DE3932245A1 - Digitales druckluftbremsen-steuersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Druckluftbremsen- Steuersystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bisher ermöglichten Lokomotiven-Bremsausrüstungen vom Typ "26" einen weiten Bereich von Funktionen in Abhängigkeit von den Notwendigkeiten und Anforderungen der einzelnen Eisenbahngesellschafts-Kunden. Jede neue Lokomotiven- Bremsausrüstung muß die meisten, wenn nicht alle dieser Funktionen beibehalten, und es wurde erkannt, daß lediglich eine Ausrüstung auf der Grundlage eines Mikroprozessors die Flexibilität haben würde, um in wirtschaftlicher Weise sowohl die derzeitigen als auch neue Merkmale und Funktionen zu liefern, die die Eisenbahngesellschaften wünschen werden. Zusätzlich muß die neue Ausrüstung, die einen oder mehrere Mikroprozessoren verwenden kann, mit anderen elektronischen, elektrischen und elektropneumatischen Bauteile kombiniert werden, um eine neuartige Rechnersteuerung des Zug- Bremsleitungs- und Lokomotiven-Bremszylinderdruckes zu erzielen. Weiterhin besteht die Notwendigkeit der Ausführung gewisser neuer Funktionen, die die Datenspeicher-, Rechen- und Zeitgeber- Eigenschaften des Rechners verwenden und gleichzeitig die üblichen Echtzeit-Steuerfunktionen der alten Ausrüstung vom Typ "26" erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes digitales Druckluftbremsen-Steuersystem für Eisenbahnfahrzeuge zu schaffen, das eine neuartige Druckluftbremsen-Steueranordnung unter Verwendung eines Mikroprozessors zur Steuerung der Bremsen der Eisenbahnfahrzeuge ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine digitale Druckluftsteueranordnung für ein Druckluftbremsen-Steuersystem für Eisenbahnfahrzeuge geschaffen, das einen Mikroprozessor zur Impulsbreitenmodulation eines Zuführungs-Magnetventils und eines Ablaß-Magnetventils verwendet, um einen Druck in einem Ausgleichsbehälter und damit in der Bremsleitung in Abhängigkeit von einem Bremsanforderungs- Befehl auszubilden.

Die erfindungsgemäße Druckluft-Steueranordnung zur Steuerung der Bremsen von Eisenbahnfahrzeugen weist ein manuelles Bremsbefehls-Steuergerät zur Umwandlung einer ausgewählten Bremsstellung in ein entsprechendes elektrisches Signal, ein Zuführungs-Magnetventil, das mit einer Druckluftquelle und einer Speichereinrichtung verbindbar ist, ein Ablaß-Magnetventil, das mit der Atmosphäre und der Speichereinrichtung verbindbar ist, einen elektropneumatischen Wandler zur Messung des Druckes in der Speichereinrichtung und zur Lieferung eines Rückführungssignals, und einen Mikroprozessor auf, der das elektrische Signal und das Rückführungssignal empfängt und diese Signale vergleicht, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das zu Anfang das Zuführungs-Magnetventil und das Ablaß-Magnetventil bei Anforderung einer Bremsleistung ansteuert, das nachfolgend die Magnetventile impulsförmig ansteuert, wenn der Druck in der Speichereinrichtung in einen vorher ausgewählten Steuerbereich gelangt, und das schließlich die Magnetventile abschaltet, wenn der Druck in der Speichereinrichtung in einen vorausgewählten Totbereich gelangt, um einen Überlappungszustand hervorzurufen.

Das erfindungsgemäße digitale Druckluftbremsen-Steuersystem umfaßt Einrichtungen zur Einleitung eines gewünschten Bremsanforderungssignals, auf das gewünschte Bremsanforderungssignal ansprechende Einrichtungen zur Lieferung von Zeitgeber- und Steuersignalen, durch die Zeitgeber- und Steuersignale gesteuerte Einrichtungen zur Steuerung des Druckes der Bremsleitung durch Überwachen des Druckes in einem Ausgleichsbehälter, Einrichtungen zur Messung des Druckes in dem Ausgleichsbehälter und zur Lieferung eines Rückführungssignals an die Zeitgeber- und Steuereinrichtungen zur Berechnung der Differenz zwischen dem gewünschten Bremsanforderungssignal und den Rückführungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, das bewirkt, daß die Drucksteuereinrichtungen impulsförmig ein- und ausgeschaltet werden, bis der Druck in dem Ausgleichsbehälter im wesentlichen mit dem des gewünschten Bremsanforderungssignals übereinstimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Druckluft-Bremssystems für Eisenbahnfahrzeuge,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsweise des Druckluft- Bremssystems nach Fig. 1 erläutert, die der Mikroprozessor bei der Ausführungsform ausführt,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Druckverhaltens des Druckluft-Bremssystems nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Gruppe von elektrischen Impulsen, die einen Betriebszustand des Systems nach Fig. 1 darstellt,

Fig. 5 eine Gruppe von elektrischen Impulsen, die einen weiteren Betriebszustand für das System nach Fig. 1 darstellt,

Fig. 6 eine teilweise schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform der Zuführungs- und Auslaß-Magnetventile.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Teil eines Druckluftbremsen-Steuersystems für ein Eisenbahnfahrzeug oder eine Lokomtive gezeigt, wobei dieses Steuersystem allgemein mit der Bezugsziffer (1) bezeichnet ist. Wie dies dargestellt ist, weist ein Bremsbefehls-Steuergerät (BBC) einen Betätigungshandgriff (OH) auf, der für den Zugführer oder Ingenieur leicht erreichbar ist. Der Handgriff (OH) wird manuell auf eine eine Mehrzahl von ausgewählten Positionen gedreht, um das gewünschte Ausmaß der Bremswirkung oder einen gewünschten Bremsanforderungsbefehl einzuleiten. Die mechanische Position des Handgriffes wird mit Hilfe eines geeigneten Codierers oder dergleichen in ein elektrisches Signal umgewandelt. Viele der Steuerfunktionen setzen voraus, daß die Bedienungsperson irgendeine ausgewählte Maßnahme trifft, was in geeigneter Weise durch die Verwendung einer Tastatur für die Dateneingabe und durch eine Anzeige erleichtert werden kann, die Aufforderungen an die Bedienungsperson gibt, um eine vollständige Quelleninformation und eine Systembereitschaft vor der Bewegung sicherzustellen. Mit Hilfe von nichtflüchtigen Speichern oder Eproms können einige dieser Eingangssignale dauernd gespeichert werden, wodurch die Notwendigkeit einer wiederholten Dateneingabe beseitigt wird. Die zur Verfügung stehenden Anzeigeeinrichtungen schließen Kathodenstrahlröhren, Leuchtanzeigen, Gasplasmaanzeigen, Vakuum-Fluoreszenzanzeigen oder LCD-Anzeigen ein. Zumindestens hinsichtlich der Bremsfunktionen würde die Einstellung der Lokomotive und des Zuges auf einen einzigen Punkt in dem Führerstand des Kopfwagens oder der Lokomotive konzentriert. Die äußerst wünschenswerten Eigenschaften von Bremsventilen werden als die primären Einrichtungen zur Steuerung der Lokomotiven- und Zugbremsen für die meisten Anwendungen beibehalten. Andere Arten von Bedienungseinrichtungen wie zum Beispiel Kippschalter, Steuerknüppel und Druckknöpfe könnten anstelle des einen rotierenden Handgriff aufweisenden Steuergerätes HC verwendet werden, wenn dies bevorzugt wird und wenn die Führerstandanordnung dieses zuläßt. Eine weitere interessante Möglichkeit, die sich bei dem Vorhandensein einer Tastatur ergibt, ist die manuelle Programmierung der Bremsleistungsverringerung für eine bestimmte Stelle und die Möglichkeit, daß der Rechner eine Geschwindigkeitsverringerung oder ein Anhalten steuert. Zwischen diesen Funktionen liegt ein sehr weiter Bereich von Möglichkeiten hinsichtlich eines automatischen Zugbetriebs (ATO). Ein direkter Wunsch besteht jedoch darin, daß das traditionelle Konzept der Steuerung beibehalten wird, bevor es bewiesen und bestätigt werden kann, daß es etwas Besseres gibt.

Das Ausgangssignals des Codierers wird dem Eingang eines programmierbaren Mikroprozessors oder einer digitalen Rechnereinheit CPU über eine Leitung (L 1) zugeführt. Ein Zeitgeber in dem Mikroprozessor (CPU) wird gestartet und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode wird das Hauptprogramm des Mikroprozessors (CPU) aktiviert, um den Bremsvorgang auszuführen. Der Mikroprozessor (CPU) kann eine Zentraleinheit mit niedriger Leistung vom CMOS-Typ, beispielsweise von dem Typ NSC 800 sein, der von der Firma National Semiconductor Corporation, Santa Clara, Kalifornien, vertrieben wird. Diese Zentraleinheit ist ein 8-Bit-CMOS-Mikroprozessor mit einer Unterbrechungssteuerung, mit Flaggen-Flipflops, mit einem Rechen- und Steuerwerk, mit einem Befehlsregister, mit einem Befehlsdecodierer und einer Maschinenzyklus-Codierung, mit einer Zeitgeber- und Steuerregisteranordnung, mit Adressenpuffern und mit Daten-/Adressen-Puffern. Der Mikroprozessor (CPU) schließt einen internen Taktgenerator ein, der durch einen externen Schwingquarz gesteuert wird, der eine Frequenz aufweist, der gleich dem Doppelten der Betriebsfrequenz des Mikroprozessors (CPU) ist. Daher hat der Mikroprozessor (CPU) die Möglichkeit der Ausführung einer willkürlichen Anzahl von Funktionen durch die Verwendung von Datenspeicher-Berechnungs- und Zeitgebermerkmalen, und zwar zusätzlich zur Ausführung der normalen Echtzeit-Steuerfunktion.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, werden zwei Ausgangssignale von dem Mikroprozessor CPU abgeleitet. Ein erster Ausgangsanschluß (OT 1) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der elektrischen Wicklung ECA eines elektropneumatischen oder elektromagnetischen federvorgespannten Zuführungs-Magnetventils (AV) über eine Leitung (L 2) verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluß (OT 2) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der elektrischen Wicklung (ECR) eines elektropneumatischen oder elektromagnetischen federvorgespannten Auslaß-Magnetventils (RV) über eine Leitung (L 3) verbunden. Das Zuführungs-Magnetventil (AV) und das Auslaß-Magnetventil (RV) schließen jeweils einen oberen Ventilteil und einen unteren Ventilteil ein, die in eine Position gemäß Fig. 1 federvorgespannt sind. Wenn das Zuführungs- Magnetventil (AV) abgeschaltet wird, so bewirkt die Feder das Absperren des Strömungspfades durch den unteren Ventilteil (ALP), während bei Ansteuerung des Zuführungs-Magnetventils (AV) ein Strömungspfad von dem oberen Ventilteil (AUP) ausgebildet wird. Wenn andererseits das Auslaß-Magnetventil (RV) abgeschaltet wird, so bewirkt die Feder die Ausbildung eines Strömungspfades durch den unteren Ventilteil (RLP), während, wenn das Auslaß-Magnetventil (RV) angesteuert wird, der Strömungspfad durch den oberen Ventilteil (RUP) unterbrochen wird.

Es ist zu erkennen, daß ein Haupt-Vorratsbehälter (MR) pneumatisch mit dem Eingangsanschluß (AIP) des Zuführungs- Magnetventils (AV) über eine Leitung oder ein Rohr (P 1) verbunden ist. Der Luftdruck in dem Haupt-Vorratsbehälter (MR) wird mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Druckluftkompressors auf einem gewünschten Druckluftwert gehalten. Es ist zu erkennen, daß der Ausgangsanschluß des Haupt-Vorratsbehälters (MR) weiterhin über eine Leitung oder ein Rohr (P 2) mit dem Speiseanschluß (SP) eines Relais-Ventils (VI) verbunden ist, das im folgenden beschrieben wird. Wie dies dargestellt ist, ist der Ausgangsanschluß (AOP) des Zuführungs-Magnetventils (AV) mit dem Eingangsanschluß (RIP) des Auslaß-Magnetventils (RV) über eine Leitung oder ein Rohr (P 3) verbunden. Das Auslaß- Magnetventil (RV) schließt einen Ausgangsanschluß (ROP) ein, über den Druckluft zur Atmosphäre (EX) hin ausströmen kann. Das Rohr (P 3) ist weiterhin mit dem Eingang einer Speichereinrichtung oder eines Ausgleichsbehälters (ER) über ein Rohr (P 4) verbunden. Der Ausgang des Ausgleichsbehälters (ER) ist mit dem Steueranschluß (CP) des Relais-Ventils (VI) über ein Rohr (P 5) und weiterhin über ein Rohr (P 6) mit einem Druckwandler oder Meßfühler (PS) verbunden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Druckmeßfühler (PS) so nahe wie möglich an dem Speichervolumen der Steuereinrichtung anzuordnen und zu verbinden, um den zu überwachenden Druck so schnell wie möglich zu messen, so daß ein schnelles Ansprechen erzielt und eine minimale Verzögerung erreicht wird. Der Druckmeßfühler (PS) kann ein elektropneumatischer Dehnungsmesser-Wandler sein, der den pneumatischen Druck in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Das elektrische Signal wird dem Mikroprozessor (CPU) über eine elektrische Leitung (L 3) zugeführt. Das Relais-Ventil (VI) weist einen Abgabeanschluß (DP) auf, der seinerseits mit dem Bremsrohr oder der Bremsleitung verbunden ist.

Es sei nun angenommen, daß die Bedienungsperson des Zuges eine bestimmte Bremsanforderung oder einen Bremsbefehl dadurch einleitet, daß der Betätigungshandgriff (OH) auf die gewünschte Position bewegt wird, wodurch ein Zielpegel festgelegt wird, der zwischen 0 und 7 bar (100 psi) liegen kann, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß der Ausgleichsbehälter (ER) normalerweise einen Druck von 7 bar aufweist, weil er aus dem Haupt-Vorratsbehälter (MR) über den oberen Teil (AUP) des Zuführungs-Magnetventils (AV) aufgeladen wird. Es sei nun angenommen, daß eine Bremswirkung angefordert wird. In Abhängigkeit von der Bewegung des Handgriffes (OH) wird ein elektrisches Steuersignal, das der Bremsanforderungsposition entspricht, über die Leitung (L 1) an den Eingang des Mikroprozessors (CPU) übertragen, der in geeigneter Weise programmiert ist, um die entsprechenden Steuerbefehle einzuleiten. Das Hauptprogramm bewirkt die Ansteuerung der elektrischen Wirkung (ECR) und das Abschalten der elektrischen Wicklung (ECA), so daß die Zuführungs- und Auslaß-Magnetventile (AV) und (RV) ihre Positionen vertauschen. Dies bedeutet, daß die Magnetkräfte die Kräfte der Vorspannfedern überwinden, so daß der Strömungspfad durch den unteren Teil (ALP) des Zuführungs- Magnetventils (AV) abgesperrt wird, während der Strömungspfad zur Atmosphäre (EX) durch den unteren Teil (RLP) des Auslaß- Magnetventils (RV) ausgebildet wird. Damit wird ein Strömungsmittelkreis von dem Ausgleichsbehälter über die Rohre (P 3) und (P 4), durch das offene Auslaß-Magnetventil (RV) und zur Atmosphäre (EX) hin ausgebildet. Entsprechend beginnt der Druck in dem Ausgleichsbehälter (ER) abzusinken. Das bedeutet, daß der Luftdruck in dem Ausgleichsbehälter (ER) von 7 bar (100 psi) auf einen gewünschten Druckpegel abfällt und der Druckmeßfühler (PS) ein elektrisches Rückführungssignal an den Mikroprozessor (CPU) liefert, das proportional zum Luftdruck in dem Ausgleichsbehälter (ER) ist. Wenn dann der Druck den oberen Pegel eines Steuerdruckbereiches gemäß Fig. 3 erreicht, so bewirkt das Hauptprogramm des Mikroprozessors (CPU) das Abschalten des Auslaß-Magnetventils (RV) zum Zeitpunkt (t 1) gemäß Fig. 4. Die Zeitgeberschaltungen in dem programmierten Mikroprozessor (CPU) bewirken die Ansteuerung oder das Einschalten des Auslaß-Magenetventils (RV) zum Zeitpunkt (t 2) für eine vorgegebene Zeitperiode, so daß zum Zeitpunkt (t 3) das Auslaß-Magnetventil (RV) wieder abgeschaltet wird. Dann wird zum Zeitpunkt (t 4) das Auslaß-Magnetventil (RV) wieder eingeschaltet, jedoch für eine kürzere Zeitperiode von (t 4-t 5), so daß der Druck weiterhin innerhalb des in Fig. 3 gezeigten Steuerbereiches absinken kann. Zum Zeitpunkt (t 6) wird das Auslaß-Magnetventil (RV) erneut bis zum Zeitpunkt (t 7) eingeschaltet, was eine kürzere Zeitperiode darstellt, als die Periode zwischen den Zeitpunkten (t 4) und (t 5). Das Auslaß- Magnetventil (RV) wird erneut vom Zeitpunkt (t 8) bis zum Zeitpunkt (t 9) eingeschaltet. Schließlich wird das Auslaß- Magnetventil (RV) für eine sehr kurze Zeitperiode vom Zeitpunkt (t 10) bis zum Zeitpunkt (t 11) eingeschaltet. Diese letzte Ansteuerung des Auslaß-Magnetventils (RV) bringt den Druck in einen Totbereich gemäß Fig. 3. Um ein Überschwingen und Regelschwingungen zu vermeiden, schaltet der Mikroprozessor (CPU) das Auslaß-Magnetventil (RV) ab, so daß der Strömungspfad zur Atmosphäre (EX) gesperrt wird, und das Zuführungs- Magnetventil (AV) wird gegenüber dem Haupt-Vorratsbehälter (MR) abgesperrt, so daß ein Überlappungszustand ausgebildet wird. In manchen Fällen bewirkt der letzte schmale Impuls der Impulsbreitenmodulationsfolge, daß der Druck mit dem Ziel- oder Soll-Druckpegel übereinstimmt; irgendein Druck innerhalb des Totbereiches ergibt jedoch einen befriedigenden Betrieb. Der Überlappungszustand wird solange aufrechterhalten, wie der Betätigungshandgriff (OH) in der gleichen Bremsstellung bleibt. Wenn ein Leck in den Rohren, den Ventilen oder dem Steuervolumen auftritt, so sinkt der Druck aus dem Totbereich ab. Der Druckabfall beispielsweise in dem Ausgleichsbehälter (ER) wird durch den Druckwandler (PS) gemessen, der ein elektrisches Rückführungssignal an den Mikroprozessor (CPU) liefert, der wiederum das impulsförmige Einschalten des Zuführungs- Magnetventils (AV) für eine geeignete Dauer hervorruft, um den Druck wieder in den Totbereich zu bringen. Es ist zu erkennen, daß ein kontinuierliches Auslecken zu einer wiederholten impulsförmigen Ansteuerung des Zuführungs-Magnetventils (AV) zur Aufrechterhaltung eines Druckes innerhalb des Totbereiches führt. Es ist daher ratsam, das Auslecken so schnell wie möglich zu lokalisieren und zu beseitigen, um ein wiederholtes Ein- und Ausschalten des Ventils zu verhindern und um dessen Abnutzung zu verringern.

Es sei nun angenommen, daß der Druck in dem Ausgleichsbehälter (ER) unterhalb des gewünschten Ziel-Druckpegels und außerhalb des unteren Pegels des Steuerbereiches gemäß Fig. 3 liegt. Unter diesen Bedingungen steuert das Hauptprogramm des Mikroprozessors (CPU) das Zuführungs-Magnetventil (AV) an und schaltet gleichzeitig das Auslaß-Magnetventil (RV) ab. Entsprechend verschiebt die zugehörige Vorspannfeder das Auslaß-Magnetventil (RV) in seine untere Position (RLP) um die Verbindung zwischen der Atmosphäre (EX) und dem Ausgleichsbehälter (ER) zu sperren.

Gleichzeitig verschiebt die elektromagnetische Wicklung das Zuführungs-Magnetventil (AV) in seine obere Position (ALP), so daß der Ausgleichsbehälter (ER) mit dem Hauptvorratsbehälter (MR) über das Rohr (P 1), die Anschlüsse (AIP) und (AOP) und die Rohre (P 3) und (P 4) verbunden ist. Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wird, wenn der Druck den unteren Pegel des Steuerbereiches erreicht, das Auslaß-Magnetventil (RV) zum Zeitpunkt (t 1) eingeschaltet und bleibt bis zum Teitpunkt (t 2) eingeschaltet. Das Auslaß-Magnetventil (RV) bleibt bis zum Zeitpunkt (t 3) ausgeschaltet, wobei zu diesem Zeitpunkt das Auslaß-Magnetventil (RV) erneut bis zum Zeitpunkt (t 4) eingeschaltet wird. Das Auslaß-Magnetventil (RV) bleibt dann wieder vom Zeitpunkt (t 4) bis zum Zeitpunkt (t 5) abgeschaltet. Es ist zu erkennen, daß das Auslaß-Magnetventil (RV) aufeinanderfolgend ein- und ausgeschaltet wird, bis es schließlich zum Zeitpunkt (t 10) endgültig abgeschaltet wird, wobei zu diesem Zeitpunkt der Druck in dem Ausgleichsbehälter (ER) innerhalb des Totbereichs und vorzugsweise auf dem Ziel- oder Sollpegel gemäß Fig. 3 liegt.

Wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, können die Zuführungs- und Auslaß-Magnetventile hinsichtlich ihrer Konstruktion identisch sein, wobei die oberen und unteren Teile gleich sind. Der erste Ausgangsanschluß (OT 1) des Mikroprozessors (CPU) ist wieder mit der elektrischen Wicklung (ECA) des elektropneumatischen oder elektromagnetischen federvorgespannten Zuführungs-Magnetventils (AV) über eine Leitung (L 2) verbunden. Der zweite Ausgangsanschluß (OT 2) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der elektrischen Wicklung (ECR′) des elektropneumatischen oder elektromagnetischen, federvorgespannten Auslaß-Magnetventils (RV′) über eine Leitung (L 3) verbunden. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, schließen das Zuführungs-Magnetventil (AV) und das Auslaß-Magnetventil (RV′) jeweils einen oberen, eine freie Strömung ermöglichenden Ventilteil und einen unteren Sperrventeil ein, die in eine Position gemäß Fig. 6 federvorgespannt sind. Wenn das Zuführungs-Magnetventil (AV) abgeschaltet ist, so bewirkt die Feder wiederum das Absperren des Strömungspfades durch den unteren Ventilteil (ALP), während, wenn das Zuführungs-Magnetventil (AV) angesteuert oder eingeschaltet ist, ein Strömungspfad von dem oberen Ventilteil (AUP) ausgebildet wird. In gleicher Weise wird, wenn das Auslaß-Magnetventil (RV′) eingeschaltet ist, ein Strömungspfad von dem oberen Ventilteil (RUP′) ausgebildet, während, wenn das Auslaß-Magnetventil (RV′) abgeschaltet ist, der Strömungspfad durch den unteren Ventilteil (RLP′) gesperrt ist. Es ist zu erkennen, daß der Eingangsanschluß (RIP′) mit Leitungen oder Rohren (P 3) und (P 4) verbunden ist, während der Auslaßanschluß (ROP′) mit dem Auslaß verbunden ist. Es ist weiterhin verständlich, daß sowohl das Zuführungs- als auch das Auslaß- Magnetventil (AV) bzw. (RV′) in Abhängigkeit von den Impulsen nach Fig. 4 während einer Vergrößerung des Bremsanforderungsbefehls und einer Verringerung des Bremsanforderungsbefehls ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Es ist aus dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 zu erkennen, daß eine Subroutine durch den Ablauf eines programmierbaren Zeitgebers in dem Mikroprozessor (CPU) im Unterbrechungssteuerbetrieb verwendet wird, um effektiv das Elektromagnetventil zu steuern. Obwohl lediglich ein Beispiel in dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 dargestellt ist, ist es verständlich, daß irgendeine Anzahl von Magnetventilen einfach dadurch gesteuert werden kann, daß ein zugehöriger Zeitgeber in geeigneter Weise eingestellt oder programmiert wird. Während der Algorithmus und das Ablaufdiagramm aus sich heraus verständlich sind, soweit es die Steuerung der Magnetventile betrifft, erfordert der Vorgang, der auftritt, nachdem die Zeitgeber gesetzt wurden und die Magnetventile eingeschaltet oder ausgeschaltet wurden, einige Erläuterungen. An der Stelle in dem Diagramm, an der die Zeitgeber gesetzt und gestartet werden, besteht eine direkte Rückkehr zum Hauptteil des Programms. Zu diesem Zeitpunkt laufen die Zeitgeber, und sie laufen schließlich ab und rufen eine weitere Unterbrechung hervor, die von der Unterbrechung abweicht, die den Eintritt in die Steuerroutine hervorgerufen hat. Wenn diese Unterbrechung auftritt, so enthält der zugehörige Unterbrechungs- oder Interrupt-Vektor die Adresse einer Subroutine, die das zugehörige Magnetventilpaar in einen Überlappungszustand oder in irgendeinen Zustand bringt, der mit dem Steuerverfahren vereinbar ist. Die Magnetventile bleiben in diesem Zustand, bis das Hauptprogramm erneut durch den Ablauf des Haupt-Zeitgebers unterbrochen wird und der Zyklus wird wiederholt.

Die Bauteile zur Steuerung des Luftdruckes bestehen aus zwei kleinen Magnetventilen, die den Steuerdruck eines Druckluft- Relaisventils (VI) beeinflussen, wie zum Beispiel ein Relaisventil vom S-Typ, ein Relaisventil vom C2-W-Typ oder ein Relaisventil vom J-Typ. Nach beträchtlichen Untersuchungen ist man zu dem Schluß gelangt, daß ein wirksames Steuerschema dadurch gerätemäßig ausgebildet werden kann, daß die Steuervolumen so klein wie möglich gemacht werden und daß Magnete mit einer möglichst geringen Größe verwendet werden, um den Pegel des Steuerdruckes zu ändern. Durch die Verwendung von kleinen Volumen und kleinen Steuereinrichtungen werden die Temperatureffekte, die während des Ladens und Entlastens des pneumatischen Systems auftreten, auf einem Minimum gehalten. Dies ergibt sich aus der relativ großen Masse des Relaistyps der Steuergeräte verglichen mit der Masse der Luft in dem kleinen Steuervolumen. Sobald der Steuerdruck ausgebildet ist, kompensiert die Zufuhrseite des Relaisventils jede Änderung in dem System-Bremsrohrdruck aufgrund von Änderungen der Temperatur. Zusätzlich ist das Relaisventil bestrebt, den Druck des Systems auf einem Pegel zu halten, der durch den Steuerdruck bestimmt ist, wodurch ein Auslecken in oder aus dem System kompensiert wird.

Das Hauptprogramm zur Steuerung des Luftdruckes in den verschiedenen Steuergeräten, die in einem Eisenbahn- Druckluftbremssystem verwendet werden, ist allgemein in dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 gezeigt. Dieses Verfahren wurde hauptsächlich zur Verwendung in Verbindung mit einem Steuersystem auf der Grundlage eines Mikroprozessors entwickelt, das alle notwendigen Parameter unter regelmäßigen Zeitintervallen überwacht und ein Digitalsignal erzeugt, das die Magnetventile derart steuern kann, daß ein stabiler Steuerdruck an einem speziellen Relaisventil ausgebildet wird, woraus folgt, daß ein im wesentlichen stetiger Druck in dem System aufrecht erhalten wird.

Im folgenden wird auf die Betriebsweise, die in dem Ablaufdiagramm dargestellt ist, und insbesondere auf den ersten Funktionsblock (101) Bezug genommen, wobei der Start der Subroutine eingeleitet und in den ersten Funktionsblock (101) eingetreten wird, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode abgelaufen ist, die durch einen Zeitgeber in dem Hauptprogamm festgelegt ist. Der erste Funktionsblock (101) stellt den Zustand von Eingabegeräten fest und liest diesen ein, wobei dieser Vorgang im Sammeln oder Erfassen der erforderlichen Daten von dem Bezugs-Bremshandgriff und dem Rückführungs-Druckwandler und in der Speicherung der Information an geeigneten Speicherstellen für eine nachfolgende Verwendung durch das Hauptprogramm besteht.

Aus den von dem ersten Funktionsblock (101) gesammelten Parametern berechnet und bestimmt ein zweiter Funktionsblock (102) das Vorzeichen und die Größe des Druckfehlers dadurch, daß die Druckanzeige des Wandlers von dem Bremshandgriff- Druckanforderungsbefehl subtrahiert wird.

In dem folgenden Entscheidungsblock (103) wird die Größe des Druckfehlers mit einem vorher ausgewählten Drucksteuerbereich verglichen. Wenn die Größe des Druckfehlers außerhalb des Drucksteuerbereiches liegt, so liefert der Entscheidungsblock (103) ein "JA" an den folgenden Funktionsblock (104), der die Magnetventile in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Druckfehlers in den entsprechenden Zustand bringt. Daher werden die Impulsbreiten-Zeitgeber nicht gestartet und es erfolgt eine Rückkehr zum Hauptprogramm. Wenn der Druckfehler außerhalb des Steuerbereiches liegt, werden die Magnetventile ein- oder ausgeschaltet gelassen, wie dies durch das Vorzeichen des Druckfehlers bestimmt ist, bis der Systemdruck innerhalb des vorgegebenen Steuerbereiches liegt.

Es ist zu erkennen, daß der Steuerbereich durch die Betriebscharakteristik des speziellen Systems bestimmt ist, und daß er typischerweise zwischen 0,0689 und 0,1378 bar (1 oder 2 psi) von dem Ziel-Druckpegel nach Fig. 3 liegen kann. Wenn die Größe innerhalb des Drucksteuerbereiches liegt, so liefert der Entscheidungsblock (103) ein "NEIN" an den nächsten Entscheidungsblock (105). Zu diesem Zeitpunkt liegt der Druck des Systems innerhalb des Steuerdruckbereiches, so daß die Magnetventile impulsförmig für genaue Zeitperioden angesteuert werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, um auf diese Weise wiederholt kleinere Änderungen des Druckes hervorzurufen. Während dieser gesteuerten Druckfolge ist der spezielle Zustand, in dem sich die jeweiligen Magnetventile befinden, durch das Vorzeichen des Druckfehlers bestimmt, und die Zeitperiode, über die der jeweilige Elektromagnet eingeschaltet wird, wird in Abhängigkeit von der Größe des Druckfehlers berechnet. Wenn der Druckfehler außerhalb des Totbereiches liegt, so wird in den dritten Funktionsblock (106) ausgehend von dem "JA"-Ausgang des Entscheidungsblockes (105) eingetreten. Dieser spezielle Funktionsblock (106) schaltet die Magnetventile ein oder aus, wie dies durch das Vorzeichen des Druckfehlers bestimmt ist, und die Zeitgeber werden gestartet und auf eine Zeitperiode eingestellt, die durch die Größe des Druckfehlers bestimmt ist. Danach erfolgt eine Rückkehr zum Hauptprogramm.

Wenn der Steuerdruck innerhalb des Steuerbereiches liegt und nahe genug am Ziel-Druckpegel liegt, so ist keine Betätigung erforderlich und der Entscheidungsblock (105) liefert ein "NEIN" an den vierten Funktionsblock (107). Der vierte Funktionsblock (107) bewirkt, daß die Magnetventile in den Überlappungszustand gebracht werden, wenn sie sich nicht bereits in diesem befinden. Die Zeitgeber werden jedoch nicht gesetzt und es erfolgt eine Rückkehr zum Hauptprogramm.

Wie dies bereits oben erwähnt wurde, ist das Ablaufdiagramm nach Fig. 2 im wesentlichen aus sich selbst heraus verständlich, soweit es die Steuerung der Magnetventile betrifft, doch erfordert die Betätigung nach dem Setzen der Zeitgeber und nach der Ansteuerung oder dem Abschalten der Magnetventile eine Erläuterung. Wenn die Zeitgeber gesetzt und gestartet sind, erfolgt eine direkte Rückkehr zum Hauptteil des Computerprogramms. Zu diesem Zeitpunkt laufen die Zeitgeber und sie laufen schließlich ab und rufen eine weitere Unterbrechung hervor, die von der Unterbrechung abweicht, die durch den Eintritt in die Steuerroutine hervorgerufen wird. Wenn diese Unterbrechung auftritt, enthält der zugehörige Vektor die Adresse einer Subroutine, die bewirkt, daß die Magnetventile in einen Überlappungszustand oder irgendeinen Zustand gebracht werden, der mit dem Steuerverfahren kompatibel ist. Die Magnetventile bleiben in diesem Überlappungszustand, bis eine Unterbrechung des Hauptprogramms durch den Ablauf des Haupt- Zeitgebers auftritt, und der Zyklus wird wiederholt.

Zusätzlich zu dem grundlegenden Steuerprogramm wurde in gewissem Ausmaß ein Konzept ausgeführt, das die Idee einschließt, das System an einige seiner Umgebungsbedingungen "anpaßbar" zu machen. Kurz gesagt sind Umstände aufgetreten, bei denen die Impulsbreite und die Zeitsteuerung genau dafür richtig sind, daß keine Änderung des Steuerdruckes auftritt. Ein derartiger Zustand könnte bewirken, daß der Elektromagnet dauernd impulsförmig angesteuert wird, bis der Steuerdruck ausreichend weit geändert ist, damit das Steuersystem eine andere Impulsbreite auswählt.

Diese Idee wird dadurch ausgeführt, daß ein Zähler ausgebildet wird, der jedesmal dann einmal weitergeschaltet wird, wenn die Impulsbreite und das Vorzeichen des Fehlers gleich der vorhergehenden Impulsbreite und dem vorhergehenden Fehler blieb. Wenn der Zähler eine vorgegebene Zählung erreicht, wird die nächste Impulsbreite ausgewählt, der Zähler wird auf null zurückgesetzt, und die Folge wird wiederholt.

Wenn sich der Druck ausreichend stark ändert, um das Vorzeichen des Druckfehlers als Ergebnis der gerade zurückliegenden Impulsbreite zu ändern, so wird eine Flagge gesetzt, die anzeigt, daß die Stabilität erreicht wurde und weitere Bezugswerte auf die Impulsbreite beginnen mit der Impulsbreite bei die Stabilität begonnen hat.

Claims (18)

1. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem für Eisenbahnfahrzeuge, gekennzeichnet durch Einrichtungen (OH) zur Einleitung eines gewünschten Bremsanforderungssignals, auf das gewünschte Bremsanforderungssignal ansprechende Einrichtungen (CPU) zur Lieferung von Zeitgeber- und Steuersignalen, durch die Zeitgeber- und Steuersignale betätigte Einrichtungen (ECA, ECR) zur Steuerung des Druckes der Bemsleitung durch Überwachen des Druckes in einem Ausgleichsbehälter (ER), Einrichtungen (PS) zur Messung des Druckes in dem Ausgleichsbehälter (ER) und zur Lieferung eines Rückführungssignals an die Zeitgeber- und Steuereinrichtungen (CPU) zur Berechnung der Differenz zwischen dem gewünschten Bremsanforderungssignal und dem Rückführungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, was ein impulsförmiges Ein- und Ausschalten der Drucksteuereinrichtungen (ECA, ECR) bewirkt, bis der Druck in dem Ausgleichsbehälter (ER) im wesentlichen mit dem des gewünschten Bremsanforderungssignals übereinstimmen.

2. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Einleitung eines gewünschten Bremsanforderungssignals die Form eines manuellen Bremsbefehls-Steuergerätes (OH) aufweisen.

3. Digitales Druckluftbremsen-Steuersytem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeber- und Steuereinrichtung ein Mikroprozessor (CPU) ist.

4. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtungen zumindestens zwei elektropneumatische Ventile (ECA, ECR) einschließen.

5. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der elektropneumatischen Ventile ein Zuführungs-Magnetventil (ECP) ist.

6. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderes der beiden elektropneumatischen Ventile ein Auslaß-Magnetventil (ECR) ist.

7. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden elektropneumatischen Ventile (ECA, ECR) die Form eines Zweiweg- Magnetventils aufweist.

8. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden elektopneumatischen Ventile (ECA, ECR) die Form eines federvorgespannten Magnetventils aufweist.

9. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein pneumatisch-/elektrischer Wandler (PS) ist.

10. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das manuelle Bremsbefehl-Steuergerät (OH) die ausgewählte Position in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt.

11. Pneumatische Drucksteueranordnung zur Steuerung der Bremsen von Eisenbahnfahrzeugen, gekennzeichnet durch ein manuelles Bremsbefehls- Steuergerät (OH) zur Umwandlung einer ausgewählten Bremsposition in ein entsprechendes elektrisches Signal, ein Zuführungs- Magnetventil (ECA), das mit einer Druckluftquelle (MR) und einer Speichereinrichtung (ER) verbindbar ist, ein Auslaß-Magnetventil (ECR), das mit der Atmosphäre (EX) und mit der Speichereinrichtung (ER) verbindbar ist, einen elektropneumatischen Wandler (PS) zur Messung des Druckes in der Speichereinrichtung (ER) und zur Lieferung eines Rückführungssignals, einen Mikroprozessor (CPU) zum Empfang und zum Vergleich des elektrischen Signals mit dem Rückführungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, das zu Anfang das Zuführungs-Magnetventil (ECA) und das Auslaß- Magnetventil (ECR) bei Anforderung einer Bremsleistung ansteuert, das nachfolgend die Magnetventile impulsförmig ansteuert, wenn der Druck in der Speichereinrichtung (ER) in einen vorausgewählten Steuerbereich gelangt und das schließlich die Magnetventile abschaltet, wenn der Druck in der Speichereinrichtung (ER) in einen vorausgewählten Totbereich gelangt, um einen Überlappungszustand hervorzurufen.

12. Pneumatische Drucksteueranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungs- Magnetventil (ECA) durch elektrische Impulse impulsförmig angesteuert wird, die eine abnehmende Dauer aufweisen.

13. Pneumatische Drucksteueranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elektropneumatische Wandler (PS) die Form einer Dehnungsmeßstreifeneinrichtung aufweist.

14. Pneumatische Drucksteueranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen Ausgleichsbehälter (ER) einschließt.

15. Pneumatische Drucksteueranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal die anfängliche Abschaltung des Zuführung-Magnetventils (ECA) und des Auslaß-Magnetventils (ECR) bei einer abnehmenden Bremsanforderung hervorruft und nachfolgend das Auslaß- Magnetventil (ECR) impulsförmig ansteuert, wenn der Druck in der Speichereinrichtung (ER) in den vorausgewählten Steuerbereich gelangt, worauf schließlich Auslaß-Magnetventil abgeschaltet wird, wenn der Druck in der Speichereinrichtung in den vorausgewählten Totbereich gelangt, um einen Überlappungszustand hervorzurufen.

16. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungs- Magnetventil (ECA) einen oberen, eine freie Strömung ermöglichenden Teil (AUP) und einen unteren Sperrteil (AIR) einschließt.

17. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaß- Magnetventil (ECR) einen oberen Sperrteil (RUP) und einen unteren, eine freie Strömung ermöglichenden Teil (ROP) einschließt.

18. Digitales Druckluftbremsensteuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaß- Magnetventil (ECR′) einen oberen, eine freie Strömung ermöglichenden Teil (RUP′) und einen unteren Sperrteil (ROP′) einschließt.