DE4037626C2 - Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander gekoppelten Antriebssystemen - Google Patents
Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander gekoppelten AntriebssystemenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für
ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei eigenständigen,
elastisch untereinander gekoppelten Antriebssystemen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter einem Schienenfahrzeug wird hierbei sowohl ein aus
mindestens zwei angetriebenen Wagen bestehender Zugverband,
als auch eine Lokomotive mit mindestens zwei Einzelachsantrieben
oder Drehgestellantrieben verstanden.
Eine solche Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit
mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander gekoppelten
Antriebssystemen ist aus der DE-PS 1 10 570 bekannt.
Dort werden mechanische Mittel zum selbsttätigen Regeln
der Motoren von aus mehreren elektrisch betriebenen
Motorwagen bestehenden Zügen vorgeschlagen, so daß jeder
Motor nur so viel Arbeitet leistet, als erforderlich ist, um
den zugehörigen Wagen am "Schnellerfahren" (Vorstoßen) oder
"Langsamerfahren" (Sichziehenlassen) zu hindern.
Bei Nahverkehrszügen ist es üblich, daß mehrere Wagen eines
Zugverbandes mit eigenständigen Antriebssystemen versehen
sind. Die einzelnen Antriebssysteme werden durch Sollwert-
Vorgabe des Drehmomentes oder der Zugkraft betrieben.
Die einzelnen Wagen sind über oft nur schwach gedämpfte
Kupplungen elastisch miteinander gekoppelt. Wie sich herausgestellt
hat, neigt ein derartiges Schienenfahrzeug je
nach Dämpfung der elastischen Verkopplung zu Längsschwingungen,
die sich für die Fahrgäste als "ruckweises" Fahren
unangenehm bemerkbar machen. Das gleiche gilt auch für momenten-
oder zugkrafteinprägend betriebene Lokomotiven mit
mindestens zwei abgefederten Einzelachsantrieben oder Drehgestellantrieben
mit üblicher Drehgestellfederung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei ei
genständigen, elastisch untereinander gekoppelten Antriebssystemen
der eingangs genannten Art anzugeben, die auf
elektronische Art und Weise Längsschwingungen zwischen den
einzelnen Antriebssystemen wirksam vermindert.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Dabei ist die Bildung eines Sollwertes aus dem Mittelwert
von Drehzahl bzw. Frequenzen bei drehzahlgeregelten Mehrmotorenantrieben
aus der DE 37 26 295 C2 bekannt.
Bei den erfindungsgemäßen Lösungen wird jeweils vorausgesetzt,
daß die mittlere Geschwindigkeit oder Drehzahl z. B.
aus den erfaßten Geschwindigkeiten oder Drehzahlen der einzelnen
Antriebssysteme gebildet wird (Mittelwertbildung).
Die Geschwindigkeiten oder Drehzahlen der einzelnen An
triebssysteme werden beispielsweise mittels eines Summierers
addiert und ein Dividierer teilt die gebildete Summe
durch die Anzahl der Antriebssysteme, wodurch die mittlere
Geschwindigkeit oder Drehzahl erhalten wird.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins
besondere darin, daß durch die vorgeschlagene Dämpfungs
regelung in der Antriebssteuerung eine Minimierung der
Abweichung der Geschwindigkeiten oder Drehzahlen der
Antriebssyteme von der mittleren Geschwindigkeit oder
Drehzahl erzielt wird, wodurch die Neigung zu Längs
schwingungen des Zugverbandes bzw. der Lokomotive, d. h.
Zugkraftschwankungen oder Drehmomentschwankungen, wirk
sam herabgesetzt wird. Der erforderliche Zusatzaufwand
ist relativ gering.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 ein aus mehreren Antriebssystemen bestehendes
Schienenfahrzeug,
Fig. 2 eine Regelanordnung zur Bedämpfung von Schwin
gungen zwischen den Antriebssystemen des
Schienenfahrzeuges.
In Fig. 1 ist ein aus mehreren Antriebssystemen beste
hendes Schienenfahrzeug dargestellt. Das Schienenfahr
zeug 1 besteht dabei aus vier einzelnen, momenteneinprä
genden Antriebssystemen A, B, C, D, wobei die einzelnen
Antriebssysteme über Verbindungselemente mit Federn FAB,
FBC, FCD (Kupplungen) miteinander gekoppelt sind. An
stelle des Drehmomentes kann auch die Zugkraft einge
prägt sein (Sollwert-Vorgabe). Im Ausführungsbeispiel
wird dabei eine Sollwert-Vorgabe der Zugkraft vorausge
setzt, die Ausführungen gelten sinngemäß auch für eine
Sollwert-Vorgabe des Drehmomentes.
Als Antriebssystem wird ein System mit eigenem Antrieb
bezeichnet. Ein solches Antriebssystem kann beispiels
weise ein angetriebener Wagen eines Nahverkehrszuges
sein, wobei das Schienenfahrzeug in diesem Fall durch
mehrere angetriebene Wagen gebildet wird (= Zugverband).
Ein solches Antriebssystem kann daneben auch der Drehge
stell- oder Einzelachsantrieb einer Lokomotive sein,
wobei in einem solchen Fall die durch mehrere Drehge
stell- oder Einzelachsantriebe angetriebene Lokomotive
selbst das Schienenfahrzeug darstellt. Im Ausführungs
beispiel wird ein Nahverkehrszug als Schienenfahrzeug
vorausgesetzt, die Ausführungen gelten sinngemäß auch
für Lokomotiven mit mehreren Antrieben.
Die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges (Zugverban
des) ist mit v bezeichnet, während die einzelnen An
triebssysteme A, B, C, D die Geschwindigkeiten vA, vB,
vC, vD aufweisen. Anstelle der Geschwindigkeiten v, vA,
vB, vC, vD können auch die entsprechenden Drehzahlen der
einzelnen Antriebe herangezogen werden.
In Fig. 2 ist eine Regelanordnung zur Bedämpfung von
Schwingungen zwischen den Antriebssystemen des Schienen
fahrzeuges dargestellt. Dabei wird das in Fig. 1 ge
zeigte, aus vier Antriebssystemen A, B, C, D bestehende
Schienenfahrzeug 1 vorausgesetzt. Die einzeln erfaßten
Geschwindigkeiten vA, vB, vC, vD der Antriebssysteme A,
B, C, D werden einem Summierer 2 zugeleitet, der aus
gangsseitig mit einem Dividierer 3 beschaltet ist. Der
Dividierer 3 teilt die aufsummierten Geschwindigkeiten
vA+vB+vC+vD durch die Anzahl n der Antriebssysteme, im
Ausführungsbeispiel n = 4, wodurch die mittlere Ge
schwindigkeit vM gebildet wird.
Diese mittlere Geschwindigkeit vM ist mit einer Totzeit
behaftet. Zur dynamischen Kompensation dieser Totzeit
wird diese mittlere Geschwindigkeit vM einem Summierer 4
und einem Differenzierglied 5 (DT-Glied) zugeführt. Das
Differenzierglied 5 bildet die differenzierte mittlere
Geschwindigkeit vMD (Fahrzeugbeschleunigung) und leitet
diese einem Verzögerungsglied zweiter Ordnung 6 (VZ2-
Glied, Tiefpaß) zu. Die dem Verzögerungsglied 6 entnehm
bare verzögerte differenzierte mittlere Geschwindigkeit
vMDV (verzögerte Fahrzeugbeschleunigung) liegt dem Sum
mierer 4 an, der die Referenzgeschwindigkeit
vMREF = vM + vMDV bildet. Diese Referenzgeschwindigkeit
vMREF ist also eine dynamisch kompensierte Nachbildung,
sie ist näherungsweise gleich der aktuellen (also unver
zögerten) Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges.
Die Referenzgeschwindigkeit vMREF wird vier jeweils den
einzelnen Antriebssystemen A, B, C, D zugeordneten Re
gelanordnungen 12, 13, 14, 15 zugeleitet. Im Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist lediglich die Regelan
ordnung 12 zum Antriebssystem A detailliert gezeigt, die
weiteren Regelanordnungen 13, 14, 15 sind jedoch ent
sprechend gleichartig aufgebaut.
Die Regelanordnung 12 weist einen Multiplizierer 7 auf,
der die Referenzgeschwindigkeit vMREF mit einem Korrek
turfaktor KRA multipliziert, um unterschiedliche Rad
durchmesser der einzelnen Antriebssysteme A, B, C, D zu
berücksichtigen. Bei den weiteren Regelanordnungen 13,
14, 15 sind entsprechende Multiplizierer zur Berücksich
tigung von Raddurchmesser-Korrekturfaktoren KRB, KRC,
KRD vorgesehen, wobei diesen Multiplizierern die korri
gierten Referenzgeschwindigkeiten vMREFB, vMREFC, vMREFD
entnehmbar sind.
Die in Abhängigkeit der Raddurchmesser korrigierte Refe
renzgeschwindigkeit vMREFA wird einem Subtrahierer 8
zugeleitet. Der Subtrahierer 8 bildet die Geschwindig
keitsdifferenz vDIFA = vA - vMREFA und leitet diese ei
nem Dämpfungsregler 9 zu. Bei den weiteren Regelanord
nungen 13, 14, 15 sind entsprechende Subtrahierer zur
Bildung der Geschwindigkeitsdifferenzen,
vDIFB = vB - vMREFB,
vDIFC = vC - vMREFC,
vDIFD = vD - vMREFD,
zwischen den Geschwindigkeiten der Antriebssysteme vB, vC, vD und den korrigierten Referenzgeschwindigkeiten vMREFB, vMREFC, vMREFD vorgesehen.
vDIFB = vB - vMREFB,
vDIFC = vC - vMREFC,
vDIFD = vD - vMREFD,
zwischen den Geschwindigkeiten der Antriebssysteme vB, vC, vD und den korrigierten Referenzgeschwindigkeiten vMREFB, vMREFC, vMREFD vorgesehen.
Der Dämpfungsregler 9 weist eine Reglerverstärkung Kp
auf. Die vom Dämpfungsregler 9 ausgangsseitig abgegebene
Reglerstellgröße YRA wird einem Subtrahierer 10 zugelei
tet. Die weiteren Regelanordnungen 13, 14, 15 weisen
ebenfalls Dämpfungsregler zur Bildung von Reglerstell
größen YRB, YRC, YRD auf. Der Subtrahierer 10 bildet den
korrigierten Zugkraftsollwert FSAA = FSOA - YRA zwischen
dem Zugkraftsollwert FSOA für das Antriebssystem A und
der Reglerstellgröße YRA und führt diesen korrigierten
Zugkraftsollwert einem Begrenzer 11 zu. In gleicher Wei
se bilden weitere Subtrahierer der Regelanordnungen 13,
14, 15 die korrigierten Zugkraftsollwerte,
FSAB = FSOB - YRB,
FSAC = FSOC - YRC,
FSAD = FSOD - YRD,
zwischen den Zugkraftsollwerten FSOB, FSOC, FSOD der Antriebssysteme B, C, D und den Reglerstellgrößen YRB, YRC, YRD.
FSAB = FSOB - YRB,
FSAC = FSOC - YRC,
FSAD = FSOD - YRD,
zwischen den Zugkraftsollwerten FSOB, FSOC, FSOD der Antriebssysteme B, C, D und den Reglerstellgrößen YRB, YRC, YRD.
Dem Begrenzer 11 ist der begrenzte, korrigierte Zug
kraftsollwert FAA ausgangsseitig entnehmbar. Die weite
ren Regelanordnungen 13, 14, 15 weisen ebenfalls Begren
zer auf, so daß in gleicher Weise begrenzte korrigierte
Zugkraftsollwerte FAB, FAC, FAD für die weiteren An
triebssysteme B, C, D entnehmbar sind.
Kennzeichnend für das vorgeschlagene Verfahren ist die
Verwendung der Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehzahl
differenz (Differenz zwischen Antriebssystemen und
Schienenfahrzeug, d. h. Gesamtzugsystem) derart, daß eine
Drehzahl oder Geschwindigkeit des Antriebssystems, die
größer als die des Schienenfahrzeuges, d. h. Gesamtsy
stems, ist, zu einer Verringerung des jeweiligen Soll
wertes für Zugkraft oder Drehmoment führt. Bei negativer
Differenz ergibt sich eine Sollwerterhöhung unter Beach
tung der zulässigen Maximalwerte.
Im allgemeinen ist der Zusammenhang zwischen Drehzahl
differenz und Momentenänderung linear, so daß zweckmäßig
ein P-Regler als Dämpfungsregler einzusetzen ist. Allge
mein bewirkt die hohe Reglerverstärkung Kp eine starke
Dämpfung der Schwingneigung. Je größer die Reglerver
stärkung Kp gewählt wird, desto stärker wirken sich al
lerdings auch Fehler aus, die durch unterschiedliche und
unzureichend berücksichtigte Radreifendurchmesser oder
durch dynamisch zu ungenaue Nachbildung der Geschwindig
keit v des Schienenfahrzeuges verursacht werden. Bei zu
hoher Reglerverstärkung Kp wird die Dämpfungsregelung
wegen der gegebenenfalls auftretenden Totzeiten insta
bil.
Wesentlich für die Funktion des Verfahrens ist die
schnelle Rückführung der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl
jedes Antriebssystems auf den jeweiligen Sollwert der
Antriebszugkraft bzw. des Antriebsmomentes. Die dyna
misch genaue Drehzahlerfassung wird im allgemeinen vom
jeweiligen Antriebssystem ohnehin für die Steuerung be
nötigt, so daß kein zusätzlicher Aufwand notwendig ist.
Vorteilhaft für die Realisierung ist die Tatsache, daß
an die Erfassung und Auswertung der mittleren Geschwin
digkeit vM keine hohen Anforderungen zu stellen sind.
Falls diese mittlere Geschwindigkeit vM mit großer Tot
zeit behaftet ist, sind Aufbereitungs- und Korrekturmaß
nahmen zu ergreifen, denn sonst würde die vorgeschlagene
Dämpfungsregelung bei Beschleunigungs- und Bremsvorgän
gen eine bleibende Reduzierung des Zugkraft- oder Momen
tensollwertes bewirken. Deshalb muß - z. B. durch Diffe
rentiation mittels Differenzierglied 5 und anschließender Tief
paßfilterung mittels Verzögerungsglied 6 - dafür gesorgt werden,
daß bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen ein "voraus
berechneter" und damit "aktueller" Referenzgeschwindig
keitswert vMREF vorliegt.
Die mittels des Begrenzers 11 bewirkte Begrenzung des
gebildeten korrigierten Zugkraftsollwertes kann bei
spielsweise derart erfolgen, daß bei betragsmäßig großen
Sollwerten der "alte" Sollwert gleichzeitig den Grenz
wert bildet, während bei kleinen Sollwerten auf einen
fest vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird. Die Rege
lung toleriert auch einseitige Begrenzungen, jedoch
sollte der Stellbereich nicht unnötig eingeschränkt wer
den.
Claims (3)
1. Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit
mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander
gekoppelten Antriebssystemen, die zugkrafteinprägend
oder drehmomenteinprägend betrieben werden,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die mittlere Geschwindigkeit (vM) oder Drehzahl der Antriebssysteme (A, B, C, D) erfaßt wird, die in Subtrahierern mit jeder einzelnen Geschwindigkeit (vA, vB, vC, vD) oder Drehzahl der Antriebssysteme (A, B, C, D) verglichen wird,
- die ermittelten Geschwindigkeitsdifferenzen (VDIFA, VDIFB, VDIFC, VDIFD) oder Drehzahldifferenzen Dämpfungsreglern (9) zugeführt werden,
- die Reglerstellgrößen (YRA, YRP, YRC, YRD) der Dämpfungsregler (9) Subtrahierern (10) zugeleitet werden, denen die Zugkraftsollwerte (FSOA, FSOB, FSOC, FSOD) oder Drehmomentsollwerte für die Antriebssysteme anliegen, wodurch korrigierte Zugkraftsollwerte (FSAA, FSAB, FSAC, FSAD) oder Drehmomentsollwerte gebildet werden,
- die mittlere Geschwindigkeit (vM) oder Drehzahl zur dynamischen Kompensation der Totzeit einem Differenzierglied (5) zugeleitet wird, das ausgangsseitig mit einem Verzögerungsglied (6) verbunden ist, und daß
- die dem Verzögerungsglied (6) entnehmbare verzögerte, differenzierte, mittlere Geschwindigkeit (vMDV) zur mittleren Geschwindigkeit (vM) addiert wird.
dadurch gekennzeichnet,
- daß die mittlere Geschwindigkeit (vM) oder Drehzahl der Antriebssysteme (A, B, C, D) erfaßt wird, die in Subtrahierern mit jeder einzelnen Geschwindigkeit (vA, vB, vC, vD) oder Drehzahl der Antriebssysteme (A, B, C, D) verglichen wird,
- die ermittelten Geschwindigkeitsdifferenzen (VDIFA, VDIFB, VDIFC, VDIFD) oder Drehzahldifferenzen Dämpfungsreglern (9) zugeführt werden,
- die Reglerstellgrößen (YRA, YRP, YRC, YRD) der Dämpfungsregler (9) Subtrahierern (10) zugeleitet werden, denen die Zugkraftsollwerte (FSOA, FSOB, FSOC, FSOD) oder Drehmomentsollwerte für die Antriebssysteme anliegen, wodurch korrigierte Zugkraftsollwerte (FSAA, FSAB, FSAC, FSAD) oder Drehmomentsollwerte gebildet werden,
- die mittlere Geschwindigkeit (vM) oder Drehzahl zur dynamischen Kompensation der Totzeit einem Differenzierglied (5) zugeleitet wird, das ausgangsseitig mit einem Verzögerungsglied (6) verbunden ist, und daß
- die dem Verzögerungsglied (6) entnehmbare verzögerte, differenzierte, mittlere Geschwindigkeit (vMDV) zur mittleren Geschwindigkeit (vM) addiert wird.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Multiplizierer (7) zur Multiplikation
der mittleren Geschwindigkeit (vM, VMREF) mit
Korrekturfaktoren (KRA, KRB, KRC, KRD) für Raddurchmesser
vorgesehen sind.
3. Regeleinrichtung nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß P-Regler
als Dämpfungsregler (9) eingesetzt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904037626 DE4037626C2 (de) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander gekoppelten Antriebssystemen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904037626 DE4037626C2 (de) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Regeleinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei eigenständigen, elastisch untereinander gekoppelten Antriebssystemen |
Publications (2)
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DE4037626A1 DE4037626A1 (de) | 1992-06-04 |
DE4037626C2 true DE4037626C2 (de) | 1994-04-14 |
Family
ID=6418960
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Country Status (1)
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DE (1) | DE4037626C2 (de) |
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- 1990-11-27 DE DE19904037626 patent/DE4037626C2/de not_active Expired - Fee Related
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