DE4107514A1 - Antriebsregelungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsregelungssystem zum Führen eines Fahrzeugs über eine mittels eines vorgegebenen Fahrprofils bestimmten Strecke und zum Anhalten an einem vor­ gegebenen Zielort.

Bei einem bekannten spurgebundenen Schnellverkehrssystem mit berührungsloser magnetischer Trag-, Fahr- und Antriebstechnik ist die Strecke in unterschiedlich lange Streckenabschnitte unterteilt. Diese Streckenabschnitte haben auch unterschied­ liche elektrische Eigenschaften. Aus diesen Gründen sind der in jedem Streckenabschnitt erreichbare Bremsschub verschieden groß und die dadurch bedingte Verzögerung von der Geschwindig­ keit des Fahrzeugs, insbesondere eines Magnetschwebefahrzeugs, abhängig. Die geschwindigkeitsabhängige maximale Verzögerung wird auch noch vom Luftwiderstand beeinflußt.

Um bei einer Zielbremsung auf möglichst kurze Bremswege zu kommen, ist es vorteilhaft, die im jeweiligen Streckenabschnitt erreichbare Verzögerung voll auszunutzen. Da bei einem Bremsvor­ gang, beispielsweise mehrere Streckenabschnitte überfahren wer­ den, muß bei dem Wunsch nach einem kurzen Bremsweg eine sich laufend verändernde Verzögerung erreicht werde. Aus Komfortbe­ dingungen müssen die Vorgänge zwischen den verschiedenen Ver­ zögerungswerten rückbegrenzt verschliffen sein.

Aus der DE 30 01 778 C2 ist ein Führungsgrößengeber mit einem Fahrkurvenverlauf bekannt. Dieser Führungsgrößengeber wird für eine ruck-, beschleunigungs- und geschwindigkeitsbegrenzten Weg­ regelung eines Positionsantriebes mit unterlagerter Geschwindig­ keitsregelung verwendet. Dabei erfolgt mit Vorgabe entsprechender Rückwerte und einer mehrfachen zeitlichen Integration derselben eine Führung des Wegsollwertes und eines Geschwindigkeitssoll­ wertes des Positionsantriebes. Mit einer solchen Sollwertführung kann unter Einhaltung und längstmöglicher Ausnutzung der durch die Begrenzungen festgelegten Randbedingungen die gewünschte Position zeitoptimal erreicht werden.

Der s-Regler dieses Führungsgrößengebers enthält eine Wurzel­ funktion, deren Parameter von der gewählten Verzögerung abhän­ gig sind. Deshalb weist der Führungsgrößengeber beim Bremsen eine konstante Verzögerung auf. Für den Einsatz eines solchen Führungsgrößengebers bei dem eingangs erwähnten spurgebundenen Fahrzeug würde das bedeuten, daß abschnittsweise mit einer be­ stimmten Wurzelfunktion gearbeitet werden müßte. Dabei kann man sich zwar den unterschiedlichen Streckenabschnitten, aber nicht den sich von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Verzöge­ rungen anpassen. Dies bedeutet aber gleichzeitig ein Verschen­ ken von Bremsweg.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsrege­ lungssystem anzugeben, mit dem ein Fahrzeug unter Berücksichti­ gung des jeweiligen Zustands und des orts- und geschwindigkeits­ abhängigen Bremsvermögens des Antriebs gemäß eines vorgegebenen Fahrprofils über eine Strecke geführt und an einem vorgegebenen Zielort angehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß das Antriebsregelungssystem neben einem Führungs­ größengeber und einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung auch eine Einrichtung zur Berechnung einer Zielbremskurve aufweist, der von einer übergeordneten Betriebsleittechnik Ortsgeschwin­ digkeits-Telegramme zugeführt werden, besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit dieser Ortsgeschwindigkeits-Telegramme Ziel­ bremskurven zu berechnen, die dann in den s-Regler des Füh­ rungsgrößengebers hinterlegt werden. Mit dem Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm übergibt die Betriebsleittechnik dem Antriebs­ regelungssystem die Fahrwegabschnitte, die jeweils aus einem Startort und einem Zielort, Grenzgeschwindigkeit sowie zu­ lässiger Beschleunigung und Verzögerung bestehen. Der erste Fahrwegabschnitt beginnt mit demselben Startort wie das Fahrt­ richtungs-Telegramm, das zum Einsetzen des Fahrzeugs mit Vorgabe des aktuellen Startortes und der fahrweg- und fahrzeugbezogenen Fahrtrichtung dient. Die zulässige Geschwindigkeit im jeweili­ gen Fahrwegabschnitt ist durch die Grenzgeschwindigkeit gegeben, die zulässige Geschwindigkeit am Zielort ist immer Null. Die Zielortsgeschwindigkeit Null wird durch Übertragung eines neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms mit demselben Ort als Startort aufgehoben. Dadurch ist es möglich, über den gesamten reservier­ ten Fahrweg ein Fahrprofil und einen Zielhalt zu definieren.

Nach Empfang eines Ortsgeschwindigkeits-Telegramms prüft das Antriebsregelungssystem, ob der Startort mit dem Zielort des letzten Telegramms (Fortschalten des Fahrprofils) übereinstimmt. Liegt ein gültiges Telegramm vor, wird aus den Fahrwegabschnitts­ daten ein internes Profil mit Berücksichtigung des antriebsspe­ zifischen Bremsvermögens angelegt. Dieses dient als Berechnungs­ grundlage aller in diesem Profil enthaltenen Zielbremskurven­ äste.

Erst nach vollständiger Berechnung wird die neue Zielbremskurve an den Führungsgrößengeber übergeben und für die Weg- und Ge­ schwindigkeitsregelung wirksam. Bei der Berechnung der Ziel­ bremskurve wird vom Zielort ausgehend auf den Startort gerech­ net, d. h., die Kennlinie wird rückwärts berechnet, so daß die Verzögerung als Beschleunigung erscheint. Durch eine zweimalige Integration dieses Beschleunigungswertes ergeben sich der Ge­ schwindigkeitsverlauf und der Wegverlauf. Diese ermittelte Kenn­ linie wird punktweise im s-Regler des Führungsgrößengebers ab­ gespeichert. Verwendet man zwischen den einzelnen Punkten der Kennlinie eine lineare Interpolation, genügt es, wenn man etwa 1000 bis 2000 Wertepaare berechnet. Bei schnellen Verzöge­ rungsänderungen kann die Dichte dieser Punkte erhöht werden.

Um die orts- und geschwindigkeitsabhängige Bremskraft einfach ermitteln zu können, wird sie in drei Anteile aufgespalten. Für jeden Zielbremsabschnitt erfolgt die Berechnung der geschwindig­ keitsabhängigen elektrischen Bremskraft jeweils durch Auswertung eines quadratischen Polynoms, dessen Koeffizienten in Form einer Tabelle abgespeichert sind. Der Fahrwiderstand wird in die An­ teile Luftwiderstand, der quadratisch von der Geschwindigkeit abhängt, und Lineargenerator- und Trag-/Führsystemverluste auf­ geteilt, entsprechend berechnet und in Tabellenform abgespei­ chert. Die Ermittlung der ortsabhängigen Steigungs- bzw. Gefälle­ kräfte erfolgt durch Einteilung der Fahrstrecke in Bereiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung. Alle hierfür notwendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform fest abgelegt. Zur Vermeidung von Sprüngen wird in einer Übergangszone zwi­ schen den einzelnen Bereichen linear interpoliert.

Die mögliche orts- und geschwindigkeitsabhängige Verzögerung ergibt sich, indem die Summe aus Bremsschub und Fahrwiderstand durch die Fahrzeugmasse dividiert, das Ergebnis um den Einfluß der Steigungen oder der Gefälle korrigiert und mit einem ein­ stellbaren Reservefaktor multipliziert wird. Eine Minimalaus­ wahl aus möglichen Verzögerungen und vorgegebener Grenzverzöge­ rung liefert den Beschleunigungswert für die Kennlinienberech­ nung. Die gefundenen Werte für Verzögerung (negative Beschleu­ nigung), Geschwindigkeit und Weg werden nach dem Berechnungs­ zyklus in einem Zielbremskurvenspeicher abgelegt.

Die Berechnung des aktuellen Zielbremskurvenastes wird bei Über­ schreitung der zulässigen Grenzgeschwindigkeit gestoppt. Weitere Zielbremsäste werden durch Setzen der Integratoren für Geschwin­ digkeit und Weg mit entsprechenden Startwerten errechnet. Die Zielbremskurve ist schließlich vollständig ermittelt, wenn nach vielen Schleifendurchläufen das interne Profil bis zum aktuellen Fahrzeugort durchsucht wurde.

Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Berechnung einer Zielbremskurve in Verbindung mit einem Führungs­ größengeber kann sich die Bremskraft an die unterschiedlichen Streckenabschnitte und an die in diesen Streckenabschnitten vor­ handene Fahrgeschwindigkeiten anpassen. Wird jeweils diese orts­ und geschwindigkeitsabhängige Verzögerung immer voll ausgenutzt, so werden sehr kurze Bremswege erreicht.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Antriebsregelungs­ systems werden die Ausgänge der Geschwindigkeitsregler des Füh­ rungsgrößengebers durch errechnete, dem jeweiligen Antriebs­ und Bremsvermögen entsprechende Beschleunigungs- und Verzöge­ rungswerte begrenzt. Die Ermittlung der Antriebs- und Brems­ kraft und daraus der möglichen Beschleunigung und Verzögerung erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie die Berechnung der Brems­ kraft und die dazugehörige Verzögerung, d. h., ausgehend von abgespeicherten Tabellen für die Ermittlung von Antriebskraft, Bremskraft und Fahrwiderstand werden Beschleunigungs- und Ver­ zögerungswerte ermittelt, die in Abhängigkeit von Steigungen und Gefälle korrigiert werden und mit einem einstellbaren Be­ schleunigungs- und Verzögerungsfaktor multipliziert werden.

Dieses Konzept der Beschleunigung-/Verzögerungs-Begrenzung verhindert bei entsprechenden Parametrierung einerseits, daß Begrenzungen im Antrieb auftreten, erlaubt andererseits aber auch die volle Ausnutzung der elektrischen Betriebsmittel zum Erreichen einer kurzen Fahrzeit.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsregelungssystem schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungs­ gemäßen Antriebsregelungssystems, in

Fig. 2 ist ein Ortsgeschwindigkeits-Telegramm in einem Ge­ schwindigkeits-Diagramm über dem Ort dargestellt, die

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungs­ systems nach Fig. 1, in

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Führungsgrößengebers des Antriebsregelungssystems nach Fig. 1 dargestellt und die

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Grenzwerteinrichtung des Führungsgrößengebers nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Antriebs­ regelungssystems 2 näher dargestellt, dem von einer Betriebs­ leittechnik 4 ein Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT und ein Regelfahr-Telegramm RFT übermittelt wird. Ein Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm OGT ist in der Fig. 2 näher dargestellt. Mit dem Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT übergibt die Betriebs­ leittechnik 4 dem Antriebsregelungssystem 2 die Fahrabschnitte I bis IV, die jeweils aus Startort und Zielort, Grenzgeschwin­ digkeit v_Grenz, sowie zulässiger Beschleunigung a_BGrenz und Ver­ zögerung a_VGrenz bestehen. Mit dem Regelfahr-Telegramm RFT kann ein beliebiger Sollwert für die Geschwindigkeit v_SOLL und ein Grenzstrom i_Max vorgesehen werden.

Das Antriebsregelungssystem 2 besteht aus einem Führungsgrößen­ regler 6, einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und einer Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve ZBK, deren Blockschaltbild in der Fig. 3 näher dargestellt ist.

Das Blockschaltbild des Führungsgrößengebers 6 ist in der Fig. 4 näher dargestellt und, wie bereits eingangs erwähnt, aus der DE 30 01 778 C2 abgeleitet. Dem Führungsgrößengeber 6 werden auch mittels des Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT ebenfalls von der Betriebsleittechnik 4 die Fahrabschnitte I bis IV, die jeweils aus Startort und Zielort, Grenzgeschwindigkeit v_Grenz sowie zulässige Beschleunigung a_BGrenz und Verzögerung a_VGrenz bestehen, übermittelt. Außerdem werden dem Führungsgrößengeber 6 ermittelte Zielbremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 übermittelt. Der Führungsgrößengeber 6 stellt das Bindeglied zwischen der Soll­ wertvorgabe aus dem Regelfahr-Telegramm RFT einerseits und der Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 andererseits dar. Dazu verarbeitet der Führungsgrößengeber 6 laufend die Daten aus einem internen Profil und der berechneten Zielbremskurve ZBK und vergleicht sie mit dem vorgegebenen Geschwindigkeits- Sollwert v_SOLL. Er wählt die aktuell zu wirkenden Größen aus und ermittelt unter Berücksichtigung der Fahrkomfortbedingungen (Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsgrenzwert z. B. 1,5 m/s², Ruckgrenzwert z. B. 0,5 m/s³) und der vorgegebenen Begrenzungs­ werte zeitoptimale, überschwingungsfreie Führungsgrößen s*, v* und a* für die Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und einer Sollstrombegrenzung 14 für eine unterlagerte Stromrege­ lung, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeuglageerfas­ sung und Lastkraftbeobachter werden die Istwerte s, v und a_LAST für die Weg-und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und der Soll­ strombegrenzung 14 erfaßt.

Die Fig. 2 zeigt ein von der Betriebsleittechnik 4 übermittel­ tes Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT. Dieses Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm OGT besteht aus vier Fahrwegabschnitten, ge­ kennzeichnet durch I bis IV. Jeder Fahrwegabschnitt I bis IV besteht aus einem Startort und einem Zielort. Außerdem ist für jeden Fahrwegabschnitt I bis IV eine Grenzgeschwindigkeit v_Grenz1 bis v_Grenz4 sowie eine zulässige Beschleunigung und Verzögerung angegeben. Der erste Fahrwegabschnitt I beginnt mit demselben Startort wie ein Fahrtrichtungs-Telegramm, das zum Einsetzen des Fahrzeugs mit Vorgabe des aktuellen Startorts und der fahr­ weg- und fahrzeugbezogenen Fahrtrichtungen dient. Die zulässige Geschwindigkeit im jeweiligen Fahrwegabschnitt I bzw. II bzw. III bzw. IV ist durch die Grenzgeschwindigkeit v_Grenz1 bzw. v_Grenz2 bzw. v_Grenz3 bzw. v_Grenz4 gegeben. Die zulässige Ge­ schwindigkeit am Zielort, hier am Zielort 4, ist Null.

In den Beschleunigungsphasen BSP ist sowohl die Kraftbegrenzung aus dem Regelfahr-Telegramm RFT als auch die Maximalbeschleuni­ gung aus dem Fahrprofil wirksam. Im Gegensatz dazu wird in den Verzögerungsphasen durch Zielbremsung nur die Maximalverzögerung berücksichtigt. Bei Bremsung aufgrund der Sollwertvorgabe aus dem Regelfahr-Telegramm RFT ist nur die Kraftbegrenzung wirksam (maximale elektrische Bremsung).

Das gebildete Fahrprofil FP legt den reservierten, technisch gesicherten Zustandsraum ZSR fest. Innerhalb dieses Zustands­ raumes ZSR kann mit dem Regelfahr-Telegramm RFT ein beliebiger Sollwert v_SOLL für die Geschwindigkeit vorgegeben werden. Ist diese Sollgeschwindigkeit v_SOLL größer als die jeweils gültige Grenzgeschwindigkeit, so begrenzt das Antriebsregelungssystem 2 die Regelfahr-Telegramm-Vorgabe auf diesen Wert. Das in Fig. 2 dargestellte Fahrprofil FP enthält zwei Verzögerungsphasen, die durch Zielbremskurvenäste ZBA2 und ZBA1 bestimmt sind. Die Ziel­ bremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 bilden für das übermittelte Orts­ geschwindigkeits-Telegramm OGT die Zielbremskurve ZBK.

Die Fig. 3 stellt ein Blockschaltbild der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungs­ systems 2 der Fig. 1 dar. Diese Einrichtung 12 enthält drei Speicher 16, 18 und 20, in denen Kennlinien in Tabellenform hinterlegt sind. Dem ersten und dem zweiten Speicher 16 und 18 ist jeweils ein ermittelter Geschwindigkeitswert v eines Ge­ schwindigkeitsintegrators 22 zugeführt. Der zweite Eingang des ersten Speichers 16 ist mit einer Streckenabschnitts-Zuordnung 24 verknüpft, die eingangsseitig mit einem Ausgang eines Weg­ integrators 26 verbunden ist. Dieser Wegintegrator 26 ist eben­ falls mit dem dritten Speicher 20, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Addierers 28 verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Speicher 16 und 18 sind mittels eines Addierers 30 miteinander verbunden, dessen Ausgang über einen Quotienten­ bildner 32 mit dem weiteren Addierer 28 verbunden ist. Der zweite Eingang des Quotientenbildners 32 ist mit einem Wich­ tungsglied 34 versehen, an dem die Fahrzeugmasse m eingestellt werden kann. Der Ausgang des weiteren Addierers 28 ist über einen Multiplizierer 36, an dessen zweitem Eingang ein einstell­ barer Faktor c ansteht, mit einer Minimalauswahleinrichtung 38 verbunden, an deren zweitem Eingang ein Verzögerungsgrenzwert a_VGrenz ansteht. Der Ausgang dieser Einrichtung 38 ist über einen Hochlaufgeber 40 mit dem Geschwindigkeitsintegrator 22 verbunden, dem der Wegintegrator 26 nachgeschaltet ist. Die Ausgänge des Hochlaufgebers 40, des Geschwindigkeitsintegrators 22 und des Wegintegrators 26 führen alle zu einem Zielbremskur­ venspeicher 42 hin. Die Ausgänge des Geschwindigkeitsintegra­ tors 22 und des Wegintegrators 26 sind außerdem mit einer Steuereinrichtung 44 verbunden, an deren Eingängen ein Ziel­ signal s_Ziel und ein Geschwindigkeitsgrenzwert v_Grenz anstehen. Ausgangsseitig ist diese Steuereinrichtung 44 einerseits mit dem Zielbremskurvenspeicher 42 und andererseits jeweils mit einem Setzeingang des Geschwindigkeitsintegrators 22 und des Wegintegrators 26 verknüpft. Der Ausgang des Zielbremskurven­ speichers 42 bildet den Ausgang der Einrichtung 12 zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungssystems 2.

Anhand dieses Blockschaltbilds und des Fahrprofils FP bzw. des Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT der Fig. 2 soll die Wir­ kungsweise der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbrems­ kurve ZBK im folgenden näher erläutert werden:
Gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird von der Betriebs­ leittechnik 4 beispielsweise das in der Fig. 2 dargestellte Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT der Einrichtung 12 zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve ZBK und dem Führungsgrößengeber 6 übertragen. Das Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT enthält vier Fahrwegabschnitte I bis IV, die jeweils durch einen Start­ ort und einen Zielort bestimmt sind. Außerdem enthält das Ge­ schwindigkeits-Telegramm OGT Werte für die einzelnen Grenzge­ schwindigkeiten sowie der zulässigen Beschleunigung und Verzöge­ rung. Nach Empfang dieses Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT prüft die Steuereinrichtung 44 der Einrichtung 12 zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK, ob der Startort mit dem Zielort des letzten Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT übereinstimmt. Im Falle einer Unstimmigkeit wird eine entsprechende Fehlermel­ dung an die Betriebsleittechnik 4 gesendet.

Liegt ein gültiges Telegramm OGT vor, wird aus den Fahrwegab­ schnitten I bis IV ein internes Profil mit Berücksichtigung des antriebsspezifischen Bremsvermögens angelegt. Dieses dient als Berechnungsgrundlage aller in diesem Profil enthaltenen Ziel­ bremskurvenäste ZBA1 und ZBA2. Die Transrapid-Versuchsanlage- Emsland hat achtundfünfzig Streckenabschnitte, die durch ihre zum Teil unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Entfer­ nungen zu den Unterwerken unterschiedliche elektrische Eigen­ schaften und dadurch unterschiedliche Bremsvermögen aufweisen. Aus diesen Streckenabschnitten ist durch Zusammenfassung von in ihren Eigenschaften fast gleichen Schaltabschnitten zweiundzwan­ zig Zielbremsabschnitte definiert. Für jeden Zielbremsabschnitt erfolgt die Berechnung der geschwindigkeitsabhängigen elektri­ schen Bremskraft F_SCHUB sowohl für die Direkttaktung als auch für den Schwenkbetrieb jeweils durch Auswertung eines quadra­ tischen Polynoms, dessen Koeffizienten in Form einer Tabelle im ersten Speicher 16 abgespeichert sind. Den elektrischen Bremsschub F_SCHUB findet man also für jeden Streckenabschnitt mittels bereitgehaltener Kurvenzüge, die nicht punktweise abge­ speichert sind, sondern durch formelmäßige Zusammenhänge berech­ net werden (beispielsweise Parabel 2. oder 3. Grades). In Abhän­ gigkeit der ermittelten Geschwindigkeit v und eines ermittelten Streckenabschnittswertes wird aus dem ersten Speicher 16 eine geschwindigkeitsabhängige elektrische Bremskraft F_SCHUB ausge­ lesen.

Zum elektrischen Bremsschub F_SCHUB wird der Fahrwiderstand F_WID addiert, der besonders stark geschwindigkeitsabhängig ist. Der Fahrwiderstand F_WID setzt sich vorwiegend aus dem Luftwiderstand und einem Ersatzwiderstand zusammen, der die Lineargenerator­ und Trag-/Führsystemverluste berücksichtigt. Nach Division mit der Masse m des Fahrzeugs erhält man die Verzögerung a_BW. Hier­ durch wird auch der Beladungszustand des Fahrzeugs berücksich­ tigt. Diese Verzögerung a_BW wird noch korrigiert durch den Ein­ fluß von Steigungen und Gefällen.

Die Ermittlung der ortsabhängigen Steigungs- und Gefällekräfte erfolgt durch Einteilung der Strecke in Bereiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung a_GS. Alle hierfür not­ wendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform im dritten Spei­ cher 20 abgelegt. Zur Vermeidung von Sprüngen wird in einer Übergangszone zwischen den einzelnen Bereichen linear inter­ poliert. In Abhängigkeit eines ermittelten Wegwertes s wird eine entsprechende Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung a_GS ausgelesen und zur Verzögerung a_BW addiert. Diese Verzögerung wird noch mit einem einstellbaren Faktor c, beispielsweise 0,9, multipliziert, wodurch man eine Brems-Verzögerung a_Br er­ hält.

Die Minimalauswahl-Einrichtung 38 der Einrichtung 12 zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve ZBK liefert den endgültigen Beschleunigungswert a für die Zielbremskurve ZBK, in dem immer der kleinere der beiden anstehenden Werte (Verzögerungsgrenz­ wert a_VGrenz, Brems-Verzögerung a_BR) ausgewählt wird.

Der Hochlaufgeber 40 (Regelschleife für Beschleunigung) begrenzt den Anstieg der Beschleunigung a auf die zulässige Höhe (Rück­ begrenzung). Durch zweimalige Integration dieses Beschleunigungs­ wertes a kann die Geschwindigkeit v und der Weg s gefunden wer­ den. Diese Werte a, v und s werden nach jedem Berechnungszyklus als Punkt einer Zielbremskurve ZBK im Zielbremskurvenspeicher 42 abgelegt.

Um nicht zuviel Rechenzeit für die Zielbremskurve ZBK aufzuwen­ den, wird sie mit einer größeren Schrittweite gerechnet. Bei Höchstgeschwindigkeit könnte bei Streckenabschnittswechsel ein störender Fehler entstehen. Durch einmaliges Verkürzen der Zykluszeit eines Rechenzyklus kann das Ende eines Δs-Elementes genau auf eine Streckenabschnittsgrenze gelegt werden. Von da an kann wieder mit den neuen Parametern und der normalen Zykluszeit weitergerechnet werden.

Bei dieser Berechnung der Beschleunigung a, der Geschwindigkeit v und des Weges s wird vom Zielort ausgehend gerechnet, d. h., die Fahrkurve bzw. das Profil FP wird rückwärts gerechnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beginnt die Rechnung am Ziel­ ort 4 mit einer Zielgeschwindigkeit v=0. Wie beschrieben, wird der erste Zielbremskurvenast ZBA1 Punkt für Punkt berechnet. Am Zielort 3 erkennt die Steuereinrichtung 44, daß der Zielbrems­ kurvenast ZBA1 größer als die zulässige Grenzgeschwindigkeit v_Grenz3 ist, wodurch die Berechnung gestoppt wird. Im Fahrab­ schnitt IV ist deshalb ein Zielbremskurvenast ZBA1 berechnet worden, da im Fahrabschnitt III die Grenzgeschwindigkeit v_Grenz3 kleiner ist als die Grenzgeschwindigkeit v_Grenz4 des Fahrab­ schnitts IV. Aus diesem Grund wird erst wieder im Fahrabschnitt II ein zweiter Zielbremskurvenast ZBA2 berechnet. Bei dieser Berechnung wird vom Zielort 2 mit einer Zielortsgeschwindigkeit v_Grenz3 ausgegangen. Die Steuereinrichtung 44 setzt den Ge­ schwindigkeitsintegrator 22 und den Wegintegrator 26 auf diesen Startwert v_Grenz3 bzw. Zielort 2. Die Zielbremskurve ZBK ist schließlich vollständig ermittelt, wenn nach vielen Schleifen­ durchläufen das interne Fahrprofil FP bis zum aktuellen Fahr­ zeugort durchsucht wurde.

Mit der Übertragung eines neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT mit dem Startort, der dem Zielort des vorherigen Ortsge­ schwindigkeits-Telegramms OGT mit der Zielortsgeschwindigkeit v=0 entspricht, wird die Zielortsgeschwindigkeit v=0 aufgehoben und die Berechnung einer weiteren Zielbremskurve ZBK in Abhän­ gigkeit des neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT gestartet.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Führungsgrößengebers 6 des Antriebsregelungssystems 2 nach Fig. 1 näher dargestellt. Da aus der DE 30 01 778 C2 der Aufbau eines Führungsgrößengebers bereits bekannt ist, beschränkt sich diese Beschreibung des Füh­ rungsgrößengebers 6 im wesentlichen auf den erfindungsgemäßen Teil.

Der Führungsgrößengeber 6 besteht aus zwei Regelschleifen der Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsführung 46 und 48, eine Wegregelschleife 50, einer Auswahlschaltung 52, einem Hochlauf­ geber 54, einem Geschwindigkeitsintegrator 56 und einem Weg­ integrator 58. Außerdem ist eine Minimalauswahl-Einrichtung 60 und eine Grenzwert-Einrichtung 62 vorgesehen, deren Blockschalt­ bild in Fig. 5 näher dargestellt ist. Gegenüber dem bekannten Führungsgrößengeber hat der s-Regler 64 der Wegregelschleife 50 des hier dargestellten Führungsgrößengebers 6 anstelle einer Wurzelfunktion die berechneten Zielbremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 der Zielbremskurve ZBK, die mit der Fortschaltung der Orts­ geschwindigkeits-Telegramme OGT sukzessiv von der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK) übermittelt werden. Aus den Daten des internen Profils und des Wegintegrators 58 kann der Abstand zum Zielort errechnet werden und mit seiner Hilfe werden aus der Zielbremskurve ZBK, bestehend aus mehreren Zielbremskurvenästen ZBA1 und ZBA2, die zugehörige Geschwindig­ keit v*_k und Verzögerung a*_k ausgelesen, wobei zur Steigerung der Genauigkeit und zur Vermeidung von Sprüngen der Geschwindigkeit v*_k zwischen benachbarten Stützpunkten linear interpoliert wird.

Aufgrund eines Δs-Wertes (s_Ziel-s*) werden aus der Kennlinie zwei benachbarte Wertepaare entnommen, aus denen durch lineare Interpolation der Funktionswert v*_k bestimmt wird. Die außerdem noch benötigte Vorsteuergröße a*_k wird ebenfalls aus den beiden Wertepaaren gewonnen nach der Beziehung

Die Auswahlschaltung 52 vergleicht die einzelnen Beschleuni­ gungen a₁, a₂ und a₃ und wählt die jeweilige zu wirkende Be­ schleunigung a₁, a₂ oder a₃ aus. Die Auswahlschaltung 52 wird gesteuert von der Minimalauswahl-Einrichtung 60, der eingangs­ seitig ein Sollwert v_SOLL und ein Grenzwert v_Grenz der Geschwin­ digkeit und die aus dem s-Regler 64 ausgelesene Geschwindigkeit v*_k zugeführt sind.

Die Regelschleifen 46 und 48 der Beschleunigungs- und Geschwin­ digkeitsführung enthalten jeweils einen radizierenden Funktions­ generator 66 bzw. 68 und einen Begrenzer 70 bzw. 72. Die Wegreg­ lerschleife 50 enthält ebenfalls einen radizierenden Funktions­ generator 74. Den Begrenzern 70 und 72 werden die mittels der Grenzwert-Einrichtung 62 erstellten Grenzwerte für die Beschleu­ nigung a_BG und für die Verzögerung a_VG zugeführt. Diese Grenz­ werte a_BG und a_VG werden in Abhängigkeit des Ortes s und der Geschwindigkeit v ermittelt.

Der Beschleunigungsregler 54 regelt die ausgewählte Beschleu­ nigung a₁, a₂ oder a₃ so, daß höchstens der maximale Ruck von 0,5 m/s³ auftritt. Mittels zweimaliger Integration wird aus der geführt geregelten Beschleunigung a* ein Sollwert v* und s* für die Geschwindigkeit und für den Weg ermittelt.

Die Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der Grenzwert-Einrichtung 62 des Führungsgrößengebers 6, die die Begrenzer 70 und 72 durch errechnete, dem jeweiligen Antriebs- und Bremsvermögen ent­ sprechende Beschleunigungs- und Verzögerungswerte a_BG und a_VG, begrenzen. Um dem jeweiligen Antriebs- und Bremsvermögen ent­ sprechende Beschleunigungs- und Verzögerungswerte a_BG und a_VG zu ermitteln, muß in Abhängigkeit des Ortes s* und der Geschwin­ digkeit v* zunächst eine Antriebskraft F_ANTR und eine Bremskraft F_BREMS ermittelt werden. Dazu sind zwei Speicher 76 und 78 vor­ gesehen, in denen jeweils Koeffizienten eines quadratischen Polynoms abgespeichert sind. Dem ersten und zweiten Speicher 76 und 78 ist jeweils die Geschwindigkeit v* und ein Streckenab­ schnittswert, ermittelt mittels einer Abschnittszuordnung 80 aus dem eingangs anstehenden Weg s*, zugeführt. Der Ausgang des ersten Speichers 76 ist mit einem Differenzbildner 82, dem ein Quotientenbildner 84 mit nachgeschalteten weiteren Differenz­ bildner 86 nachgeschaltet ist, versehen. Der Ausgang des zwei­ ten Speichers 78 ist mit einem Addierer 88, dem ein Quotienten­ bildner 90 mit nachgeschaltetem weiteren Addierer 92 nachgeschal­ tet ist, versehen. Da die Antriebskraft F_ANTR und die Bremskraft F_BREMS vom Fahrwiderstand F_WID beeinflußt wird, ist ein dritter Speicher 94 vorgesehen, der eine Funktion enthält, die den Zu­ sammenhang zwischen der Geschwindigkeit und des Fahrwiderstan­ des F_WID wiedergibt. Der in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v* ermittelte Fahrwiderstand F_WID wird von der Antriebskraft F_ANTR subtrahiert und zur Bremskraft F_BREMS addiert. Mittels der bei­ den Quotientenbildner 84 und 90 werden die korrigierte Antriebs­ kraft F_ANTR und die korrigierte Bremskraft F_BREMS jeweils auf die Fahrzeugmasse m bezogen. Da die zu durchfahrende Strecke Steigungen und Gefälle aufweisen kann, ist die Strecke in Be­ reiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung a_GS eingeteilt. Alle hierfür notwendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform in einer Steigungszuordnung 96 abgelegt. In Abhän­ gigkeit eines Wegwertes s* wird eine entsprechende Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung a_GS ausgelesen und von der bezogenen korrigierten Antriebskraft subtrahiert und zur bezogenen korri­ gierten Bremskraft addiert. Diese ermittelte Antriebsbeschleu­ nigung wird über einen Multiplizerer 98 einem Begrenzer 100 zugeführt, an dessen Ausgang der Beschleunigungswert a_BG ansteht. Die ermittelte Bremsverzögerung wird über einen Invertierer 102 einem Multiplizierer 104 mit nachgeschaltetem Begrenzer 106 zu­ geführt, an dessem Ausgang der Verzögerungswert a_VG ansteht. Der zweite Eingang des Multiplizierers 98 bzw. 104 ist mit einem einstellbaren Faktor c_B bzw. c_V versehen.

Dieses Konzept der Beschleunigungs-/Verzögerungsbegrenzung verhindert bei entsprechender Parametrierung einerseits, daß Begrenzungen im Antrieb auftreten, erlauben andererseits aber auch eine Einstellung zur vollen Ausnutzung des Antriebs.

Claims (14)

1. Antriebsregelungssystem (2) zum Führen eines Fahrzeugs über eine mittels eines vorgegebenen Fahrprofils (FP) bestimmten Strecke und zum Anhalten an einem vorgegebenen Zielort, beste­ hend aus einem Führungsgrößengeber (6), einer Weg- und Geschwin­ digkeitsregelung (8, 10) und einer Einrichtung (12) zur Berech­ nung einer Zielbremskurve (ZBK), die in Abhängigkeit eines über­ mittelten Ortsgeschwindigkeits-Telegramms (OGT) eine Zielbrems­ kurve (ZBK) vollständig berechnet und diese dann in einem s-Reg­ ler (64) des Führungsgrößengebers (6) hinterlegt, wobei diese Berechnung bei Eintreffen eines neuen Ortsgeschwindigkeits- Telegramms (OGT) abgebrochen wird und eine neue Zielbremskurve in Abhängigkeit des neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms (OGT), ausgehend vom neuen Zielort, berechnet wird.

2. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Ziel­ bremskurve (ZBK) von einem Zielort ausgehend auf einen Startort zurückgerechnet wird, wobei beim Überschreiten einer zulässigen Geschwindigkeit (v_Grenz) eines Fahrabschnitts (I, . . ., IV) ein Zielbremskurvenast (ZBA1) vollständig berechnet ist und ein folgender Zielbremskurvenast (ZBA2), ausgehend von einem ge­ setzten Startwert, auf den Startort rückgerechnet wird.

3. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung einer orts­ und geschwindigkeitsabhängigen Brems-Verzögerung (a_Br) eine geschwindigkeitsabhängige, elektrische Bremskraft (F_SCHUB), ein geschwindigkeitsabhängiger Fahrwiderstand (F_WID) und eine orts­ abhängige Steigungs- und Gefällebeschleunigung (a_GS) ermittelt wird, wobei die Summe aus Bremskraft (F_SCHUB) und Fahrwider­ stand (a_BW) mit der Steigungs- und Gefällebeschleunigung (a_GS) korrigiert wird.

4. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der v-Regler (66, 68) des Führungsgrößengebers (6) durch errechnete, dem jeweiligen Arbeits- und Bremsvermögen entsprechende Beschleuni­ gungs- und Verzögerungswerte (a_BG, a_VG) begrenzt werden.

5. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK) einen Zielbremskurven­ speicher (42) aufweist, in dem die berechnete Zielbremskurve (ZBK) punktweise zyklisch abgespeichert ist, wobei jeder Punkt der Zielbremskurve (ZBK) einen Wert für die Verzögerung (a), die Geschwindigkeit (v) und den Weg (s) enthält.

6. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Punkt der Zielbremskurve (ZBK) einen Wert für den Weg (s), die Geschwindigkeit (v) und der Verzögerung (a) aufweist, wobei der ein Verzögerungswert (a) mittels einer Minimalauswahl-Einrich­ tung (38) aus einer vorgegebenen Grenzverzögerung (a_VGrenz) und einer orts- und geschwindigkeitsabhängigen Brems-Verzögerung (a_Br) bestimmt wird und dieser ermittelte Verzögerungswert (a) durch zweimalige Integration den Geschwindigkeitswert (v) und den Wegwert (s) ergibt.

7. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Integration zur Be­ stimmung des Geschwindigkeitswertes (v) und des Wegwertes (s) von vorbestimmten Startwerten ausgegangen werden kann.

8. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ′ daß ein Beschleunigungswert (a_BG) bestimmt wird aus einem Differenzwert aus Antriebskraft (F_ANTR) und Fahrwiderstand (F_WID) dividiert durch die Fahrzeug­ masse (m), der um einen Gefälle-Steigungswert (a_GS) korrigiert und dann mit einem Beschleunigungsfaktor (c_B) multipliziert wird.

9. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungswert (a_VG) bestimmt wird aus einer Summe aus Bremskraft (F_BREMS) und Fahr­ widerstand (F_WID) dividiert durch die Fahrzeugmasse (m), der um einen Gefälle-Steigungswert (a_GS) korrigiert und dann mit einem Verzögerungsfaktor (c_V) multipliziert wird.

10. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve (ZBK) für die Ermittlung eines Bremsschubes (F_SCHUB) und eines Fahrwiderstandes (F_WID) jeweils einen Speicher (16, 18) aufweist, wobei jedem Speicher (16, 18) ein ermittelter Geschwindigkeitswert (v) und dem ersten Spei­ cher (16) in Abhängigkeit eines ermittelten Wegwertes (s) ein Streckenabschnittswert zugeführt wird und diese Speicher (16, 18) ausgangsseitig mittels eines Addierers (30) miteinander verknüpft sind, dessen Ausgang über einen Quotientenbildner (32) mit einem weiteren Addierer (28) verknüpft ist, wobei der zweite Eingang des Quotientenbildners (32) mit einem Wichtungs­ glied (34) verbunden ist und wobei der zweite Eingang des weite­ ren Addierers (28) mit einem Ausgang einer Steigungszuordnung (20) verbunden ist, an deren Eingang ein ermittelter Wegwert (s) ansteht, wobei der Ausgang des weiteren Addierers (28) über einen Multiplizierer (36) mit einer Minimumauswahl-Einrichtung (38) verknüpft ist, an deren zweitem Eingang ein Verzögerungs­ grenzwert (a_VGrenz) ansteht und der ausgangsseitig über einen Hochlaufgeber (40) mit einem Geschindigkeitsintegrator (22) mit nachgeschaltetem Wegintegrator (26) verknüpft ist, wobei die Ausgänge des Hochlaufgebers (40), des Geschwindigkeitsintegra­ tors (22) und des Wegintegrators (26) mit einem Zielbremskurven­ speicher (42) und die Ausgänge des Geschwindigkeitsintegrators (22) und des Wegintegrators (26) mit einer Steuereinrichtung (44) verbunden sind, die einerseits ausgangsseitig mit dem Zielbremskurvenspeicher (42) und andererseits mit jeweils einem Setzeingang des Geschwindigkeits- und des Wegintegrators (22, 26) verknüpft ist und eingangsseitig ein Zielsignal (s_Ziel) und ein Geschwindigkeitsgrenzwert (v_Grenz) anstehen.

11. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzwerteinrichtung (62) für die Ermittlung der Antriebskraft (F_ANTR), der Brems­ kraft (F_BREMS) und des Fahrwiderstandes (F_WID) jeweils ein Spei­ cher (76, 78, 94) vorgesehen ist, denen jeweils ein Geschwindig­ keitswert (v*) zugeführt sind und wobei die ersten beiden Spei­ cher (76, 78) eingangsseitig mit einer Abschnittszuordnung (80) verknüpft sind, der eingangsseitig ein Wegwert (s*) ansteht, wobei dem ersten Speicher (76) ein erster Differenzbildner (82) mit nachgeschalteten Quotientenbildner (84) und dem zweiten Speicher (78) ein Addierer (88) mit nachgeschaltetem Quotien­ tenbildner (90) nachgeschaltet sind, wobei der zweite Eingang des Differenzbildners (82) und des Addierers (88) jeweils mit dem Ausgang des dritten Speichers (94) und der zweite Eingang der Quotientenbildner (84, 90) jeweils mit einem Wichtungs­ glied verbunden sind, wobei der Ausgang des ersten Quotienten­ bildners (84) über einen zweiten Differenzbildner (86) mit nachgeschaltetem Multiplizierer (98) mit einem Begrenzer (100) und der Ausgang des zweiten Quotientenbildners (90) über einen zweiten Addierer (92) mit nachgeschalteten Inver­ ter (102) mit einem Multiplizierer (104) mit nachgeschaltetem Begrenzer (106) verbunden sind, wobei der zweite Eingang des zweiten Differenzbildners (86) und des zweiten Addierers (92) mit einer Steigungszuordnung (96) verknüpft sind und wobei die Ausgänge der beiden Begrenzer (100, 106) die Ausgänge der Be­ grenzereinrichtung (62) bilden.

12. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (12) zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve (ZBK) ein Mikroprozessor vorge­ sehen ist.

13. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Grenzwerteinrichtung (62) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.

14. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsgroßengeber (6) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.