für jede Achse einzeln oder für jeweils zwei Achsen zusammengefaßt je einem Zeitglied
zugeführt, dessen Ausgangssignal mit dem vorgegebenen Zug- bzw. Bremskraftsollwert
multipliziert wird und das Produkt vom Sollwert subtrahiert wird. Die Subtraktion
wird an geeigneter Stelle in der Fahr- und Bremssteuerung vorgenommen.
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Die für die Integratororientierung verwendete Mindestauswahl an zur
Verfügung stehenden Drehzahlen ist jedoch nicht eindeutig. Das angebliche Minimum
enthält nicht nur die Aussage, daß das eine Achse ist, die die kleinste Drahzahl
aufweist und damit vermeintlich nicht schleudert, sondern auch, daß diese Achse
möglicherweise den größten Durchmesser hat.
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Das bringt Überschneidungen und man muß deshalb die erwähnten Schwellwertschaltungen
vorsehen, um die Differenzen zwischen den Raddurchmesserunterschieden auszuschalten,
denn diese allein bedeuten ja noch kein Schleudern und es darf keine Auswertung
erfolgen. Es darf somit erst bei einem sewissen Mindestdrehzanlunterschiez eingegriffen
werden, was das Verfahren ungenau macht und zu Zugkraftverlusten führt, weil vor
jedem Eingriff schon ein unnötig großer Radschlupf entsteht. In der genannten Anordnung
nach DE-PS 30 11 541 gelingt es mittels der dort beschriebenen "Allachsschlupf-Erfassung??
weinigstens im Fall des gleichzeitigen Schleuderns aller Achsen einen direkten Eingriff
ohne Toleranzschwellen herzustellen. Es wird hier das Minimum aus allen Drehzahl
di:|~e~e.zen der Achsen zur Pseuds-Laufachse gebildet, das immer Null ist, solange
nicht auch die Achse mit der niedrigsten Drehzahl ins Schleudern übergeht. Mit dieser;
Signal wird die Zugkraft direkt reduziert, unter Umgehung der Toleranzschwelle .
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In allen übrigen Fällen bleiben jedoch alle Drehzahldifferenzsignale
der Achsen unter sLch und zur Pseudo-La-lfachse erst auswertbar, wenn sie die durch
die zugelassenen Raddurch messerunterschiede bedingte Toleranzschwelle überschreiten.
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Um den Schwellenwert zumindest gering zu halten, hat man bereits versucht,
die Achs generatoren bzw. deren Spannungen von Zeit zu Zeit abzugleichen, um damit
Durchmesserunterschiede elektrisch zu eliminieren. Dies ist jedoch - egal
ob
vom Lokführer oder automatisch veranlaßt - umständlich, da ein Abgleich nur durchgeführt
werden darf, wenn keine Zugkraft ansteht. Außerdem ist es aufwendig und problematisch
zugleich, da ein Fehlabgleich über den Schleuderschutz die Zugkraft möglicherweise
unnötig herabsetzt.
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Zweck der Erfindung ist eine Steigerung der nutzbaren Zugkraft bis
zu der durch das Reibungsgewicht und den Haftwert gegebenen Grenze.
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Dabei ist es Aufgabe der Erfindung, für einen schnelleren Eingriff
des Schleuderschutzes die Drehzahldifferenzen der Achsen zur Pseudo-Laufachse ohne
Toleranzschwelle auswerten zu können, während die Differenzen der Achsen untereinander
erst nach Überschreiten einer Schwelle wirksam werden sollen, damit die üblichen
Raddurchmesserunterschiede zugelassen werden können.
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Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art ge
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteIlhafte Ausbildungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Durch die direkte Zucrdnung der Integratoren zu Ihren Achsen kann
die Auswertung der Drehzahldifferenzen der Achsen ZU ihren Pseudo-Laufachcen ohne
jede Toleranzschwelle erfolgen, denn innerhalb jedes dieser Einzel systeme gibt
es keine Raddurchmesserunterschiede mehr.
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Der vorher durch eine gemeinsame Pseudo-Leufachse glechzeitig sich
von selbst ergebende Drehzahlvergleich der Achsen untereinander geht hierbei jedoch
verloren, da die Einzelsysteme Achse/Pseudo-Laufachse nun gegenseitig unabhänglg
voneinander sind. Auf den Vergleich der Achsen untereinander kann aber
nicht
verzichtet werden, weil ein gelegentliches Durch gehen" eines Pseudo-Laufachsen-Systems
durch unglückliches Zusammentreffen von Maftwertverlauf und Bewegungsvorgängen nicht
ganz ausgeschlossen werden kann. Die Fseudo-Laufachse des ins Schleudern geratenen
Radsatzes hat dann schleichend ebenfalls die zu hohe Drehzahl angenommen und die
Achse kann in einem solchen Fall nur durch Auswertung der Drehzahldifferenz mit
anderen, noch nicht schleudernden Achsen wieder zurückgeführt werden.
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Nach der ErfIndung wird der Drehzahlvergleich der Achsen untereinander
durch Ausnutzung einer speziellen Minimalwertbildung (beim Fahren; beim Bremsen
Maximalwert) mit einer Toleranzwertaufschaltung zur Rücksetzung der Pseudo-Laufachs-Integratoren
wiedergewonnen. Durch diese einfache Maßnahme bewirkt jede Drehzahldifferenz einer
Achse mit enner oder mehreren anderen Achsen eine Differenzsignalbildung an derselben
Stelle der Schaltung wie das Differenzsignal zwischen der Achse und ihrer Pseuao-Laufachse,
wobeI Raddurchmesserunterschiede infolge der Toleranzwertaufschaltung unwirksam
bleiben. Eine zusätzliche Baugruppe zur Bildung aller Drehzahldifferenzen, ihrer
Auswertung mit Toleranzschwellen wegen der Raddurchrnesserunterschiede und ihrer
richtigen Zusammenführung mit den Differenzsignelen von den Pseudo-aufachsen, die
sonst erforderlich würde, kann dadurch entfallen.
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Anhand eines Ausführungsbeispieleswird die Erfindung im nachstehenden
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Schaltungsprinzip in Blockbilddarstellung Fig.
2 ein Erläuterungsdiagramm zur Funktion.
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In Fig. 1 ist eine Schaltung für ein Fahrzeug mit vier angetriebenen
Achsen oder Radsätzen und zwar für Fahrbetrieb dargestellt. Dabei stehen die über
Tachomaschinen erfaßten Rad- bzw. Achsdrehzahlen n1 bis n4 als Proportional spannungen
an und jedem Radsatz ist ein eigener Integrator la bis 1d zur Bildung einer nur
ihr zugehörigen Pseudo-Laufachsendrehzahl zugeordnet. Die erwartete Beschleunigung
und die zugehörige Achsdrehzahl wird jedem Integrator zugeführt, der mit entsprechender
Geschwindigkeit hochintegriert. Sein Ausgang entspricht also der Drehzahl einer
Laufachse und wird als np11 bis npl4 bezeichnet. Diese Drehzahl wird in Drehzahlvergleichern
2a bis 2d mit der zugehörigen Achs-oder Raddrehzahl verglichen und die Differenz
jeweils einer Auswerteschaltung 7 zugeführt. Diese bewirkt eine Reduzierung (ZR)
der zugeordneten Soll-Zugkraft ZSoll Die eigentliche Auswertung in der hier nur
gestrichelt angedeuteten Auswerteschaltung 7 ist hier nicht Gegenstand der Erfindung.
Es kann dazu in gewisser Abwandlung eine Schaltung dienen, wie sie z.B. in der DE-PS
30 11 541 in Fig. 1 rechts von der strichpunktiert markierten Vertikal-Schnittlinie
dargestellt ist. Auch eine Anordnung nach der älteren Patentanmeldung P 34 07 309.4-32
ist hierzu geeignet. Sie
ist als Einzelachs-System, wenn im mehrachsigen
Fahrzeug für jede Achse einmal vorhanden, ebenfalls durch die erfindungsgerne Anordnung
in einfacher Weise mit dem zusätzlichen Drehzahlvergleich zwischen allen Achsen
ergänzbar.
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Die Drehzahldifferenzen der Achsen untereinander sind so nicht erfaßt.
Sie werden indirekt dadurch wirksam gemacht, daß die Integratoren 1a bis ld zusätzlich
auf das Minimum aller Achsen untereinander (beim Bremsen sinngemäß auf das Maximum)
zurückgeführt werden. Hierzu wird das Minimum der Achsdrehzahlen n1 bis n4 in einen
Minimalwertbildner 3 gebildet. Um nun die Raddurchmesserunterschiede zu unterdrücken,
wird das Minimum um einen Wert entsprechend dem größten zugelassenen Durchmesserunterschied
heraufgesetzt (beim Bremsen das Maximum herabgesetzt). Exakter:der Minimalwert wird
in einem Multiplikator 4 mit einem Faktor etwas über 1 (z.B. 1,06) multipliziert
und in einem Addierglied 5 noch eine Konstante K zu addiert. Der so heraufgesetzte
Minimalwert speist weitere Minimalwertstufen 6a bis 6d zusammen mit den zugeordneten
Achsdrehzahlen n1 bis n4. Der hierbei gebildete Kleinstwert (beim Bremsen Größtwert)
wird jeweils an einen Komparator 8a (bis 8d) geführt, wc ein Vergleich mit der zugeordneten
Pseudolaufachsendrehzahl np21 (bis np24) erfolgt. Das Ergebnis setzt über eine Sperrdiode
9a (bis 9d) und die Rückführung auf den Eingang des integrators le (bis 4a) über
die Summierstelle 10a (bis ÆOd) den Integrator 1a (bis 1d) zurück, wenn nPl1 (bis
nPl4) größer als der in der Minimalwertstufe 6a (bis 6d) festgestellte Wert ist.
Beim Bremsen ist die Polung der Sperrdiode 9a (bis 9d) umgekehrt.
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Im Fahrbetrieb wird jeder Integrator also stets auf eine eigene Drehzahl
zurückgeführt, die dem Minimalwert zwischen der eigenen zugehörigen Achsdrehzahl
und einer um die Raddurchmesserunterschiede heraufgesetzten MInimal drehzahl aller
Achsen entspricht.
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Solange die Drehzahlen n1 bis n4 bei schlupffreiem Betrieb völlig
gleich sind - auch die Raddurchmesser sollen völlig gleich sein - wird der Integrator
la im Fahrbetrieb und den arator Sa über die Minimalwertstufe Ga/auf seingergenen
zugeordneten Drehzahl zurückgehalten, die auch den Drehzahlen der anderen Achsen
entspricht.
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eine Läuft z.B. die/Achse etwas schneller, weil der Raddurchmesser
etwas kleiner ist oder Mikroschlupf erfolgt und das zulässige Toleranzfeld wird
dabei nicht überschritten, dann liegt der Minimalwert nmin der anderen Achsen zwar
niedriger als n1 aber def erweiterte Minimalwert (Fig. 2, Kurve nmin . f + k)/noch
höher als n1, so daß über die Minimalwertstufe 6a weiterhin n1 durchgelassen wird.
Der Integrator orientiert sich nunmehr an einem etwas erhöhten n1-Wert.
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Der Integrator la kann damit ungehindert etwas höher laufen und/der
Vergleich im Drehzahlvergleicher 2a bringt noch keine Differenz zur Zugkraftreduzierung.
Auf diese Weise bleibt jeder Intergrator mit seiner Achse verbunden.
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Trotzdem wird er von den anderen Achsen mitiWberwacht.
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Schleudert z.B. die Achse 1, d.h. n1 geht in die öhe und der eigene
Integrator kann das nicht mehr abfangen, dann kann n1 nur bis zum erweiterten Minimal
wert steigen und es wird auf diesen Wert zurückgesetzt. Das erfolgt, weil dann der
erweiterte "min'Wert kleiner als n1 wird. Uber die Minimalwertstufe 6a wird der
Integrator auf eine Drehzahl bzw.
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Geschwindigkeitsspannung n1 f (+k) zurückgeholt. Der Drehzahlvergleicher
2a stellt eine Differenz fest und über die Auswerteschaltung 7 wird die Zugkraft
zurü.ckcenomen. n1 fällt wieder. Auf diese Weise bekommt man wieder einen Vergleich
der Achsen, bei der aber die Raddurchmesserunterschiede in einem Toleranzfeld eliminiert
sind. Andererseits
gewährt der Vergleich auch einen unabhängig
verschieden großen Schlupf der einzelnen Achsen, solange das Toleranzfeld nicht
überschritten wird, was für maximale Haftwertausnutzung besonders bei Lokomotiven
wichtig sein kann.
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Jeder Integrator kann genau auf kleinste Abweichungen orientiert werden.
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Durch die Erfindung wird die zugrundegelegte Aufgabe voll gelöst.
Es wird eine bessere Haftwertausnutzung, ohne besonderen Aufwand treiben zu müssen,
erreicht. Schwellwertstufen mit ihren Ungenauigkeiten können entfallen, ebenso wie
eine besondere Allachsschlupferfassung. Raddurchmesserunterschiede sind nicht mehr
relevant.